上承式栓焊钢桁梁吊装施工组织设计优化

上承式栓焊钢桁梁吊装施工组织设计优化

1预应力混凝土梁南昆线东阳沟4号大桥位于南昆线100号至魏社段，中心距离dk393.811。全桥孔跨布置为4×32m+4×80m+2×32m,位于4‰上坡直线上,立面布置见图1。中间4孔为两联2×80m上承式栓焊钢桁梁(其余为预应力混凝土梁),主桁高11m,主桁中心距5.75m,墩高72m。该桥为山谷桥,桥两端均为隧道口,桥墩较高。总工期为10个月。设计单位提供的钢桁梁架设指导性施工方案为:在距1号墩8m处、2号墩24m处用万能杆件搭设临时支墩,在第2孔、第3孔、第4孔分别用2孔32m六四式军用梁满铺膺架。用高38m100kN塔式吊车在膺架上先架设1孔80m钢桁梁,该梁用作向前架设的平衡梁(并配压重1000kN)。使用2台梁上轨行拼装吊机和运杆件小车悬臂拼装第5、6、7孔钢梁。然后,拆除平衡梁并架设至第8孔上,完成钢桁梁架设。为实现该方案,要求2号、3号、4号墩分2次灌注。第一次灌注至膺架梁底高程,待钢梁架设就位后,再灌注至设计高程。拼装方案如图2所示。2悬臂拼装法建造架设钢桁梁桥的比选施工方案有龙门吊整孔吊装法、支架法、拖拉法、悬臂拼装法(表1)。根据比选,本桥采用悬臂拼装法架设能较好地利用桥两端地形克服桥墩较高的困难,是唯一经济合理的方案。悬臂拼装包括桁梁杆件吊装,拼装步骤的确定,拼装段的联结、平衡稳定的设计、拼装,拼装段与支墩的联结,辅助临时支墩的设置。2.1方案3:特高效系统方案2本桥可选择的方案有:(1)塔式吊机加运杆件小车加拼装吊机;(2)缆索吊机。方案(1)适应于地面运输较困难、拼装总长较长的情况,该方案由于环节较多,因而成本较高。本桥两端均为隧道,且洞顶地形陡峭,容易满足缆索吊机的安装及高度要求。桥下枯水季为旱地,地面水平运输条件好,因此本桥特别适合采用方案(2),根据最大吊重和缆索吊机高度进行设计,缆索吊机跨度650m,最大吊重50kN。跨中负重净高15m(以墩顶起算)。2.2中间桥墩拼装方案优化指导方案:在桥下净空较小的孔跨满布膺架,在膺架上拼装平衡梁并配重,以平衡梁及平衡压重向前拼装,拆除平衡梁完成最后一孔的拼装。该方案要求:(1)邻跨桥墩先只灌注到膺架梁底高程,待钢梁全部拼装后再灌注剩余部分;(2)布设较大的膺架;(3)拼装及拆除平衡梁。上述要求必然增加较大的工程量,因而需要对其进行优化。而对称悬臂拼装则没有上述工程量,只需在中间桥墩上设置拼装平台,以拼装平台向两端对称悬臂拼装即可;考虑到利用既有允许悬臂拼装64m的拼装平台,只需设置一临时支墩即能实现拼装,和指导方案相比能显著减少工程量。2.3与钢桁架梁的拼装对称悬臂拼装要求钢桁梁设计具有悬臂拼装能力,拼装段与支墩必须牢固联结,该联结以拼装平台实现。拼装平台采用工字钢板梁,与支墩采用锚固螺栓连接,与钢桁梁采用螺栓连接。由于利用既有拼装平台,该拼装平台允许悬臂拼装64m,因而必须设置临时支墩。考虑到拼装平台和临时支墩的综合效益的发挥,临时支墩设置在距拼装平台32m处,这样可以提高拼装段承受不对称的荷载的能力及拼装段的整体稳定性,方便施工。完成一孔梁的拼装后,为了减少配重工作量,仍须按对称悬臂拼装法原理,完成3孔梁的拼装。