鋼桁梁拼裝平臺設(shè)計與施工

張海燕

(中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東兗州272100)

鋼桁梁拼裝平臺設(shè)計與施工

張海燕

(中鐵十四局集團第三工程有限公司，山東兗州272100)

結(jié)合黃大鐵路(朔黃鐵路黃驊南站—益豐鐵路大家洼站)黃河特大橋連續(xù)鋼桁梁頂推體系中鋼桁梁拼裝平臺的施工，介紹了拼裝平臺的整體布局、細部設(shè)計及平臺的安裝工藝，為鋼桁梁的無應(yīng)力拼裝作業(yè)提供參考。

鋼桁梁;拼裝平臺;設(shè)計;施工

1　工程概況

黃大鐵路黃河特大橋位于山東省東營市利津縣境內(nèi)，連續(xù)鋼桁梁主橋橫跨黃河主河槽，跨徑布置為(120+4×180+120)m的鋼桁梁，全長967.34 m。鋼桁梁設(shè)計為上下平行弦，2片垂直主桁，主桁中心距11.0 m。主桁片為帶豎桿三角形式，桁高18.0 m，節(jié)間長度10 m，斜桿節(jié)點的大節(jié)間長度為20 m，全橋總質(zhì)量約13 420 t。

上部鋼桁梁采用頂推法施工(見圖1)，頂推體系中鋼梁的無應(yīng)力拼裝作業(yè)需要拼裝作業(yè)平臺，為此在既定位置設(shè)計鋼梁拼裝平臺。拼裝平臺所在的114#～115#墩處于黃河河漫灘中，橋址處地質(zhì)條件復(fù)雜。距地面1～7 m為黏土層，地基承載力約50 kPa。7 m之下多為砂土、粉土或者粉質(zhì)黏土層。整體地層承載力較差且橋址處地下水位較高，位于地面以下1.5 m。

圖1　頂推法施工示意(單位:cm)

2　拼裝平臺設(shè)計

2.1設(shè)計原則

主橋連續(xù)鋼桁梁采用頂推法施工，即在拼裝平臺上部拼裝完成一定節(jié)間后將其頂推出去，繼續(xù)拼裝后續(xù)節(jié)間，依次循環(huán)操作。拼裝平臺使用頻率高，安全性要求高，是系統(tǒng)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。拼裝平臺既要滿足頂推方案中每次頂推長度要求，又必須滿足各種工況下結(jié)構(gòu)的安全性，為施工提供足夠的操作空間。

橋梁最大跨度180 m，導(dǎo)梁前端在懸臂120 m時須能夠抵抗設(shè)計區(qū)域的最大橫向風(fēng)載。據(jù)此確定頂推方案為每次拼裝60 m鋼桁梁，在導(dǎo)梁懸臂120 m時將鋼桁梁一次頂推60 m，直接上墩。對頂推方案、施工工期、施工成本等方面進行多次比選后，確定采用70 m的拼裝平臺用于鋼桁梁桿件安裝、橋面板焊接、下弦附屬結(jié)構(gòu)安裝、施工檢查等。

2.2拼裝平臺設(shè)計概況

114#～115#墩之間設(shè)置70 m平臺用于鋼梁3個大節(jié)間的拼裝及頂推，留10 m作為鋼桁梁銜接長度。拼裝平臺整體布置見圖2。拼裝支架立柱上部支撐滑道梁，作為上部頂推時的走行軌道。

支架基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m，樁長35 m，每相鄰2根樁基上部設(shè)置承臺。立柱采用630 ×8 mm的雙鋼管，橫橋向中心間距11 m，縱橋向中心間距10 m。每2組立柱通過縱、橫向聯(lián)結(jié)系連接。立柱上方支撐滑道梁，為了減小滑道梁的支撐間距，在立柱間設(shè)計滑道梁支撐桁架?；懒涸O(shè)置橫向連接系，同時作為上部操作平臺的支撐橫梁。

2.3拼裝平臺建模計算

拼裝平臺使用有限元分析軟件MIDAS/Civil 2012建立整體模型進行設(shè)計，模型中包含滑道梁。用梁單元模擬實際構(gòu)件。立柱與桁架之間、縱橫向連接系之間焊接，模型中用剛接來模擬;立柱與承臺預(yù)埋件焊接，柱腳用固結(jié)來模擬。

圖2　拼裝平臺(尺寸單位:cm;高程單位:m)

2.3.1結(jié)構(gòu)選材

拼裝支架中除滑道梁外其余鋼材采用Q235鋼，抗拉、抗壓和抗彎強度設(shè)計值為215 MPa，抗剪強度設(shè)計值為125 MPa，板厚t≥16 mm。

2.3.2荷載選用

結(jié)構(gòu)計算時恒載取為拼裝支架自重G;活載為主梁拼裝及移動過程中滑塊對拼裝支架滑道梁產(chǎn)生的作用力Q。計算結(jié)構(gòu)強度時采用組合S1=1.2G+1.4Q;計算結(jié)構(gòu)剛度(變形)時采用組合S2=G+Q。

