长寿长江大桥钢梁架设及关键技术研究论文幻灯片

预祝我公司第2002年度技术交流会圆满成功2002五公司技术交流会

渝怀线长寿长江大桥项目经理部

2002五公司技术交流会长寿长江大桥钢梁架设方案及关键技术研究发表人：李德坤

【摘要】长寿长江大桥钢梁悬拼跨度达192米，位居国内首位。同时由于地形等因素的影响，使得施工困难很大。中铁大桥局集团五公司积极开展科技攻关，解决了一系列的关键技术问题，制订了一套先进的施工方案。本文简要地介绍了该方案的相关要点及关键技术研究

。【关键词】钢梁架设方案国内首位困难科技攻关

2002五公司技术交流会1、工程概述

长寿长江特大桥是新建铁路渝怀线上跨越长江的一座特大桥，位于长寿县境内，中心里程为DK89+623，桥跨布置为2x24m+3×32m预应力混凝土简支梁+(144+2×192+144)m下承式连续钢梁+2×32m预应力混凝土简支梁。桥梁全长898.36m，位于曲线及直线平坡上，桥高95m，按复线要求一次建成。钢梁主桁桁式采用有竖杆三角形桁式，桁高18m，桁宽12m，节间长度12m，在中间支点处设有下加劲桁，支点处加高。主桁弦杆在工厂制造时与节点板焊成整体，安装时与相邻弦杆在节点外用高强度螺栓拼接。主桁上下弦杆及中间支点加劲弦杆均采用箱形截面。斜杆根据受力需要分为箱形截面及H型截面两种情况。竖杆主要为H型截面。钢梁架设采用从南岸（怀化岸）9#墩往北岸5#墩方向单头架设的方案进行。钢梁架设工期（含桥面系施工）仅一年。长寿长江特大桥为渝怀线重点控制工程，工期紧,技术复杂,关系到全线铺架总工期。全桥施工由中铁大桥局集团五公司承担，七公司及桥机厂承担钢梁制造任务，施工监测委托桥科院进行。2002五公司技术交流会2．施工特点及难点

桥位两侧施工场地狭窄，地形高差大，主桥钢梁的进场、预拼及存放较困难,施工场地难于布置。(2)第一孔钢梁采用临时支墩半伸臂拼装，临时支墩受力大（竖向设计荷载超过1000吨/桁），且离地面较高，其中3、4#临时支墩总高超过60米，自由长度大，还存在抗洪问题,规模庞大，设计难度大。同时，由于地形陡峭、高差大，更增加了支墩的施工难度；

2002五公司技术交流会长寿长江大桥钢梁最大悬拼跨度达192米，为国内第一，其架设施工主要有以下难点:(3)架设第二孔钢梁时，为保证抗倾覆系数，需在9#墩后方拼装60米平衡梁。由于南岸无条件设置平衡梁，如此庞大的压重量实施起来又几乎不可能，借鉴芜湖长江大桥的成功经验，采用了后锚系统来代替压重这一新工艺，是全桥钢梁安全架设的“生命线”，施工需严格保证其施工质量。（4）第2、3孔钢梁需辅以单层吊索塔架进行架设，吊索塔架高达60米，吊索水平距离达108米，横桥向跨度仅12米，索力达1350吨/桁，各项设计参数均创国内记录，设计及施工难度大。2002五公司技术交流会（5）悬拼跨度达192米，梁端变形也大，计算挠度达2.5米，给墩顶布置及顶落梁施工带来了困难。由于宽跨比小，对钢梁架设的横向稳定也带来了不利影响。（6）主桁桁式为带竖杆三角形，在支点处还设有加劲弦，节点交汇较多，部分杆件拼装时需强行闭合，安装困难。2002五公司技术交流会3.1钢梁架设方案

