宽幅异形门式索塔横梁施工关键技术.pdf

国防交通工程与技术 年 月 卷期收稿日期:第一作者简介:李二伟(),男,正高级工程师,主要从事桥梁大型临时工程设计与施工工作.q q c o m宽幅异形门式索塔横梁施工关键技术李二伟,蔡仁杰(中铁七局集团有限公司,河南 郑州 ;中铁七局集团武汉工程有限公司,湖北 武汉 )摘要:高堰西路舞水大桥主桥为()m自锚式悬索桥,索塔只在上部设置一道 m跨度的根部为倒阶梯结构的异形横梁.为实现塔梁同步施工,经过方案比选及创新,采用双肢型支架刚性桁架的支撑体系,结合低位拼装、整体提升及整体下落工艺,降低支架高空作业风险,同时通过支架分次整体下落,实现横梁分段施工,解决大跨、高截面异形横梁施工难题,达到了快速施工、节约成本的目的.关键词:异形横梁;支撑体系;低位拼装;整体提升;整体下落D O I:/j g j g y a t 中图分类号:U ;U 文献标识码:B文章编号:()怀化市高堰西路舞水大桥位于湖南省怀化市经济开发区,上跨舞水河,西接舞阳大道,东至沿河路.主桥为独塔自锚式悬索桥,加劲梁为扁平钢箱梁,采用顶推施工;索塔采用钢筋混凝土门式结构,设计为内侧垂直、外侧逐级向上的渐变台阶式截面,塔高 m,分上、中、下三部分,下塔柱高 m,中塔柱高 m,上塔柱高 m,索塔上部 m处设置跨度 m的横梁一道.下塔柱内侧设置高度为 m的支墩,与下塔柱整体同时浇筑.本文利用加强型型支架刚性平衡架的支架体系,解决了大跨度、高截面索塔上横梁的施工难题;并创新采用低位拼装、整体提升与下落的工艺,降低了高空安拆风险,可为类似项目提供借鉴.工程概况工程总体情况高堰西路舞水大桥桥跨布置为()m,总长 m,主桥宽 m,整体钢箱梁断面形式,桥型布置见图.其中东岸锚跨()m为预应力混凝土连续梁,位于曲线段;西岸锚跨 m为预应力混凝土梁,位于直线段;主跨()m为悬吊跨,位于直线段,见图.索塔横梁简介索塔横梁为预应力钢筋混凝土结构,跨度 m,重量约 t.横梁跨中梁高m,根部梁高504019011040?212.3?216.68?（?）0图桥型总体布置(单位:m)图独塔双索面自锚式悬索桥实景 m,上顶面宽m,下底面宽m,腹板厚 c m.横梁下设置台阶型装饰块,装饰块采用箱型结构,总高 m.横梁与装饰块之间、横梁下部m与塔柱之间设置c m缝隙,利用弹性材料填充.横梁立面见图,横断面见图.12128003003001 4203003008007803003004004001 000200 4200 42 620?1 cm?图横梁立面(单位:c m)成果F r u i t sa n dA p p l i c a t i o n与应用国防交通工程与技术 年 月 卷期4030802408030404012040012060408050302403050(a)1-1?(b)2-2?403080 240 803040401204001203604030708050302403050图横梁断面(单位:c m)索塔横梁施工方案研究支架施工方案比选索塔横梁施工目前常用结构为落地式支架 和型支架 ,由表可知,通过成本、工期、安全及进度等方面分析,型支架方案较优,对工程施工工期更有利.表横梁支架方案比选落地支架型支架成本钢材约 t,m钻孔灌注桩 m,成本约 万元.支架钢材 t,塔柱加固及预埋钢材 t,合计 t,成本约 万元.工期占用索塔下部空间,支架拆除后方可进行钢箱梁节段拼装、顶推,全桥总体工期增加个月.不占用索塔下部空间,下塔柱施工完即可进行钢箱梁顶推.安全由钻孔灌注桩基础承载横梁重量,对塔柱结构无影响.由塔柱侧壁承载横梁重量及支架斜腿产生的水平推力,对塔柱内腔进行局部加强处理可保证施工安全.进度采用塔吊辅助材料吊装,逐节安装支架,安装周期个月.采用塔吊辅助材料吊装,可低位拼接、整体吊装,安装周期个月.比选结果费用高,工期长,影响总体工期.费用低,工期短,不影响总体工期.支架体系比选支架结构由于索塔横梁跨度及重量均较大,选取常规型支架的双斜腿结构时,存在斜腿长细比、上弦杆净跨过大,且下支点处对塔壁应力过于集中等问题,故常规型支架不具备可行性.为克服常规型支架在大跨度横梁施工时存在的技术难题,支架结构采用加强型型支架(见图).斜腿设计为四斜杆结构,单侧两斜杆之间设置联系杆件,有效减小斜腿长细比及上弦杆长度,确保结构安全及控制挠度的同时降低支点对塔壁局部作用应力.4006802371 0969924804 220480830830900830 830?1?2?3?4?5?6?820 10 mm?(a)?2302301001 09699264330?16?2I45b?(b)?图加强型型支架结构(单位:c m)斜腿水平力平衡结构由于索塔塔柱为空心薄壁结构,且未设下横梁,塔柱自由高度较大,鉴于斜腿水平力较大,需采取有效措施进行斜腿水平力平衡,避免对塔柱产生不可预计的破坏,降低施工风险.横梁下设置道型支架,纵向间距为 m m m,当横梁按一次浇筑时,其斜腿水平力如表所示.表斜腿水平力分析k N位置上支点下支点内侧单片架 外侧单片架 合计 平衡结构 可分为柔性、刚性两种类型,即体外预应力和钢管桁架两种结构.体外预应力方案的优点:采用 根 mm精轧螺纹钢筋,重量轻,安 成果与应用宽幅异形门式索塔横梁施工关键技术李二伟等国防交通工程与技术 年 月 卷期拆简单.缺点:操作工序繁琐,预应力高空施加和放张施工难度大、风险高.