大跨径悬索桥加劲梁吊装施工问题.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-05-14作者简介：李平伟（1984），男，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。大跨径悬索桥加劲梁吊装施工问题李平伟（赣州市公路发展中心石城分中心，江西 石城 342700）摘要：为明确常规的缆索吊机架梁与转体施工结合技术的应用要点，以某位于山谷沟壑地区的大跨径悬索桥为例，对其加劲梁吊装施工方案进行设计，并从设备配置、塔端无索区节段梁、标准节段梁、跨中节段梁等吊装方面对加劲梁吊装施工控制要点展开分析。结果表明，所用吊装施工方案科学合理，结构受力稳定，工程进度及施工质量均有保障。关键词：大跨径；悬索桥；加劲梁；缆索吊机；吊装施工中图分类号：U445.4文献标识码：B0 引言缆索吊机可用作垂直和水平运梁的起重设备，适用于跨越山谷、河道等特殊地区施工。随着桥梁建造技术的不断进步，其跨径持续增大，借助缆索吊机安装桥梁节段，能大幅提升安装质量和工效，降低吊装施工成本。对于跨径超百米且地处山谷沟壑等地的大跨径桥梁，通常采用缆索吊机和转体施工相结合的工艺，但转体施工受到诸多限制。基于此，本文以具体工程为例，对缆索吊机和转体施工结合技术在大跨径悬索桥加劲梁吊装施工中的应用展开分析。1 工程概况某桥梁为简支钢箱梁悬索桥结构，主跨跨径为310+700+175（m），全桥孔跨由740 m预应力混凝土T梁、650 m钢筋混凝土组合梁、700 m悬索桥、240 m预应力混凝土T梁组成。桥址区地形险峻，梁段运输及吊装施工场地受限。主桥加劲梁采用流线型扁平钢箱梁形式，梁长398.2 m，梁宽29.5 m，中心及周边处梁高分别为 2.994 m 和 2.261 m。钢箱梁包括顶底板、腹板、横隔板等部分。主桥加劲梁共分成59个节段，从南向北编号为ZL1ZL59，塔端无索区节段梁、标准节段梁、跨中节段梁长度分别为8.1 m、12 m、10 m。节段梁之间仅顶板通过U形肋栓接，其余阶段均采用焊接形式。2 施工方案大跨度悬索桥加劲梁施工通常采用缆索吊机法、轨索滑移法、桥面吊机法、跨缆吊机法等。考虑到该桥梁所在峡谷地区地形陡峭，施工场地受限，综合考虑后决定利用岸坡桥塔和锚碇布设缆索吊机1，展开加劲梁吊装施工。为防止施工期间桥塔和主缆发生挤压，避免临时连接内力增大，确保合龙的稳定性，决定从跨中开始依次向两岸对称吊装加劲梁段，梁段间通过全铰法2连接。此外，按照常规做法将起吊平台与运梁通道设置在中跨正下方存在一定难度，故决定以引桥为运梁通道，并以吊装后的部分梁段为起吊平台，通过增设竖向支撑，以增强平台竖向刚度。天车行走距离有限，在墩旁设置悬臂托架不可行，经比较，在桥塔和ZL58梁段前端之间增设斜拉扣索。由于缆索吊机主索间距比主缆间距小，加劲梁起吊后沿已安装钢梁上部牵移时与碰撞吊索的可能性较大，为此通过自动旋转吊具使加劲梁在空中转体90。3 施工工艺3.1 施工设备配置该大跨径悬索桥加劲梁吊装施工需要的设备主要有缆索吊机、起吊平台、旋转吊具等。3.1.1 缆索吊机缆索吊机按照315.2+700+166.1（m）的跨度布置，设计吊重 160 t；主索沿着横桥向布置 2组，中心距为12.5 m，每组主索均采用10f62 mm钢芯钢丝绳材质，利用索鞍搭设在塔顶横梁处，在额定吊重恰好处于跨中位置时，垂跨比取1/15.96。南向侧和北向侧主索分别锚固在锚碇基础顶面和散索鞍支墩处。各组主索上均布设2台750 kN天车，之间通过连接绳串联，各台天车上配置1根f28 mm钢丝绳作为起重索，每组主索均设置1根f36 mm钢丝绳牵引索。以上绳索全部为无极循环布置，同时在岸坡锚碇处配备15 t卷扬机和25 t卷扬机各4台。