钢管混凝土拱桥拱肋吊装方案比选.pdf

2 4 世界 桥 梁 2 0 1 3， 4 l ( 6 ) 钢 管混凝土拱桥 拱肋 吊装方案 比选 何 奇钦 ， 刘一 飞。 ， 蔡 正 东。 ( 1 柳州市城市投资建设发展有限公司， 广西 柳州 5 4 5 0 0 1 ； 2 同济大学桥梁工程系， 上海 2 0 0 0 9 2 ； 3 中铁 大桥 局集 团桥科 院 有 限公 司 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘 要 ： 文惠桥改造工程主桥 由 3孑 L 净跨径为 1 0 8 I n的中承 式哑铃形钢管 混凝土拱和两 边孔净跨径 为 6 2 m 的上承式钢筋混凝土箱肋拱 组成 。为在预定工期 内实现该桥 安全架设 、 顺利 合龙 的 目标 ， 从 地形条件 、 工期 、 施 T 难度 、 线形控制 、 成本等方面 ， 对钢管拱肋的 3种吊装方案 ( 缆 索系统加扣 塔扣挂分 段 吊装 、 双浮 吊单片拱肋 吊装 、 双浮 吊三节段双拱肋无扣塔 扣挂 吊装 ) 进行 比选 ， 确定采 用双浮 吊三节段双拱 肋无扣塔 扣挂 吊装作为实 际施工方 案 ， 运用有 限元法建立主桥空间模型对选定方案进行验算分析 ， 结果表明该方案合理可行 。 关键词 ： 铜 管混凝 土拱桥 ； 拱肋 吊装 ； 方案 比选 ； 有 限元 法 中图分类号 ： U4 4 8 2 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 2 4 0 4 1 工 程概况 文 惠桥改 造工程 是在 现有 文惠桥 旧桥 东侧再 建 1座 相 同桥 型结 构 的姊 妹桥 ， 以达 到 减 轻 原有 大 桥 交通 压 力 的 目的 ， 主桥 上 部 构造 为 3孑 L 中承式 哑铃 形 钢管 混凝 土拱 和 两边 上 承 式钢 筋 混 凝 土箱 肋 拱 。 中承式 钢管混 凝 土拱拱 轴线 系数 m= = = 1 3 4 7 ， 净跨 径 L 。 一1 0 8 m， 净 矢 高 f o 一 2 7 m， f o L 。 一1 4 ， 哑铃 截 面高 2 2 m， 主拱 肋 内腔灌 注 C 5 0混凝 土 ； 上 承式 钢 筋 混凝 土拱拱 轴 线 系 数 ：1 7 5 6 ， 净跨 径 L 。 = = = 6 2 m， 净矢 高 f o 一1 0 3 3 3 m， f o L 。 ：l 6 ， 箱形 拱 肋 高 1 8 5 m， 拱 肋宽 1 6 m， 文 惠桥改 造T程 主桥 立面 布 置如 图 1所 示 。 2拱 肋 吊装方 案 比选 钢管混 凝 土拱桥 l 】 目前 较为成 熟且 应用 广泛 的 施工 方法 为 缆 索 吊装 施 工 。 ， 此 方 法 的优 点是 跨 越 能 力大 ， 无 需 临时支 架 ， 直接通 过调 整扣索 索力 来 控制 拱肋合 龙 。实 际施工 中会根 据地 形 、 施 工条 件 、 惠路 机 械设 备能力 、 工期 等 因素 确定 具 体 的缆 索 吊装 方 案 。文 惠桥改 造工 程主桥 主跨 钢管拱 肋安 装对 以下 3种方 案进 行 比选 。 2 1 方 案 1 钢管拱 肋采用 缆索 系统 加扣塔 扣挂 分段 吊装 方 案 ， 将 钢管拱 肋分 为 4段 ， 通 过缆 索 吊装 系统 将节 段 运送 至指定 位置 ， 依 靠 扣 索进 行 固定 、 调 整 和 合 龙 。 具 体 步骤为 ： 建 立 缆 索 吊装 系 统 ； 将 上 、 下 游 拱 肋节段分别 吊装至指定位置 ， 通过扣索张拉至控制 标高 并锚 固于扣 塔上 i 吊装 组 焊节段 横联 ； 吊装 合龙 段 ， 通 过调整 节段 控制标 高 ， 进行合 龙 。该施 一 方案 示意 如 图 2所示 。 2 2方案 2 钢管拱肋采用双浮吊单片拱肋 吊装方案 ， 将钢 管拱肋分为上 、 下游 2片拱肋分别起吊固定 ， 最后安 装肋 间横联 。具 体 步 骤 为 ： 在 预 制 场搭 建 钢 管 拱 肋 拼装平 台 ， 拼 装单 片钢管拱 肋 ； 用 浮 吊 吊装 中跨 上 游钢管 拱肋 ， 拱脚 定位后 进行 焊接 ， 焊接 完成 后再 塑 塑 1 1 1 3 2 0 2 图 1 文 惠 桥 改 造 工 程 主 桥 立 面 布 置 示 意 位 ：C Ill 位 ：m 收 稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 0 3 作者简 介 ： 何奇钦 ( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 高级工程师， 1 9 9 9年毕业于湖南大学交通 土建专业 ， 工学学士 ， 2 0 1 1 年毕业 于广西工学院结构工程专业 ， l丁程 硕 士 ( E ma i l ： 1 2 7 09 5 51 2 4q q c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢管混凝 土拱 桥拱肋 吊装方案 比选 何奇钦 ， 刘一飞 ， 蔡正东 2 5 安 装斜 支撑 ； 用 浮 吊吊装 中跨下 游拱 肋钢 管 ， 吊装 组焊横联 ， 拆 除斜支撑 。