外海超重鋼箱梁支架拆除關鍵技術

陳永青

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區、廣東省珠海市、澳門特別行政區的大型跨海通道，是國家高速公路網規劃中珠江三角洲地區環線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關鍵性工程，是我國繼三峽工程、青藏鐵路之后又一重大基礎設施項目[1]。

江海直達船航道橋為主跨258 m的中央單索面三塔鋼箱梁斜拉橋，中跨和次邊跨布設斜拉索，橋跨布置如圖1所示[1-3]。

圖1 橋跨布置圖（單位：m）

138#墩邊跨側長89.4 m、重2303 t，中跨側長90 m、重2 210 t的梁段采用搭設鋼管支架用浮吊整體吊裝的方式進行安裝。承重支架采用連續千斤頂吊住主梁割除下節鋼管后再下放主梁的方式進行拆除，支架布置形式如圖2和圖3所示。

圖2 138大節段支架正視圖（單位：cm）

圖3 138大節段支架側視圖（單位：cm）

1 結構設計

1.1 主梁吊點設計

吊具主梁和三維千斤頂同步拆除，總計重量達到300 t，在吊具主梁內側腹板表面焊接提升下承重錨的吊點，單個吊具主梁對稱布置4個吊點，吊點主板上預留直徑18 cm的預留孔。吊點布置如圖4所示。

圖4 吊點平面布置圖（單位：cm）

1.2 鋼箱梁預留孔設計

為配合連續千斤頂作業，需要在鋼箱梁上開設直徑為18 cm的預留孔，鋼絞線穿過預留孔與下錨點（吊具主梁上的吊點）連接，單個吊具采用四臺連續千斤頂進行拆除，每個吊具主梁上的四個吊點均對應鋼箱梁上的一個預留孔。預留孔施工完成后需與吊點及承重梁上的預留孔進行匹配，確保軸線一致。預留孔布置如圖5和圖6所示。

圖5 邊跨整體段1預留孔布置圖（單位：cm）

圖6 中跨整體段2預留孔布置圖（單位：cm）

1.3 承重梁設計

承重梁采用長6 m的雙拼H482型鋼焊接而成，橫隔板及千斤頂底座區域進行加勁處理，承重梁中心預留直徑18 cm的預留孔。鋼箱梁設計有2.5%的橫坡，為保證千斤頂底座處于水平狀態，需在承重梁下鋪設寬600 m厚2 cm的橡膠板。承重梁結構形式如圖7所示。

圖7 承重梁俯視圖（單位：cm）

2 拆除工藝

2.1 施工準備

2.1.1 提升平臺的準備

千斤頂放置在承重梁上。承重梁配合鋼絞線留孔Ф180。為保證千斤頂頂部1.5 m以上鋼絞線順直，以便下放時鋼絞線能順利導入千斤頂，在承重架上距提升頂0.5 m側搭設高出千斤頂頂部1.5 m的導線架。

2.1.2 提升千斤頂安裝

用浮吊將LSD2000千斤頂吊上千斤頂安裝平臺，確保千斤頂中心與承重梁預留孔中心一致，承重梁預留孔開?180。千斤頂閥塊必需在平臺內側（防止撞壞，方便安裝）。千斤頂底座與平臺之間用7形鋼扣板焊接卡死，每臺頂四個鋼扣板均勻分布在千斤頂底座圓上，焊接于放置千斤頂的承重梁上。

在焊接7形鋼扣板前必須將千斤頂調整、定位，使墊梁的預留孔與頂的穿心孔中心保持一致，千斤頂安裝示意如圖8所示。

圖8 千斤頂安裝

2.1.3 固定端錨夾具的安裝

將固定錨具（承重錨）用7形鋼扣板將錨具焊接固定在吊點底部，確保錨具中心與吊點預留孔中心一致。

由于承重錨是反向安裝的，所以應在吊具沒有安裝前，將承重錨對好中心孔位后固定在吊點上。

3.2 拆除施工

步驟一：拆除鋼管支架的平聯管和斜撐，布置四臺連續千斤頂。用三角塊將三維千斤頂托架與吊具主梁，樁頂和托架焊接，步驟一如圖9所示。

圖9 步驟一示意圖（單位：cm）

步驟二：同步起升連續千斤頂，在鋼管樁樁頂往下2 m處開始切割出一條1.5 m的切口，將吊具主梁、臨時支座和三維千斤頂的荷載轉由四臺連續千斤頂承受，從而使得整個吊具主梁和三維千斤頂處于懸吊狀態，步驟二如圖10所示。