平衡力提前主动施加,对塔柱结构有一定影响,存在风险.钢管桁架方案的优点:设置根 mm mm螺旋钢管通过连接杆形成整体桁架,在起到临时横撑作用下平衡效果好,且平衡力被动产生,安全可控.通过整体提升及下落,施工风险低.缺点:重量较大,需额外配置起升设备.考虑平衡效果及施工风险,选取刚性的钢管桁架方案.支架体系受力分析针对支架低位拼装、整体提升、横梁浇筑及整体下落进行受力分析,同时计算横梁施工状态对塔柱应力影响.偏安全计,对塔柱的影响及支架设计按横梁一次浇筑完成保守考虑;对横梁的影响按照分次浇筑考虑.支架受力分析结果如表所示,横梁最大压应力MP a MP a,塔柱最大拉应力MP a MP a、最大压应力 MP a MP a,计算结果可保证施工安全.表支架体系受力分析应力/MP a位移值/mm低位拼装 /整体提升 /横梁浇筑 /整体下落 /索塔横梁施工关键技术支架低位安装塔吊最大吊装质量 t,单片支架质量 t,为此根据塔吊的吊重,将支架横梁分为段,每段最大质量t,斜腿分为段,两底节质量t,上部节段质量 t,各分段在场外预制后运至塔吊吊臂覆盖区域内按从下往上的顺序,在桥面处进行组装,见图,并利用塔柱位置预埋件进行固定,依次完成片支架安装.同时为防止支架吊装过程中局部变形、应力过大,在支架跨中及两端的上弦杆,均增设临时连接杆件与斜腿连接,确保吊装时支架结构安全.整体提升提升设备由塔顶吊架、提升系统和下吊点扁担梁组成.提升系统采用台 t连续千斤顶,每台千斤顶配置根 MP a的 mm钢绞线.扁担梁采用焊接方式安装在支架上弦杆顶面两端位置处.图支架分段安装预压:按支架自重荷载平均分配到每个千斤顶,并通过、三个阶段进行加载.支架临时固定解除:配置套切割设备及人员,遵循从上往下、平面对称的顺序进行操作,每一轮解除个固定点.为避免风力或提升点不同步导致支架刮碰塔柱,支架各临时支点处杆件应切除 c m以上,保证支架与塔柱的净间距大于 c m.连续提升:首先进行支架整体水平度调整,其次控制每台千斤顶最大提升力限值不超过计算单点提升力的,再次每提升m(m i n)进行各千斤顶提升力调整,以消除累积偏差,最后提升至距设计位置约 c m时暂停提升,由测量人员对支架顶面四个角点进行精确测量后,再根据测量数据采用点控方式,精确控制各个吊点提升高度,进行提升就位.如图所示,连续提升总高度 m,平均提升速度m/h.刚性桁架提升:将台 t连续千斤顶转移至支架上弦杆顶面,垂直提升刚性桁架至设计位置后与塔柱预埋件焊接固定.支架固定支架初步固定时风力不得大于级,并安排在当天较低温时进行.为避免提升系统长期受力,安排台电焊机及配套工人,一轮焊接一层固定点.焊接时均按一级焊缝控制并进行无损探伤.支架固定现场工况如图所示.横梁分层浇筑及分次张拉根据横梁结构特点分三次浇筑与两次张拉.第一次施工横梁底两翼箱室造型结构,第二次施工横梁底板及部分腹板,第三次浇筑横梁顶板及剩余腹板.横梁第二次浇筑完成,混凝土强度达到 以上且龄期不小于d时,对横梁底板 根 mm预应力钢束施加 设计张拉力,每根张拉力 k N,使已施工的横梁可承载自重;预应力施加后进行横梁第三次浇筑,待混凝土强度及弹性模量 成果与应用宽幅异形门式索塔横梁施工关键技术李二伟等国防交通工程与技术 年 月 卷期图支架整体提升图支架固定达到设计要求且龄期不小于d后,张拉剩余预应力.浇筑及张拉过程如图、图 所示.1 3781 4641 3782211520 260260420400?图横梁分层浇筑立面(单位:c m)6055651806555604022032012040405050505014050505050?50%(a)1-1?60556518065556040020 404032022040?50%?(b)2-2?图 横梁分层浇筑断面及分次张拉(单位:c m)整体下落横梁施工完成后,在横梁上方设置扁担梁,采用台 t连续千斤顶先进行刚性桁架整体下放至桥面后再进行支架整体下放.同时考虑横梁下方的倒阶梯结构的施工需要,支架第一次整体下放 m,利用原有预埋件焊接固定支架上弦杆及上斜腿,焊接固定后解除吊挂系统受力,再搭设满堂支架及模板系统,形成上装饰块施工支架,上装饰块从下往上分三次浇筑,依次浇筑m、m、m.支架第二次整体下放 m,利用原有预埋件焊接固定支架上弦杆,形成下装饰块施工承重支架,焊接固定后与吊挂系统共同受力,再搭设满堂支架及模板系统,形成下装饰块施工支架,下装饰块从下往上分次浇筑,每次浇筑m.装饰结构施工完成后,将支架整体下放至桥面拆除,见图.图 支架整体下放 结束语通过对宽幅异形门式索塔横梁施工技术的分析,得出以下结论:型支架在高墩大跨横梁施工时具有成本、工期及进度等方面优势.采用双肢型型支架刚性平衡架的综合支架体系,较好的解决了大跨度、高截面索塔上横梁及塔柱局部受力问题.采用低位拼装、整体提升及下落工艺,解决了支架高空安拆、横梁及倒阶梯结构施工难题,降低了高空作业风险,加快了施工进度.