南京大跨度钢桁拱安装与合龙技术

京沪高速铁路路南京大胜关长江大桥大跨度钢桁拱拱安装与合龙龙技术主要内容1、工程背景2、大跨度钢桁桁拱桥安装方方案研究3、大跨度钢桁桁拱桥合龙方方法研究4、大吨位墩旁旁托架施工技技术研究5、大吨位多层层吊索塔架施施工技术研究究6、主要技术创创新点7、应用推广1.1工程背景京沪高速铁路路南京大胜关关长江大桥是是京沪高铁建建设重要的控控制性和标志志性工程,也是是沪沪汉汉蓉蓉I级铁铁路路干干线线和和南南京京地地铁铁的的过过江江通通道道。。该该工工程程于于2006年7月18日开开工工建建设设,总投投资资45.6亿元元,全长长9.273公里里,主桥桥为为世世界界首首座座六六线线铁铁路路大大桥桥,设计计时时速速300公里里,主跨跨336m。1、研究究背背景景1.2主体体结结构构概概况况京沪沪高高速速铁铁路路南南京京大大胜胜关关长长江江大大桥桥钢钢梁梁全全长长1608m，由由北北向向南南的的孔孔跨跨布布置置为为：：2联（（84+84）m连续续钢钢桁桁梁梁和和（（108+192+336+336+192+108）m六跨跨连连续续钢钢桁桁拱拱。。1、研究究背背景景1.2主体体结结构构概概况况本桥桥为为三三片片主主桁桁构构造造，，桁桁间间距距15m，主主桁桁全全宽宽30.0m，按按六六线线标标准准设设计计:京沪沪高高速速双双线线、、沪沪汉汉蓉蓉双双线线、、南南京京地地铁铁双双线线。。1、研究究背背景景1.2主体体结结构构概概况况桥面面采采用用正正交交异异性性板板与与主主桁桁下下弦弦结结合合、、道道碴碴槽槽板板与与整整体体钢钢桥桥面面结结合合的的型型式式。。钢钢桥桥面面板板由由16㎜㎜厚顶顶板板和和横横梁梁、、横横肋肋、、纵纵梁梁、、纵纵肋肋组组成成。。1、研究究背背景景1.3施工工技技术术难难点点（1）钢钢梁梁架架设设悬悬臂臂长长度度大大，，施施工工安安全全风风险险高高。。1、研究究背背景景1.3施工工技技术术难难点点（2）支支座座反反力力大大，，墩墩顶顶布布置置难难度度大大。。安安装装过过程程中中最最大大支支座座反反力力达达8000t，单单墩墩反反力力约约24000t，墩墩顶顶布布置置难难度度大大。。1、研究究背背景景1.3施工工技技术术难难点点（3）杆杆件件重重，，吊吊装装困困难难。。平平弦弦部部分分最最大大杆杆件件重重量量为为58t（ME8ME9杆件件）），，桁桁拱拱部部分分在在主主墩墩悬悬臂臂4个节节间间范范围围内内最最大大杆杆件件重重量量达达119t（MS49MS50杆件件）），，其其余余部部分分最最大大杆杆件件重重量量达达到到61t（MS45MS46杆件件））。。因因此此，，除除了了研研制制大大吨吨位位拱拱上上爬爬行行吊吊机机外外，，部部分分杆杆件件的的吊吊装装还还需需要要大大型型水水上上起起重重设设备备。。1、研究究背背景景1.3施工工技技术术难难点点（4）本本桥桥为为三三片片主主桁桁空空间间结结构构，，合合龙龙口口杆杆件件多多，，合合龙龙口口位位移移调调整整难难度度大大。。主主拱拱或或平平弦弦部部分分的的合合龙龙口口杆杆件件多多达达9根，，合合龙龙实实施施的的难难度度大大。。1、研究究背背景景1、研研究究背背景景1.4国内内外外发发展展现现状状1）国国外外发发展展情情况况：：国外外大大跨跨度度钢钢桁桁拱拱桥桥，，如如澳澳大大利利亚亚的的悉悉尼尼港港拱拱桥桥、、美美国国的的新新河河峡峡谷谷桥桥等等,采用用悬悬拼拼法法施施工工，，但但均均为为单单拱拱、、双双主主桁桁结结构构。。1、研研究究背背景景1.4国内内外外发发展展现现状状2）国国内内发发展展情情况况：：国内内钢钢桥桥发发展展很很快快，，特特别别是是铁铁路路钢钢桥桥近近年年涌涌现现了了许许多多新新的的结结构构型型式式和和新新的的施施工工方方法法。。