该施工方案示意如图 3所示 。 2 3 方 案 3 钢 管拱 肋采 用双 浮 吊三 节段 双拱 肋无 扣塔 扣挂 吊装施工方案， 将 钢管拱肋分为 3段 ， 且事先将上 、 下游的两拱肋拱脚段横联组拼 焊接好 ， 再分别起 吊 两 拱脚 段并 利用 扣 索 固定 ， 最 后 吊装 合 龙 段 。具 体 吊装 步 骤为 ： 吊装 2个 拱 脚 段 ， 在拱 脚 段 就 位 后 ， 不设扣塔而直接用钢铰线制作 的扣索将拱肋节段的 上 端扣 挂在 两岸 台后 的地 锚 上 ， 下 端 以临 时铰 支承 ， 以保持 拱脚 吊段 的 稳 定 ； 吊装 中间 节段 进 行 对 接 合龙， 合龙过程中， 通过扣索调整拱脚段上 口高度 ， 浮 吊调整中间合龙段高度， 相互配合实现拱段顺利 对 接 。该施 工方 案示 意如 图 4所示 。 2 4方 案 对 比 根据现场地形 、 水文条件及工期等因素， 结合结 构特点 ， 从地形条件、 工期、 设备、 施工难度 、 线形控 制 等方 面对 3 个 方 案进行 分 析L 4 、 比较 ( 见表 1 ) 。 钢管 拱肋 吊装 是文 惠桥 改造工 程 主桥施 工 的关 键 ， 施 工方 案 的选 择 直接 影 响 到 工 程 造价 、 工期 、 施 工难 度等 ， 针 对 文 惠桥 改 造 工 程 主桥 施 工 的重 、 难 点 ， 在 保证 施工 安 全 、 结 构 线形 合 理 的前 提 下 ， 方 案 3 工 期 较短 、 成本 较低 、 并可 以选 择 天 气较 好 的情 况 下施 工 ， 因 此 选 择 方 案 3为 实 际 施 工 方 案 较 为 合 理 6 8 1 。 3 钢 管 拱肋 吊装 方案验 算 3 1 有 限元模 型建 立 钢管 拱肋 吊装 施 工 过 程 采 用 有 限 元 软 件 MI - DAS C i v i l 2 0 1 0建立 空 间模 型模 拟 。钢 管拱 肋 采 用 梁单元模拟， 扣索采用索单元模拟 。边界条件 中， 地 锚为 固结 ， 模 型 中采 用 一 般 支 撑 ， 将 6个 自由度 约 束 ； 浮 吊吊点将 DX和 R Y 自由度 释放 ， 其 它 自由度 约束 。计 算模 型如 图 5 所 示 。 3 2 结 构强度 验算 根据 前述施 工 方案 ， 理论 计算 结果 如下 ( 拉应 力 图 2 缆索 系统加扣塔扣挂分段 吊装 方案示意 图 3双浮 帛单片拱肋 吊装 方案示意 L 一 一 图 4双浮 吊三节 段双 拱肋 无扣塔扣挂 吊装方案示意 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 世 界 桥 梁 2 0 1 3， 4 1 ( 6 ) 图 5 钢 管拱肋 吊装 空间计算模型 为 正 ， 压 应力 为负 ) 。 在 拱肋 吊装 施工 过 程 中 ， 中拱 肋 最 大组 合拉 应 力 为 2 2 6 4 MP a ， 最 大组合 压应 力 为 一2 4 4 2 MP a ， 小 于 Q3 4 5 q D 的组合 容许 应力 2 0 0 MP a 1 2 = = = 2 4 0 MP a ； 边 拱 肋 混 凝 土 最 大 组 合 压 应 力 为 一 6 7 2 MP a ， 小 于 C 5 0混凝 土 的压 应力 容 许 值 0 8 3 2 4 MP a =2 5 9 2 MP a ； 纵 向 主 筋 最 大 拉 应 力 为 1 4 4 2 MP a HRB 3 3 5级 钢 筋 抗 拉强 度 标 准 值 0 7 5 f 。 一 2 5 1 2 5 MP a ， 拱 肋 吊装 施 工 过 程 中应 力 满 足 规 范 要 求 。 拱肋 吊装施工过程 中， 单侧 6根钢绞线 的最大 索力 值为 2 7 8 k N， 其 对 应 扣 索 最 大 应 力 值 为 3 3 1 MP a ， 安全 系数大 于 2 5 ， 说 明施 工过 程 中扣索 强 度 满足 规范要 求 。 3 3结构 位移 验算 中拱 肋最 大竖 向位移 为 一7 mm， 小 于规 范允 许 值 L 4 0 0 ， 满 足规范 要求 。 拱肋 吊装施 工过 程 中墩 顶最 大 水 平 位 移 为 一6 mm， 经验算桩基受力满足设计要求。 3 4 结构 稳定 性验算 在 拱肋 吊装施 工 过 程 中 ， 最 不 利工 况 的稳定 系 数 大 于规 范 限 值 4 ， 故 施 工 过 程 中桥 梁 结 构稳 定 性 满 足规 范要求 。 