157总662期2023年第32期（11月 中）3.1.2 起吊平台将由2个三角架、垫梁和平联组成的三角托架设置在两岸桥塔下横梁临近中跨侧部，三角架按照13 m的间距布设，并在桥梁北岸侧托架前增设焊接平台。钢箱梁临时支撑和起顶点全部布设在垫梁上，位于钢箱梁横隔板正下方；将四氟板粘贴于三角托架纵梁和垫梁底部。在支座垫石处设钢箱梁支撑点，为配合钢箱梁位置调整的需要，还应在垫石上铺设厚度为1 cm的钢板，并在临时支墩下粘贴四氟板。以桥梁北岸端部梁段为起吊平台，并在桥塔和其中ZL58梁段间增设斜拉索扣，在进行斜拉索扣受力分析时，将起吊平台简化为简支梁，即不考虑墩旁托架的支撑作用，仅考虑运梁车和标准梁段重量的作用，分别以ZL58梁段扣索和ZL59梁段扣索为前后支点。配置36.6 m长的f15.24 mm预应力钢绞线，确保其在满载状态下与钢梁形成68 夹角。斜拉索扣和桥塔锚固端为混凝土齿块设计，为节省工期，索导管、加强筋、螺旋筋和锚垫板预埋同时施工，塔柱混凝土和齿块混凝土同时浇筑。通过钢锚箱将斜拉索扣梁端与ZL58梁段前部次道横隔板和腹板交接处牢固焊接。3.1.3 旋转吊具考虑到加劲梁节段运抵吊装位置后垂直于最终摆位，故应在空中转体90，待位置摆正后吊装并连接吊索。所使用到的旋转吊具由1台可远程控制的特制卷扬机、1个倒梯形承重箱梁、2个分配箱梁、1个旋转轴以及吊架分配梁、万向铰、旋转传力杆、连接系等组成，具体构造见图 1。其中，与下挂架连接的分配箱梁长12.72 m、宽0.794 m、高1.5 m；顶板、底板、腹板厚度分别为20 mm、20 mm、16 mm；在箱体内按1.0 m间隔设置16 mm厚的加劲板。承重箱梁长 7.5 m，顶板、底板、腹板厚度均为20 mm，两端均支承于分配箱梁。承重箱梁中心穿设直径为356 mm的旋转轴，轴的顶部为旋转传力杆，与自动卷扬机通过钢丝绳连接。下吊架分配梁2的箱型截面长和宽均为0.6 m，与旋转轴下部挂钩通过钢丝绳连接。分配梁1的箱型截面长和宽均为0.45 m，并直接连接加劲梁吊点。2 根分配梁顶板、底板、腹板厚度分别为20 mm、20 mm、16 mm，且均为Q345钢材质。在进行旋转吊具受力复核时，其自重分项系数、起吊梁段重量分项系数、冲击系数分别取 1.2、1.1 和1.1，所得到的吊具受力满足公路桥涵施工技术规范（JTG/T 36502020）3。该大跨径悬索桥加劲梁吊装期间各种钢丝绳规格见表1。表1 各种钢丝绳规格参数钢索型号根数-直径/mm钢丝直径/mm重量/（kg/m）截面积/mm2弹性模量/MPa钢索线膨胀系数钢索破断拉力/kN钢丝公称强度/MPa钢丝有效强度/MPa承重索637S-FC型6-f563.011.61 267.5681041.210-51 8301 7701 598牵引索637S-FC型2-f281.73.89400.537.561041.210-559.81 7701 495起重索637S-FC型2-f281.52.98310.447.561041.210-545.71 7701 472缆风索2-f15.24钢绞线2-f15.241.101134.711.9510525.81 8603.2 ZL58、ZL59、ZL1节段梁架设将无索区梁段墩旁托架设置在桥塔下横梁处，借助缆索吊和荡移牵引完成安装。具体而言，通过运梁小车将ZL59节段梁沿引桥运抵下横梁处，由于受到空间限制，必须转体90 运输；此后启动荡移卷扬机，使缆索吊旋转吊具连接梁段临时吊点，并保证将ZL59节段梁荡移就位。最后，借助旋转吊具将梁段在空中转体90 后放落在墩旁托架和下横梁处，为便于合龙，还应向边跨预偏。同时将限位挡块放置在引桥T梁和墩顶盖梁间。按照同样的操作程序，吊装并架设ZL58和ZL1节段梁，同时通过U形肋高强螺栓连接ZL58和ZL59节段梁。