参考文献 蔡仁杰,王昌裕,李二伟,等一种大跨度门式上横梁分体支架的施工方法:Z L P 付文宣,袁灿,张克,等五峰山长江大桥主塔横梁支架设计 与 施工 关键 技 术J施 工 技术(中英 文),():,胡俊,魏家旭,刘斌,等虎跳峡金沙江大桥索塔上横梁支架施工方案比选J价值工程,():高昊,苏俊省,杨科,等桥塔横梁施工支撑体系设计与分析J施工技术(中英文),():石广,曹振杰,方小林,等宜昌伍家岗长江大桥桥塔上横梁施工分析J施工技术(中英文),():周宏混合梁斜拉桥H型索塔施工关键技术J铁道建筑技术,():王鹏斜拉桥超高索塔上横梁装配桁架式支撑体系设计施工关键技术J中外公路,():刘源,林吉明,董晓兵秀山大桥桥塔施工关键技术J世界桥梁,():朱鹏,周旭东虎门二桥大沙水道桥主塔上横梁支架方案比较分析J广东公路交通,():郭常瑞,黄晓星,胡学伟马普托大桥索塔上横梁牛腿支架法施工技术研究J公路交通科技,(增刊):,郭志永基于平衡力系的斜拉桥桥塔上横梁施工托架设计J铁道建筑技术,():,祝明轩大跨度斜拉桥索塔异形横梁施工关键技术J广东公路交通,():(下转第 页)成果与应用宽幅异形门式索塔横梁施工关键技术李二伟等国防交通工程与技术 年 月 卷期地保证了道路通行安全.参考文献 范壮高性能灌注料R P C在嘉鱼长江公路大桥中的应用J中国建材科技,():王良胜浅谈D J 型公铁两用架桥机架设铁路T梁施工技术J建筑工程技术与设计,():徐晶波形钢腹板P C组合小箱梁顶推施工技术研究D南昌:华东交通大学,高明赞甬台温高速公路复线飞云江跨海特大桥设计与施工J浙江交通职业技术学院学报,():刘琳简支箱梁原位现浇支架方案比选J城市建设理论研究,():S t u d yo nt h eR e p l a c e m e n t S c h e m eo fD a m a g e dB e a m so fN a n j i a n gR a i l w a yB r i d g eZ H A O P i n g y u a n,H A N R o n g h u a(C h i n aR a i l w a yL i u y u a nG r o u pC o,L t d I n d u s t r i a l a n dE c o n o m i c I n s t i t u t e,T i a n j i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eb e a mb o d ya t t h e i n t e r s e c t i o no fT i a n j i nP o r tN a n j i a n gr a i l w a yb r i d g ea n dH a i b i nE x p r e s s w a yw a sd a m a g e dd u et or e p e a t e d i m p a c t s T h e s t r e n g t ha n ds t i f f n e s s o f t h eb e a mc a nn o l o n g e rm e e t t h e r e q u i r e m e n t s o f h e a v yh a u l t r a i n s,w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t s t h es a f e t yo fr a i l w a yo p e r a t i o na n dn e e d st ob er e p l a c e du r g e n t l y B a s e do nt h i sp r o j e c t,t h i sp a p e rc o m p a r e st h r e es c h e m e so fR P Cs i m p l ys u p p o r t e dT b e a m,s t e e l p l a t e b e a ma n dp r e s t r e s s e d c o n c r e t eb o xb e a mi nd e t a i l,c o m p r e h e n s i v e l y a n a l y z e s t h e s t r u c t u r a l f o r m,c o n s t r u c t i o ns c h e m e,p r o j e c t i n v e s t m e n t,a d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e so f e a c hs c h e m e F i n a l l y,t h e r e c o m m e n d e ds c h e m e i sg i v e n t h r o u g hc o m p a r i s o na n da n a l y s i s,w h i c hp r o v i d e s c e r t a i nr e f e r e n c e f o r s i m i l a rb r i d g e r e p l a c e m e n tp r o j e c t s K e yw o r d s:d a m a g e db e a m;r e p l a c e;R P Cs i m p l ys u p p o r t e dT b e a m;s t e e lp l a t eb e a m;p r e s t r e s s e dc o n c r e t eb