综上 所述 ， 通过 结构 强度 、 位移 和稳定 性 三方面 分 析 ， 方 案 3均 能满 足 设 计 及相 关 规 范 要求 。选 择 方案 3 作 为 实际施 工方 案可行 。 4 结 语 文 惠桥 改造 工程 主桥钢 管混凝 土 拱桥拱 肋 吊装 工程 已经 全 部 完 成 ， 吊装 工 期 为 1个 月 ， 节 约 成 本 6 0 0多万， 合龙后 实测钢管拱肋高程和轴线最大偏 差均 为 9 mm， 满 足规 范要 求 ， 应 力 监测 结 果 也 与计 算值 吻合 。该法 在 国内 同类 桥 梁 中应用 很 少 ， 可 为 同类 桥梁 提供参 考 。 参 考 文 献 ： 1 陈红 丫髻 沙大桥 桥面 系加 固设计 J 桥 梁 建设 ， 20 13， 43( 2)： 93 9 8 E 2 韩玉 ， 张浩然 钱江 四桥无支架缆索 吊装施工 J 桥 梁 建 设 ， 2 0 0 4 ， ( 5 ) ： 6 3 6 6 E 3 吕建根 ， 张辉大跨度钢 管混凝 土拱桥缆 索 吊装施 工 技术 J 科学技术与工程 ， 2 0 0 9 ， ( 4 ) ： 1 0 6 4 1 0 6 6 E 4 邱文亮 ， 张 哲 ， 范金军大跨度钢管混凝土系杆拱桥施 工方案研究 J 大连 理 工大 学 学报 ， 2 0 0 5 ， ( 2 ) ： 2 3 0 23 3 5 王君 ， 杨振伟 ， 王高彦高速铁路大跨钢管混凝土提篮 式拱桥施工监控 J 桥梁建设 ， 2 0 1 1 ， ( 6 ) ： 8 2 8 8 E 6 邹中权 ， 贺 国京大跨 钢管 混 凝 土拱 桥施 工 监 控研 究 _ J 中南林 业科 技大学学 报 ， 2 0 0 7 ， ( 4 ) ： 7 1 7 5 E 7 何雨微 ， 刘三元大跨径 钢管混凝 土拱桥 缆索 吊装施工 方案选择 J 武汉交 通科技 大学学 报 ， 2 0 0 0 ， ( 6 ) ： 6 3 0 6 33 E 8 陈宝春钢管 混凝 土拱 桥 ( 第二 版) M 北 京 ： 人 民交 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢管混凝 土拱 桥拱肋 吊装方案 比选 何 奇钦 ， 刘一飞 ， 蔡正东 2 7 通 出 版 社 ， 2 0 0 7 E 9 2 G B 5 O 0 l 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范 E s Co m p a r i s o n a nd S e l e c t i o n o f ( 编辑 ： 穆卓辉 ) Ar c h Ri b Ho i s t i n g a nd I n s t a l l a t i o n S c h e me s f o r C0 n c r e t e Fi l l e d S t e e l Tu b u l a r Ar c h Br i d g e HE Q i q i n ， L i u Y i f e i ， C A I Z h e n g d o n g 。 ( 1 Li u z ho u Ur b a n I nv e s t me nt a n d Co ns t r uc t i on De ve l op me nt Co ，Lt d ，Li uz h ou 54 50 01，Chi na；2Dep a r t m e nt of B r i d g e En g i n e e r i n gTo n g j i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ； 3 B r i d g e S c i e n c e Re s e a r c h I n s t i t u t e Co ，Lt d ，C h i n a Ra i l wa y Ma j o r Br i d g e E n g i n e e r i n g Gr o u p ，W u h a n 4 3 0 0 3 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e ma i n b r i d g e o f t h e r e n o v a t i o n p r o j e c t o f We n h u i Br i d g e i n c o r p o r a t e s a h a l f - t hr o ug h d um b be 1 1 一 s h a pe d c on c r e t e f i l l e d s t e e l t ub ul a r a r c h wi t h t hr e e s pa ns e a c h 1 08 m i n ne t l e