華倫式鋼桁架簡支梁分階段多次頂推施工工藝

陳文強(qiáng)，武德智，張 可，劉小龍，隗會(huì)軍

（海波重型工程科技股份有限公司，湖北 武漢 430207）

0 引 言

本項(xiàng)目為原有老橋拆除改造新建項(xiàng)目，新建橋梁方案采用鋼桁架簡支梁主橋[1]，橋梁全長192.5 m。左右幅跨徑均為93.4 m下承式鋼桁架，單幅鋼桁架主橋?qū)?9.2 m，每幅各1聯(lián)鋼桁架和2聯(lián)混凝土現(xiàn)澆箱梁。左幅29.43 m+29.35 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+93.4 m下承式鋼桁架+2×20.16 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁；右幅24.03 m+23.95 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+93.4 m下承式鋼桁架+2×25.56 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁。新建橋梁跨越航道，按凈高不小于7 m控制，路線中心線與河道交角120°。

主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長度7.67 m，跨度92.04 m，主桁高度11 m，高跨比1/8.367。單幅橋兩片主桁中心距18.5 m，寬跨比1/5.057，橋面寬度17.3 m。雙幅橋主桁架之間最小凈距30 cm。

主橋立面、平面布置見圖1、圖2。

圖1 主橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 主橋平面布置圖（單位：cm）

主橋由主桁架、橋面系、上、下縱向連接系組成，其中主桁上下弦桿均采用箱形截面，主桁節(jié)點(diǎn)均采用整體式節(jié)點(diǎn)。橋面系為結(jié)合梁，由下部的鋼梁和上面的混凝土橋面板結(jié)合而成，其鋼梁部分采用縱橫梁體系。上、下平面縱向聯(lián)結(jié)系均采用X形式，與弦桿在節(jié)點(diǎn)處相連。

施工關(guān)鍵技術(shù)有二：一是頂推施工支墩、導(dǎo)梁設(shè)計(jì)及場地布置，二是分節(jié)段多次頂推過程中的線型控制及糾偏。本文對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 現(xiàn)場施工場地布置

左、右幅鋼桁架架設(shè)施工總體布置見圖3。左幅施工完畢后再施工右幅，單幅鋼桁架采用1臺(tái)50 t汽車吊和1臺(tái)130 t汽車吊進(jìn)行安裝。施工作業(yè)步驟為：拼裝場地臨時(shí)支墩安裝→水中臨時(shí)支墩安裝→導(dǎo)梁架設(shè)→第一節(jié)桁架架設(shè)→第一次頂推→第二、三節(jié)桁架架設(shè)→第二次頂推→第四、五、六節(jié)桁架架設(shè)→第三次頂推→第七節(jié)桁架架設(shè)→第四次頂推→落梁施工[3]。其中，多次拼裝頂推施工和落梁施工是技術(shù)重點(diǎn)。

圖3 主橋施工總體布置圖（單位：mm）

1.1 多次拼裝頂推施工工藝

第一階段（見圖4）：采用1臺(tái)130 t與1臺(tái)50 t汽車吊安裝導(dǎo)梁及第一節(jié)桁架結(jié)構(gòu)；采用4臺(tái)液壓千斤頂將導(dǎo)梁向小樁號(hào)側(cè)頂推19 m。

圖4 第一階段頂推施工流程圖（單位：mm）

第二階段（見圖5）：采用1臺(tái)130 t與一臺(tái)50 t汽車吊安裝第二、三節(jié)桁架；采用6臺(tái)液壓千斤頂將主桁架向小樁號(hào)側(cè)頂推20.5 m，主桁架過水中39 m跨。

圖5 第二階段頂推施工流程圖

第三階段（見圖6）：采用1臺(tái)130 t與一臺(tái)50 t汽車吊安裝第四、五、六節(jié)桁架；采用10臺(tái)液壓千斤頂將主桁架向小樁號(hào)側(cè)頂推20.5 m，主桁架導(dǎo)梁上11號(hào)永久墩。