待将 ZL58、ZL59、ZL1节段梁全部架设完成，挂设、张拉钢绞线斜拉索扣，并实行标高和索力双控。为保证斜拉索扣水平分力的平衡，在张拉斜拉索扣前旋转动力系统旋转传力杆旋转轴万向铰挂钩分配梁2分配梁1吊索2f56 mm图1 旋转吊具结构158交通世界TRANSPOWORLD须将纵向临时约束安装在ZL59节段梁和引桥间。按照标准梁段运抵吊装位置后起吊平台基本水平，对ZL58节段梁前端实行预抬高。待结束全部梁段吊装后，进行ZL58节段梁吊索挂设，并拆除斜拉索扣。3.3 标准节段吊装从跨中开始依次向两岸对称吊装加劲梁标准节段。通过运梁车将标准节段从引桥运至斜拉索扣起吊平台，与旋转吊具连接。然后，通过缆索吊机进行节段梁垂直起吊，吊至节段梁底面高出已吊装梁段顶面一定高度后纵移到位，下放至相邻梁段下部，防止相邻梁段转体过程中发生碰撞。接着，借助旋转吊具将使节段梁旋转至设计位置，并通过缆吊提升后连接节段梁和吊索，使用手拉葫芦进行辅助调整。最后，安装临时连件。3.4 加劲梁临时连接在箱梁顶板处布置临时连接A，其包括2块32 mm厚的挡板、8块16 mm厚的加劲板、3个M24 mm螺栓。为控制顶板焊缝宽度，还应在内侧增设刨光硬木和钢板所组成的填板。临时连接B则设置在箱梁底板处，结构与临时连接 A基本一致，仅多出 2个 M24 mm螺栓。临时连接C设置于箱梁腹板处，比临时连接A多20个M24 mm螺栓，便于梁段间环向焊缝的匹配定位及梁段错动的控制。4 结构受力验算对大跨径悬索桥加劲梁吊装施工期间结构受力展开验算分析，分别计算施工期间及成桥状态下主要杆件的最大控制内力以及加劲梁桁架弦杆控制轴力4。各施工阶段斜拉扣索力的计算结果见表2，扣索张力安全系数取值均符合规范。表2 各阶段扣索力计算结果ZL58节段梁架设ZL59节段梁架设352.051396.417560.729380.320396.504645.634施工阶段ZL58梁段扣索力/kN1扣2扣ZL59梁段扣索力/kN1扣2扣ZL1节段梁架设标准节段吊装合龙张力安全系数398.991400.100327.8123.65581.460596.443960.0253.42412.127420.210307.1203.53754.526766.9321080.4583.06表2（续）施工阶段ZL58梁段扣索力/kN1扣2扣ZL59梁段扣索力/kN1扣2扣分析表明，在使用缆索吊机进行加劲梁吊装施工的过程中，主梁构件内力和斜拉索力一开始均随节段梁架设长度的增大而增大，此后随着结构内力的传递而逐渐减小。斜拉索扣控制索力出现在L/10跨度附近，取值为成桥索力的2.5倍。悬索桥加劲梁吊装期间，杆件控制轴力均呈减小趋势，吊索最大索力也较小，结构安全有保障。5 结束语该公路桥梁所在地区地形陡峭，施工场地狭小，使用缆索吊机吊装方案后，将墩旁托架增设在桥塔下横梁处，并借助斜拉索扣和已吊装完成的钢梁搭建起大竖向刚度的起吊平台，为加劲梁垂直起吊提供了条件；运梁通道由引桥充当，节段梁在空中垂直转体后可顺利纵移通过上下游吊索；待加劲梁纵移到位后再借助自动化旋转吊具回转梁体。这种操作为空间受限地区大跨径梁体运输、吊装提供了可能，并省去了从地面开始架设竖向钢管支架的操作，施工成本大大节省，进度加快，施工质量有保障。参考文献：1 杨博，郭瑞，张伟.山区大跨径悬索桥加劲梁安装方案比选J.公路，2022，67（3）：118-123.2 刘邦，刘建，柯红军.大跨度悬索桥钢箱梁吊装施工技术分析J.公路与汽运，2021（6）：127-130，136.3 中交一公局集团有限公司.公路桥涵施工技术规范：JTG/T 36502020S.北京：交通运输部，2020.4 彭强，王奇锐.大跨径钢桁梁悬索桥加劲梁吊装过程的关键技术研究J.公路，2020，65（12）：1-5.159