圖10 步驟二示意圖（單位：cm）

步驟三：在水面上2 m標高處將鋼管切割一條切割縫，采用浮吊拆除水面上鋼管，在2 m標高處對鋼管進行開槽，在槽口里面焊接雙拼的I25a工字鋼，步驟三如圖11所示。

步驟四：按上述步驟拆除完另外三根鋼管后，四臺連續千斤頂同步下放吊具主梁，將吊具主梁放于下節鋼管及雙拼的I25a型鋼上，解除四臺連續千斤頂的鋼絲繩，步驟四如圖12所示。

步驟五：利用浮吊拆除吊具主梁，將其放在駁船上，待吊具主梁拆除完后，拆除下節鋼管。

圖11 步驟三示意圖（單位：cm）

圖12 步驟四示意圖（單位：cm）

3 結構驗算

3.1 吊具主梁拆除吊點計算

吊具主梁拆除采用在吊具上對稱焊接4個吊點的構造進行拆除施工，在吊點上預留預留孔的尺寸為直徑18 cm的圓以便連續千斤頂鋼絞線穿過。

采用大型通用有限元軟件ABAQUS建立分析模型，按300 t的荷載進行結構驗算，吊具主梁有限元計算及加載模型如圖13所示。

量綱取值：力，N；時間，s；長度，m

重力加速度：9 800 mm/s2

約束條件：在下錨點，承重錨與下吊點的接觸位置進行鉸接約束。

3.1.1 計算結果

吊具主梁有限元分析結果如表1和圖14～16所示。

圖13 主梁計算模型

表1 主梁計算結果表

圖14 主梁應力計算結果圖

圖15 吊點處應力計算結果圖

圖16 主梁位移計算結果圖

從計算結果可以看出，最大應力為137.5 MPa，位于吊點預留孔附近；最大位移為1.35 mm，位于吊具主梁的跨中位置附近，均滿足相關規范要求[2]。

4.2 承重梁計算

承重梁作為吊具主梁拆除時支撐連續千斤頂的承重梁，采用長6 m的雙拼H482型鋼焊接而成，在中間預留直徑18 cm的預留孔。

采用大型通用有限元軟件ABAQUS建立分析模型，考慮單條承重梁160 t的荷載進行結構驗算（單個連續千斤頂處受力80 t），在連續千斤頂底座與承重梁接觸部位施加荷載，承重梁有限元計算及加載模型如圖17所示。

圖17 承重梁計算模型

量綱取值：力，N；時間，s；長度，m。

約束條件：承重梁與橫隔板接觸的位置進行鉸接約束。

4.2.1 計算結果

吊具主梁有限元分析結果如表2和圖18～19所示。

表2 承重梁計算結果表

圖18 承重梁應力計算結果圖

圖19 位移計算結果圖

從計算結果可以看出，最大應力為237.0 MPa（材質為Q345），最大位移為1.58 mm，滿足要求。

4 結語

本文基于ABAQUS有限元分析軟件，建立138#大節段鋼箱梁支架拆除的有限元模型，對其在典型工況下進行應力和變形進行分析，應力計算結果小于材料許用應力，滿足強度要求；變形計算結果均復核相關要求，滿足支架拆除要求。

本文除了對結構設計進行驗算外，還著重介紹了支架的拆除工藝，不僅為港珠澳大橋138#大節段鋼箱梁支架拆除提供了可靠的技術保障，更為以后同類工程的施工提供了寶貴的借鑒。