①宜宜万铁铁路万万洲长长江大大桥为为主跨跨360米单拱拱、双双主桁桁钢桁桁拱桥桥，采采用单单层吊吊索塔塔架辅辅助单单悬臂臂拼装装架设设，在在主墩墩墩顶顶设置置顶落落、纵纵横移移设施施，实实现中中跨合合龙。。1、研究究背景景1.4国内外外发展展现状状2）国内内发展展情况况：②重重庆朝朝天门门长江江大桥桥主桥桥为跨跨径190＋552＋190m中承式式钢桁桁连续续系杆杆拱桥桥。采采用吊吊索架架辅助助悬臂臂架设设，墩墩顶设设置顶顶落、、纵横横移设设施，，实现现中跨跨合龙龙。141、研究究背景景工程实实例：：重庆庆朝天天门大大桥（主跨跨552m,二航局局施工工）1.5主要研研究内内容（1）大跨跨度钢钢桁拱拱桥安安装方方案研研究本桥钢钢梁总总重约约8万吨，，钢梁梁规模模宏大大，施施工投投入的的大型型临时时结构构和设设备较较多，，在满满足施施工安安全和和工期期要求求的前前提下下，如如何减减少大大型临临时结结构和和设备备的投投入。。（2）大跨跨度钢钢桁拱拱桥合合龙技技术研研究本桥主主桥为为三主主桁六六跨连连续钢钢桁拱拱，跨跨度大大，结结构体体系新新，如如何顺顺利实实现钢钢梁的的合龙龙，减减少合合龙风风险。。（3）大吨吨位墩墩旁托托架施施工技技术研研究6/7/8#墩墩顶顶钢梁梁双悬悬臂架架设施施工中中，面面临两两大问问题：：如何何确保保钢梁梁在双双悬臂臂架设设过程程中的的平衡衡稳定定；如如何提提高墩墩旁托托架的的安装装精度度，减减少钢钢梁合合龙风风险。。（4）大吨位位多层层吊索索塔架架施工工技术术研究究6#、7#、8#主墩钢钢梁均均采用用双悬悬臂架架设，，6#、8#墩钢梁梁最大大悬臂臂长度度168m，7#墩钢梁梁最大大悬臂臂长度度156m。本桥桥的吊吊索塔塔架主主要功功能除除了控控制钢钢梁大大悬臂臂时杆杆件应应力和和悬臂臂端挠挠度，，更重重要的的是用用于合合龙前前调整整合龙龙口位位移。。为满满足上上述功功能要要求，，需对对多层层吊索索塔架架的设设计和和施工工进行行深入入研究究。1、研究背背景2.1钢梁架架设方方案比比选根据本本桥钢钢梁结结构特特点和和工期期要求求，六跨跨连续续钢桁桁拱采采用从从两侧侧往跨跨中架架设、、跨中中合龙龙的总总体方方案。。2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.1钢梁架架设方方案比比选336m主跨钢钢梁架架设比比选2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.1钢梁架架设方方案比比选336m主跨钢钢梁架架设比比选2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.1钢梁架架设方方案比比选336m主跨钢钢梁架架设比比选2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.1钢梁架架设方方案比比选336m主跨钢钢梁架架设比比选综合比比选，，主桥桥钢梁梁架设设推荐荐采用用方案案一。。2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.1钢梁架架设方方案比比选最后实实施方方案：：2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.5全桥钢钢梁架架设实实施情情况边跨钢钢梁架架设2、大跨度度钢桁桁拱桥桥安装装方案案研究究2.5全桥钢梁梁架设实实施情况况边跨钢梁梁架设-192m跨合龙2、大跨度钢钢桁拱桥桥安装方方案研究究2.5全桥钢梁梁架设实实施情况况中跨钢梁梁架设2、大跨度钢钢桁拱桥桥安装方方案研究究2.5全桥钢梁梁架设实实施情况况中跨合龙龙2、大跨度钢钢桁拱桥桥安装方方案研究究3.1钢桁拱合合龙技术术研究传统的顶落梁合合龙：在钢梁梁支点位位置设置置竖向千千斤顶，，通过顶顶升和落落梁，调调整钢桁桁合龙口口的竖向向位移和和转角，，按理论论设计长长度安装装合龙段段杆件，，合龙段段采用高高强螺栓栓连接，，合龙精精度要求求高。