3．施工方案及总体布置

第一孔钢梁采用临时支墩半伸臂拼装，从第二孔钢梁开始，采用全伸臂拼装，其中二、三孔钢梁由于跨度较大(192米），需借助单层吊索塔架辅助进行拼装。首先在9#墩与11#台之间搭设栈桥以便运输钢梁，在9#墩与8#墩间拼装4个临时支墩在膺架上拼装及半悬臂拼装安装架设144m跨钢梁（第一孔），再将单层吊索塔架移至8#墩顶处，悬臂安装7#与8#墩之间192m跨钢梁（需设置预应力后锚装置）。接着将单层吊索塔架移至7#墩顶处，悬臂拼装7#与6#墩之间192m跨钢梁，然后悬臂拼装6#与5#墩之间144m跨钢梁（不使用吊索塔架），吊索塔架退至9#墩附近拆除。2002五公司技术交流会附图一：

2002五公司技术交流会图3.2场地布置

南岸预拼场设置在怀化岸11#台后，面积约6400m2左右，设置预拼台座和存放台座，预拼场配备40t龙门吊机2台、汽车吊1台。由于施工场地较小，仅能存放5孔钢梁。钢桁梁杆件由水运至南岸（怀化岸）栈桥码头后，由CWQ50/16型码头吊机起吊，放置于下栈桥运梁平车上，然后经过直、曲线轨道运至9#墩处钢梁提升站下，再由提升站QLY50/16型吊机起吊至上栈桥运梁平车上，再运至预拼场预拼。钢梁预拼好后，用运梁平车通过上栈桥及钢梁上运梁道运输至架设点架设。具体布置见附图一：钢梁架设场地布置图。钢梁第1、2个节间利用9#墩处钢梁提升站吊机安装，然后在其上安装另一台可走行QLY50/16型架梁吊机进行钢梁拼装。吊索塔架拼装用ZSC5012型吊机完成。具体布置见附图二：钢梁安装桥上主要大型设备布置图。2002五公司技术交流会4．关键技术研究

4.1施工监控

4.1.1施工监控的必要性

主桥钢梁具有悬拼跨度大，宽跨比小，安装应力水平高，挠度大等特点，在施工过程中又辅以临时支墩（单桁受力达1300t）、吊索塔架（塔高60m，索力达1350t/桁）、临时后锚系统（拉力达1000t/桁）等关键设备，构成了全桥钢梁架设的三条生命线,另外钢梁安装产生的内应力直接影响到成桥后结构受力。为了安全、优质地架设钢梁，非常有必要在施工过程中对主体结构钢梁及上述辅助结构实施有效的监测、控制，掌握其在拼装过程中的使用情况及安全度，确保万无一失。

2002五公司技术交流会4.1.2施工监控的内容

(1)施工控制计算；(2)钢梁杆件应力测试；(3)位移测量；(4)后锚索索力测试；(5)吊索塔架索力测试；(6)临时支墩监测。2002五公司技术交流会4.1.3施工控制计算

本桥施工控制计算利用西南交大编制的“桥梁结构分析系统”（简称BSAS）程序进行。程序具备考虑结构自重、公铁路活载、温度变化、支座位移、施工临时荷载等常规功能，并能自动生成结构简图及恒载内力、位移图，输出各施工阶段和运营阶段的恒载内力和支点反力、位移等。对斜拉索，程序自动处理为轴向受力单元，并按Ernst公式对弹性横量进折减，以计入拉索几何非线性的影响。计算时依照杆件截面特性，将全桥离散成274个单元，建立平面模型。按照施工顺序的进行，进行前进分析，计算出每一阶段的结构状态（几何状态、内力状态），并与实测值进行比较，分析偏差产生的原因，修正计算参数，为下一阶段的施工提出更为准确的计算结果。2002五公司技术交流会4.1.4监测方法钢梁安装杆件的应力监测采用瑞士产的手持式应变仪，每一测试断面布置八个测点，其中温度补偿两测点，中性轴两个测点，上下缘对称于中性轴布置四个测点。吊索塔架索力监测采用频谱分析法，利用紧固在缆索上的高灵敏度传感器，拾取索在环境振动激励下的自振动信号，经过滤波、放大、谱分析，得出缆索的自振频率，根据自振频率与索力的关系，确定索力。后锚索力监测采用锚下安装压力环的方法，通过环行测力测力计获取可靠的索力值。钢梁安装位移监测和临时支墩监测均采用全站仪和水准仪。钢梁安装主要监测挠度、中线、水平位移等；临时支墩监测支架变形、下沉量等。2002五公司技术交流会4.2.1设计特点