ng t h，wh i c h a r e f l a ng e d a t e a c h s i de b y a d e c k a r c h s t r uc t u r e wi t h r e i nf or c e d c o n c r e t e b ox a r c h r i bs a nd wi t h n e t s pa n l e ng t h o f 6 2 mI n o r d e r t o a c hi e v e t h e g oa l of s a f e e r e c t i on a nd s mo ot h c l o s u r e o f t he b r i dg e wi t hi n t he s c he du l e d c o ns t r u c t i o n pe r i o d， t he t hr e e ho i s t i ng a n d i n s t a l l a t i o n s c h e me s f o r t h e s r e e l t u b u l a r a r c h r i b s ，i n c l u d i n g s e g me n t a l h o i s t i n g a n d i n s t a l l a t i o n u s i n g c a b l e s vs t e rn wi t h f a s t e n i ng t owe r s a nd f a s t e n i ng s t a y s，us i n g t WO f l o a t i ng c r a ne s t o c a r r y ou t t he hoi s t i ng a n d i ns t a l l a t i on o f a s i ngl e a r c h r i b a nd u s i ng t wo f l o a t i ng c r a ne s t o ho i s t a nd i n s t a l l t h r e e s e g m e nt s e a c h t i me wi t hou t f a s t e ni n g t owe r a nd f a s t e n i n g s t a y s，we r e c o mpa r e d a nd a na l y z e d f r o m a s D e c t s o f t op og r a ph i c c o nd i t i o n， c o ns t r u c t i o n t i m e，di f f i c ul t i e s o f c o ns t r u c t i on， g e o m e t r y c o nt r ol a n d c o s t Fi na 1 1 v，t he c o ns t r uc t i o n s c he m e of us i ng t wo f l o a t i n g c r a ne s t o ho i s t a nd i ns t a l l t h r e e s e gme n t s e a c h t i me wi t h ou t f a s t e ni ng t o we r a n d f a s t e ni n g s t a y s we r e c h os e n The f i ni t e e l e m e n t s D a t i a 1 mod e 1 o f t he m a i n br i d ge wa s b ui l t t o c a r r y o ut c he c ki n g an a l y s i s o f t he c ho s e n s c h e me The r e s u I t s o f t he a na l y s i s de m o ns t r a t e d t ha t t he s c he me wa s r a t i o na l a nd a pp l i c a bl e Ke v wor d s：c o nc r e t e f i l l e d s t e e l t ub ul a r a r c h br i d ge；a r c h r i b ho i s t i n g a nd i n s t a l l a t i o n；s c he m e c o mpa r i s on a n d s e l e c t i o n；f i ni t e e l e m e nt m e t ho d 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m