在在本桥有有以下困难：（1）主墩支支点达到到8000t/桁，需要要特别研研制2500t大吨位千千斤顶需需36台，研制制费用高高；（2）主跨合合龙前，，两岸钢钢梁为连连续梁，，支点高高程的相相对变化化需严格格控制，，钢梁顶顶落时三三个墩的的千斤顶顶（共36台千斤顶顶）需同同步操作作，操作作难度大大，施工工风险高高。（3）各墩墩墩顶钢梁梁的顶落落量较大大，支点点处的临临时抄垫垫较高，，存在较较大施工工风险；；（4）三个主主桁合龙龙口的中中桁与边边桁形状状存在差差异，顶顶落梁无无法解决决三个主主桁合龙龙口位移移点同时时调整到到位的问问题。3、大跨度钢钢桁拱桥桥合龙技技术3.1钢桁拱合合龙方案案研究新的思路路：“调索+纵移”的合龙方方法：通过主动动调整索索力来改改变钢梁梁悬臂端端合龙口口的位移移和转角角，同时时辅以6、8#墩侧钢梁梁的纵移移，从而而实现钢钢梁合龙龙口杆件件零应力力合龙。。和传统统的钢梁梁架设相相比，省省去了在在主墩顶顶布置大大吨位千千斤顶设设备，取取消了钢钢梁合龙龙时起落落梁的过过程，从从而减少少了合龙龙风险，，节约了了大量的的设备费费用，同同时也解解决了通通过顶落落梁很难难将三片片主桁空空间结构构合龙口口位移点点同时调调整到位位的问题题。3、大跨度钢钢桁拱桥桥合龙方方法研究究3.2“调索+纵移”合龙方法法实施步步骤（1）192m边跨合龙龙后，解解除6#、8#墩墩旁托托架，并并纵向预预偏。7#墩钢梁与与墩旁托托架固结结，对称称双悬臂臂安装钢钢桁拱。。（2）6#、8#墩继续向向前架设设钢梁，，依次挂挂设张拉拉三层吊吊索。7#墩两侧对对称架设设钢梁，，依次挂挂设并张张拉三层层平索。。（3）6#、7#、8#墩钢梁架架设至合合龙口位位置后，，调整三三层拉索索的索力力，将合合龙口两两侧竖向向位移和和转角调调整到位位。（4）依次合合龙下弦弦、斜杆杆、上弦弦。（5）解除7#墩墩旁托托架，逐逐步释放放三层拉拉索索力力，使主主跨系杆杆合龙口口张开至至设计理理论长度度，合龙龙系杆，，全桥合合龙。3、大跨度钢钢桁拱桥桥合龙方方法研究究8#墩合龙口前端位移(mm)上弦下弦系杆转角xzxzxzθ(。）77557055-164540.0287#墩合龙口前端位移(mm)上弦下弦系杆转角xzxzxzθ(。）77497049146-0.028表注：以以上位移移量中，，x为顺桥向向位移，，以向7#墩为正，，z为竖直位位移，以以往上为为正；θ为杆件转转角，以以顺时针针向为正正。3、大跨度钢钢桁拱桥桥合龙方方法研究究3.3合龙计算算钢桁拱合合龙计算算-合龙口位位移表(调索及纵纵移198mm之后)8#墩7#墩3、大跨度钢钢桁拱桥桥合龙方方法研究究3.3合龙计算算钢桁拱合合龙计算算-钢梁主跨跨合龙口口示意图图4.1问题的提提出在本桥钢钢桁拱施施工中，，若采用用从6/7/8#墩墩顶开开始双悬悬臂架设设的施工工方法，，则需要要设置墩墩旁托架架作为起起始节间间的施工工支架，，最突出的的问题是是：如何何确保钢钢梁在双双悬臂架架设过程程中的倾倾覆稳定定，特别是钢钢梁最大大悬臂时时处在台台风期，，需要确确保考虑虑台风作作用下钢钢梁双悬悬臂架设设的安全全。4、大吨位墩墩旁托架架施工技技术研究究4.2与钢梁固固接的墩墩旁托架架大胜关桥桥之前的的钢梁架架设，往往往将墩墩旁托架架和钢梁梁起始节节间分离离设置。。