本桥临时支墩规模庞大，国内罕见。其设计主要有以下特点:(1)

承受荷载大。其中3、4#支墩单桁设计反力均超过1000t；(2)

自由度高。3、4#支墩总高度均超过60米，稳定问题十分突出；(3)

同一支墩上、下游侧支腿高低不一，受力不均。最大高差达10米；(4)施工难度大。1、2、3#支墩基础位于陡坡上，如果采用爆破法施工将损坏岩石的整体性,同时周围还有长寿区重点文物保护建筑-龙王庙和民房，因此严禁放炮,仅能人工开挖，工作量巨大。(5)

支墩顶部布置复杂。由于支点反力大，需设置强大的分配梁体系才能将巨大的集中力均匀地传到各个柱脚上。此外还要考虑起顶千斤顶的布置；4#支墩位于水中，存在抗洪问题。4.2大型临时支墩设计

2002五公司技术交流会4.2.2技术措施

根据现场实际地形地质情况及各临时支墩的设计反力，除3#支墩采用挖孔桩基础、支架为钢管柱外，其余3个支墩均采用扩大基础、万能杆件支架。1＃、2＃、3＃支墩之间设2道万能杆件平联。支架顶均设有分配梁、钢垫块等，为了调节钢梁架设过程中的节点高程，在3、4#支墩上每桁下还布置了4台500吨千斤顶。本桥采用万能杆件及钢管柱两种常备构件作材料，因地制宜，设计出4个临时支墩。既满足了受力要求，又利于安装及拆除，减小了投入，创造了一定的效益。2002五公司技术交流会

长寿长江大桥架梁用吊索塔架是一台庞大的专用设备，它受力大、精度高、结构复杂。塔架各项设计参数均创国内之最,主要技术指标如下:

4.3吊索塔架设计

计算高度吊索距支点水平距离吊索索力吊索倾角吊索初张力横桥向跨度顺桥向跨度60米108米1350吨/桁29.055º650吨/桁12米17.6米2002五公司技术交流会吊索塔架高60m，为钢梁跨度192m的1/3.2，与斜拉桥相比高度较大。吊索塔架由三部分组成：主结构，即中心立柱、支承座及垫座；张拉系统，即吊索、锚箱、塔顶拉板、钢梁节点拉板；辅助结构，即主、副万能杆件系统和走行机构。中心立柱的横截面为6根焊接H形钢及连接缀杆组成的格构式压杆，缀杆采用万能杆件。主结构各部分之间均采用精制螺栓连接，万能杆件部分采用粗制螺栓连接。吊索塔架共用了4组拉缆：前方2组和后方2组。每组拉缆受力为1350t，由6根吊索组成。每根吊索均含φ7高强钢丝（бb=1670MPa）91根，设计索力225t。吊索采用PESM7-91型冷铸锚具，吊索两端均为该型的张拉端锚具。吊索索长计算按斜拉索的长度计算公式进行计算，需考虑拉索弹性伸长、垂曲及钢梁架设坡度、挠度等因素的影响。吊索上端通过上锚箱与塔顶顶部拉板销接,下端通过下锚箱与钢梁节点拉板销接。万能杆件系统与中心立柱连接组成完整的吊索塔架结构，同时也与走行结构结合，成为可走行的吊索塔架结构。走行机构分4个支点，由车轮、轮箱、分配梁和主梁四部分组成，为套箱结构，车轮直径700mm，轮压设计值为25t，整台吊索塔架走行重量按800t控制。

2002五公司技术交流会悬臂架设第二孔钢梁时，在保证倾覆稳定系数K=M稳/M倾＞1.3的条件下，计算出后锚固索索力T=1000吨。经过多次与设计院的研究、探讨，确定后锚系统由二部分组成，一部分是对墩身施加预压力的4束19φ15.72钢绞线束，另一部分是用来锚固钢桁梁的8束84φ7高强钢丝束。高强钢丝束一端锚固于予埋在9#墩顶实体段内的锚垫板上，另一端固定于钢桁梁节点上。由于钢丝束需穿过节点下支座，并且根据施工需要9#墩顶节点下支座必须为固定支座，为了不损坏正式支座，还