第4孔为单悬臂拼装。本桥4孔80m钢桁梁为2联,按等级强度联结将2联联结为一体。3工程技术和关键技术3.1钢桁架梁悬臂拼装顺序经过比选优化,综合考虑桥梁跨度80m、拼装平台允许悬臂拼装长度64m及场地等情况,拼装平台设置在7号墩,临时支墩设置在6号、7号墩间,距离7号墩32m处。钢桁梁的悬臂拼装顺序如下:(1)由7号墩拼装平台向两端对称悬臂拼装32m至临时墩;再单向向6号墩悬臂拼装24m(图3a)。形成7号敦、临时支墩组成的支承体系;(2)向两端对称悬臂拼装24m,后方到达6号墩,前方由7号墩向8号墩悬臂56m(图3b);(3)向5号墩单向拼装56m(图3c),形成6号墩、7号墩组成的支承体系;(4)向两端对称悬臂拼装,前方到8号墩,后方到达5号墩;(5)继续悬臂拼装至4号墩,完成全桥拼装任务。3.2关键技术3.2.1拼装平台设计原则使用于本桥悬臂拼装的拼装平台是利用既有的拼装平台,其允许悬臂拼装长度为64m,拼装平台的作用是将已拼装的钢桁梁牢固可靠地连接在桥墩上,设计拼装平台应满足下述要求:(1)保持钢桁梁悬臂拼装全过程的倾覆稳定性,其最不利荷载位于最大悬臂状态;(2)拼装平台与桥墩必须牢固可靠地连接,在墩顶适当位置布设锚固螺栓,对锚固进行力学设计;对锚固抗拔力以现场试验确定,确保锚固可靠;(3)拼装平台与钢桁梁的连接,应使其对钢梁的损坏减到最低,考虑到钢桁梁的结构特性,拼装平台与钢桁梁的连接应在钢桁梁结点进行,其连接必须经力学设计;(4)拼装平台总体设计为布置在钢桁梁两主桁下的两片工型板梁;长度确定为略大于钢桁梁两个节间长,以便于与钢桁梁连接;截面形式采用工型,根据允许应力、计算弯矩、假定腹板厚度计算、选配截面高度;然后经过验算比较,最后确定截面尺寸,对拼装平台的验算包括强度、刚度、稳定等力学验算;该桥拼装平台最终设计的每片板梁重接近100kN,为了使缆索吊能顺利吊装拼装平台,又将每片工型梁分解成上下两幅,上半幅和下半幅各重约50kN,用螺栓连接。3.2.2杆件对位冲钉钢桁梁上拱度是为了解决钢桁梁在列车荷载作用下下挠而设计的。钢桁梁上拱度的施工控制实际是控制孔眼重合率和螺栓终拧进度。(1)杆件对位时,冲钉总数不少于孔眼总数的50%,冲钉拆卸时不超过孔眼总数的20%。(2)主桁大节点螺栓终拧进度,不落后于拼装接点2个节间。高强度螺栓施拧工艺按有关规范执行。4悬臂拼装法施工要点(1)对于较大跨度、较大墩高和狭窄的施工场地条件山谷钢桁梁桥,采用拖拉法和支架法以及整孔吊装法都会增加大量辅助工程量而不经济,应用悬臂拼装法则不受条件限制,但悬臂拼装法架设钢桁梁必须首先解决拼装段的倾覆稳定性、吊装方式等主要问题。(2)为了满足拼装段倾覆稳定性要求,拼装起始段固定在拼装平台上,拼装平台固定在桥墩上。拼装平台与桥墩的联结及允许悬臂拼装的长度均以力学计算确定,当拼装平台允许悬臂拼装的长度不够时可采用布设临时支墩的办法,并且当拼装到达临时支墩后,即以拼装平台和临时支墩形成的新的稳定体系向前拼装架设。(3)悬臂拼装法的吊装,可以采用缆索吊或者梁上轨行吊。当拼装长度很大时,采用缆索吊会不经济,应优先采用梁上轨行吊;当拼