大胜关关桥主墩墩墩旁托托架如仍仍然采用用此种思思路，则则墩旁托托架结构构比较庞庞大，且且钢梁架架设过程程中的倾倾覆安全全不满足足规范要要求的1.3.4.2与钢梁固固接的墩墩旁托架架新的思路路是，将将墩旁托托架与主主桥钢梁梁连接为为整体，，在安装装过程中中，托架架作为钢钢梁的一一部分，，共同受受力。这这样，将将安装过过程中的的倾覆稳稳定难题题转化成成结构受受力，托托架立柱柱根部和和承台顶顶固接，，具备抵抵抗拉压压功能。。同时，，在墩顶顶起始四四节间安安装过程程中，托托架和钢钢梁之间间具有水水平、竖竖向、横横向位移移可调措措施，在在墩顶四四节间安安装完成成后，精精确调整整钢梁三三向位移移，满足足线形要要求后将将托架和和钢梁固固接。4.2可调钢梁梁空间位位置的墩墩旁托架架4、大吨位墩墩旁托架架施工技技术研究究4.2可调钢梁梁空间位位置的墩墩旁托架架4.2可调钢梁梁空间位位置的墩墩旁托架架4.2可调钢梁梁空间位位置的墩墩旁托架架4.3墩旁托架架的安全全验算墩旁托架架是本桥桥钢梁架架设的生生命线，，控制着着全桥的的施工安安全，而而7#墩墩旁托托架更是是全桥安安全控制制中的重重中之重重。在墩墩旁托架架设计中中，除了了考虑施施工过程程的不平平衡荷载载，还要要重点考考虑台风风的影响响。经过计算算，6#、8#墩旁托架架立柱最最大受压压约1800t，最大受受拉500t，7#墩立柱最最大受压压约2500t，最大受受拉1000t。5.16/8#墩吊索塔塔架的设设计与施施工吊索塔架架高度68.5m，单桁中中心立柱柱受力约约3500t/桁，前后后吊索每每桁（共共三桁））设置三三层。5、大吨位多多层吊索索塔架施施工技术术研究5.26/8#墩吊索塔塔架的设设计与施施工5、大吨位多多层吊索索塔架施施工技术术研究吊索均采采用高强强平行钢钢丝，钢钢丝强度度为1770MPa，外包PE保护层。。第一、二二层拉索索容许应应力［σ］≤0.50Rb。第三层拉拉索容许许应力［σ］≤0.45Rb。5.37#墩平索设设计、施施工三个方案案：5、大吨位多多层吊索索塔架施施工技术术研究5.37#墩平索设设计、施施工方案一为为双层吊吊索塔架架方案。。本方案案的优点点为拉索索索力较较小，相相应地，，索的工工程量也也相对较较小，但但缺点是是多了一一台吊索索塔架的的工程量量，并且且受塔架架安装的的影响，，7#墩钢梁架架设工期期增加两两个月。。方案二为为单层平平索方案案。本方方案的优优点是省省去了一一台塔架架，7#墩钢梁架架设的工工期也最最少；缺缺点是6/8#墩的拉索索和塔架架工程量量增大，，6/8墩钢梁的的架设工工期加长长，工期期安排不不合理；；其中最最主要的的缺点是是7#墩仅有一一层拉索索，竖向向位移和和转角无无法同时时调整到到位，钢钢梁合龙龙困难。。5.37#墩平索设设计、施施工方案三为三层层平索方案。。本方案的优优点是省去了了一台吊索塔塔架，加快了了工期，钢梁梁合龙口竖向向位移和转角角的调整较为为方便，合龙龙风险可控。。5.37#墩平索设计、、施工实施方案：5.37#墩平索设计、、施工5、大吨位多层吊吊索塔架施工工技术研究（1）大跨连续钢钢桁拱桥安装装技术六跨连续钢桁桁拱采用从两两侧往跨中架架设、跨中合合龙的总体方方案。钢梁在在可调墩旁托托架上悬臂安安装，通过6/8#墩上设置多层层吊索塔架拉拉索，7#墩上设置多层层水平拉索来来调整钢梁内内力和位移，，直至合龙。。本桥钢梁安装装方法已获国国家发明专利利（ZL200710053009.9）。（2）大跨度连续续钢桁拱合龙龙技术提出了“调索+纵移”的钢梁合龙方方法，本合龙龙方法不需要要顶落梁，节节省了大量大大吨位竖向千千斤顶的费用用。本合龙方法已已获国家发明明专利（ZL200710053007.X）。6、主要技术创创新点（3）大吨位墩旁旁托架施工技技术通过研究，