圖6 第三階段頂推施工流程圖（單位：mm）

第四階段（見圖7）：采用1臺(tái)130 t與一臺(tái)50 t汽車吊安裝第七節(jié)桁架；采用8臺(tái)液壓千斤頂將主桁架向小樁號(hào)側(cè)頂推27.5 m，主桁架上11號(hào)永久墩，并采用1臺(tái)50 t汽車吊拆除前端導(dǎo)梁。

圖7 第四階段頂推施工流程圖（單位：mm）

1.2 導(dǎo)梁設(shè)計(jì)

根據(jù)施工現(xiàn)場條件，頂推用臨時(shí)支墩縱橋向最大間距達(dá)50 m，考慮到主桁架與航道呈120°夾角，若采用斜交導(dǎo)梁，可適當(dāng)減小頂推間距，但由于兩側(cè)導(dǎo)梁長度不一致會(huì)在頂推過程中使主桁架產(chǎn)生不可逆的扭曲變形，故采用等長式導(dǎo)梁；同時(shí)為降低導(dǎo)梁自重，設(shè)計(jì)采用變截面桁架式箱型導(dǎo)梁[2]，見圖8。導(dǎo)梁縱向長度37.9 m，導(dǎo)梁與鋼桁梁連接處設(shè)有兩組縱梁，其結(jié)構(gòu)外形尺寸與鋼桁梁保持一致，兩組縱梁間通過橫梁連接形成整體。為便于導(dǎo)梁通過臨時(shí)支墩，導(dǎo)梁的兩組縱梁端部設(shè)計(jì)成臺(tái)階狀，以利于過墩時(shí)起頂。

圖8 鋼桁架導(dǎo)梁示意圖（單位：mm）

2 頂推各工況受力分析

2.1 計(jì)算模型

采用有限元軟件Midas Civil建立鋼梁頂推模型，采用節(jié)點(diǎn)彈性支撐[4]模擬支墩上的步履頂支撐作用，風(fēng)荷載通過梁單元線荷載施加在鋼梁及導(dǎo)梁上，建立的計(jì)算模型見圖9。

圖9 鋼桁梁頂推施計(jì)算模型

2.2 計(jì)算工況

根據(jù)施工流程，為簡化計(jì)算各構(gòu)件拼裝時(shí)不再分工況，僅計(jì)算每次頂推前完成的拼裝狀態(tài)，全橋的工況見表1。

表1 鋼桁梁頂推過程主要計(jì)算工況

2.3 計(jì)算結(jié)果

2.3.1 鋼桁梁計(jì)算結(jié)果

由圖10計(jì)算結(jié)果可以看出，鋼桁梁頂推過程中，基本組合下最大拉應(yīng)力為68.4 MPa，最大壓應(yīng)力為-71.3 MPa，均小于305 MPa，最大剪應(yīng)力為8.8 MPa＜170 MPa，鋼桁梁在頂推過程中整體始終處于較低的應(yīng)力水平。

圖10 基本組合下鋼桁梁下緣組合應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MP a）

2.3.2 鋼導(dǎo)梁計(jì)算結(jié)果

由圖11、圖12計(jì)算結(jié)果可以看出，基本組合下最大拉應(yīng)力為62 MPa，最大壓應(yīng)力為-66.8 MPa，鋼導(dǎo)梁在頂推過程中整體始終處于較低的應(yīng)力水平；鋼導(dǎo)梁最大豎向位移為66.7 mm，鋼導(dǎo)梁自身剛度滿足要求[5]。

圖11 鋼導(dǎo)梁最大應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MP a）

圖12 鋼導(dǎo)梁位移包絡(luò)圖（單位：mm）

2.3.3 支反力計(jì)算結(jié)果

在基本組合下計(jì)算各個(gè)工況臨時(shí)支墩的支反力。計(jì)算結(jié)果顯示水中頂推支墩最大支反力設(shè)計(jì)值為3129.3 kN，岸上頂推支墩最大支反力為656 kN，拼裝支墩最大支反力為879.5 kN。