o xb e a m(上接第 页)K e yT e c h n o l o g i e s f o r t h eC o n s t r u c t i o no fW i d eS p e c i a l S h a p e dP o r t a lC a b l eT o w e rB e a m sL IE r w e i,C A IR e n j i e(C h i n aR a i l w a yS e v e n t hG r o u pC o,L t d,Z h e n g z h o u ,C h i n a;W u h a nE n g i n e e r i n gC o,L t d,C h i n aR a i l w a yS e v e n t hB u r e a uG r o u p,W u h a n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h em a i nb r i d g eo fWu s h u iB r i d g eo nW e s tG a o y a nR o a d i s a()ms e l f a n c h o r e ds u s p e n s i o nb r i d g e O n l yas p e c i a l s h a p e db e a mw i t ha ms p a na n da n i n v e r t e ds t e p p e ds t r u c t u r e i s s e t a t t h eu p p e rp a r t o f t h e c a b l e t o w e r I no r d e r t or e a l i z e t h es y n c h r o n o u sc o n s t r u c t i o no f t o w e rb e a m s,t h r o u g ht h es c h e m ec o m p a r i s o na n di n n o v a t i o n,t h es u p p o r ts y s t e mo fd o u b l e l i m bb r a c k e t r i g i dt r u s s i sa d o p t e d,c o m b i n e dw i t ht h e l o w l e v e l a s s e m b l y,o v e r a l l l i f t i n ga n do v e r a l l f a l l i n gt e c h n o l o g y,t or e d u c e t h er i s ko f s u p p o r t f o rh i g h a l t i t u d eo p e r a t i o n A t t h es a m e t i m e,t h ew h o l e f a l l i n go f t h eb r a c k e t i sd i v i d e d i n t os t a g e st or e a l i z e t h e s e g m e n t e dc o n s t r u c t i o no f t h eb e a m I t s o l v e s t h e c o n s t r u c t i o np r o b l e m s o f l a r g e s p a na n dh i g h s e c t i o ns p e c i a l s h a p e db e a m s,a n da c h i e v e s t h ep u r p o s eo f r a p i dc o n s t r u c t i o na n dc o s t s a v i n g K e yw o r d s:s p e c i a l s h a p e db e a m;s u p p o r t s y s t e m;l o w l e v e l a s s e m b l y;o v e r a l l l i f t i n g;o v e r a l l f a l l i n g(上接第 页)C o n s t r u c t i o nT e c h n o l o g yo fF u l l S e c t i o nL i m e s t o n eS h i e l d i nY a o x i a oR i g h tL i n eS e c t i o no fN a n j i n gM e t r oL i n eZ H A N G B i a o(T h e t hE n g i n e e r i n gC o,L t d o fC h i n aR a i l w a y t hB u r e a uG r o u p,T i a n j i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e r i n gs e c t i o 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