3 落梁施工工藝

3.1 作業(yè)平臺(tái)搭設(shè)

鋼桁梁落梁作業(yè)平臺(tái)采用槽鋼和鋼管組成，順橋向布置在主墩兩側(cè)，見圖13。作業(yè)平臺(tái)工字鋼上抹上適當(dāng)黃油以減少摩擦，可作為安裝支座時(shí)滑道使用。

圖13 作業(yè)平臺(tái)示意圖（單位：mm）

3.2 落梁施工工藝

落梁設(shè)備采用8臺(tái)800 t千斤頂，頂程120 mm，能在持荷600 t狀態(tài)下保壓6 h以上。千斤頂起頂速度控制在10 mm/min，落頂速度控制在5 mm/min。

在鋼桁梁每個(gè)角的磨光頂緊位置布置兩臺(tái)800 t千斤頂，千斤頂相對(duì)于鋼桁梁對(duì)稱布置；由于落梁高差較大，千斤頂下方支設(shè)鋼墩，千斤頂上方依次為一層2 cm厚鋼板、鋼枕若干層、鋼板2~4層；保險(xiǎn)墩位于支座位置，由下往上依次為支座、鋼墩、鋼枕、鋼板。墩頂鋼支墩布置見圖14。

圖14 墩頂鋼支墩布置圖

鋼支墩及千斤頂安裝完成，且其他各種準(zhǔn)備工作結(jié)束后，即可開始進(jìn)行落梁施工。同時(shí)啟動(dòng)同一端的2臺(tái)豎向千斤頂將鋼桁梁頂起，使該側(cè)的主支墩脫空，抽出主支墩上的一個(gè)鋼支墩調(diào)節(jié)段，然后2臺(tái)豎向頂同時(shí)回程，使鋼桁梁落在主支墩上支撐。鋼桁梁落穩(wěn)后，將副支墩上脫空的千斤頂移開，然后除掉副支墩上的一個(gè)鋼支墩調(diào)節(jié)段，最后再將豎向頂歸位，由此完成鋼桁梁一端的一次落梁。緊接著進(jìn)行另一端的一次落梁，如此反復(fù)，直至落到可安裝支座的高度，進(jìn)行支座安裝，待支座安裝后進(jìn)行最后一次落梁。

3.3 糾偏工藝

由于液壓千斤頂前進(jìn)速度不同等原因，鋼桁梁在移動(dòng)過程中將可能出現(xiàn)橫向位置偏差，為確保鋼桁梁在頂推過程中不存在較大偏移并對(duì)出現(xiàn)的偏移進(jìn)行及時(shí)糾正，需設(shè)置頂推過程限位擋塊及靜態(tài)糾偏裝置。當(dāng)鋼桁梁的橫向偏移量超過20 mm時(shí)，限位擋塊會(huì)將接觸上滑道側(cè)面，限制鋼桁梁繼續(xù)發(fā)生橫向位移。

當(dāng)鋼桁梁在某個(gè)臨時(shí)支墩位置橫向偏移量超出20 mm時(shí)，需預(yù)留橫向微調(diào)千斤頂支架用于對(duì)鋼桁梁糾偏，鋼桁梁每階段頂推就位后，后方通過倒鏈將鋼桁梁臨時(shí)固定于支架頂面，滑道處利用橫向微調(diào)千斤頂支架進(jìn)行固定。三向調(diào)節(jié)裝置示意見圖15。

圖15 三向調(diào)節(jié)裝置示意圖

4 結(jié)語

結(jié)合該工程背景，闡述了華倫式鋼桁架簡支梁分節(jié)段多次頂推施工工藝技術(shù)，運(yùn)用有限元分析軟件，對(duì)鋼桁梁頂推過程中的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性進(jìn)行了研究；通過該技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了在狹小施工區(qū)域跨現(xiàn)有河道多次拼裝頂推施工，目前本項(xiàng)目現(xiàn)場正在緊鑼密鼓施工中，預(yù)計(jì)2022年12月完工。