2.3.3結(jié)構(gòu)檢算

結(jié)構(gòu)活載取鋼桁梁在頂推過程中對拼裝平臺最不利的一組豎向力，水平力取為豎向力的10%。

鋼桁梁的中間節(jié)段E45～E48的桿件較重。模型(見圖3)計算時，以最不利工況下的移動荷載模擬支架受力。此時在支架上部拼裝完成第44～50節(jié)間的60 m鋼梁。在頂推過程中各節(jié)點下的滑塊將鋼梁上部的自重荷載以集中力的形式傳遞給拼裝平臺上部的滑道梁。

圖3　拼裝平臺模型

由移動荷載工況計算結(jié)果可知，當(dāng)鋼梁通過滑塊將自重傳遞給拼裝平臺并在上部頂推時，最大位移為4.4 mm。各部件應(yīng)力計算結(jié)果見表1。

表1　各部件應(yīng)力計算結(jié)果

由表1可知:滑道梁設(shè)計由剪應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力同時控制，鋼管立柱設(shè)計由軸向正應(yīng)力控制，桁架和縱橫聯(lián)設(shè)計由軸向正應(yīng)力控制。由于拼裝支架上部長期承載可變荷載作用，具有較大的動力響應(yīng)，且活載帶有一定的發(fā)展系數(shù)，因此支架取用的安全系數(shù)較大。

細部分析時發(fā)現(xiàn)靠近大里程側(cè)的3排鋼管立柱受鋼梁壓力較大，為了防止對應(yīng)的桁架與鋼管的連接處受彎剪破壞，向鋼管內(nèi)部灌注混凝土增加鋼管的截面剛度，以提高此處的安全性。

鋼管立柱屬軸壓構(gòu)件，易失穩(wěn)，需分析立柱的穩(wěn)定性。通過模型計算可知單根鋼管立柱最大支點反力為1 189 kN。鋼管長度為13.28 m，拼裝支架設(shè)置4道連接系，連接系最大間距4.1 m，故鋼管立柱計算長度為4.1 m。鋼管立柱截面應(yīng)力經(jīng)計算為81.1 MPa＜215 MPa，符合設(shè)計要求。

2.4拼裝平臺樁基礎(chǔ)設(shè)計

拼裝平臺處在黃河河漫灘區(qū)，其地基承載力較差，地層參數(shù)見表2?？紤]橋址處地質(zhì)條件，拼裝平臺選用混凝土摩擦樁，樁徑1.0 m，設(shè)計樁長35 m，樁基鋼筋籠長度為18 m。

表2　地層參數(shù)

由《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)，取清孔系數(shù)為0.75，修正系數(shù)為0.7，深度修正系數(shù)為1.5，計算得單樁承載力為3 914 kN，樁基安全系數(shù)為3.3。可知樁基符合設(shè)計要求。

3　拼裝平臺施工

拼裝平臺安裝步驟:鋼管立柱→立柱下部縱、橫聯(lián)→立柱上部橫聯(lián)→立柱上部滑道梁支撐桁架→桁架橫聯(lián)→灌注鋼管混凝土→立柱頂部分配梁→滑道梁。

拼裝平臺處架設(shè)有60 t龍門吊，使用龍門吊安裝拼裝平臺支架和滑道梁。

1)拼裝平臺安裝。拼裝平臺立柱為630×8 mm的雙鋼管，在預(yù)制場加工完成，現(xiàn)場使用龍門吊安裝。安裝前將立柱鋼管的安裝控制點標(biāo)記在預(yù)埋鋼板上。安裝時使用楔形鋼板點焊定位鋼管，使用全站儀控制鋼管的豎直度和鋼管頂部的控制點位里程及標(biāo)高。平臺的縱、橫向連接系與桁架等使用龍門吊安裝到設(shè)計位置即可。嚴格控制焊接各接口處焊縫質(zhì)量，柱腳、桁架處焊腳高度不小于8 mm，其余部位不小于6 mm。

2)滑道梁安裝。待拼裝平臺的構(gòu)件全部安裝完成后架設(shè)上部滑道梁。在對應(yīng)的鋼管立柱頂板、桁架的頂板上部提前放線確定滑道梁的安裝位置，并將各位置處的標(biāo)高進行采集處理，使用鋼板抄墊調(diào)整滑道梁底標(biāo)高使其一致。使用60 t的龍門吊自大里程側(cè)向小里程側(cè)安裝滑道梁，滑道梁間通過高強螺栓連接。

4　結(jié)語

拼裝平臺等結(jié)構(gòu)的設(shè)計綜合考慮了整個施工頂推方案，如頂推施工工藝的配合、鋼桁梁在頂推過程中的受力狀況、與滑道梁之間的銜接等。

拼裝平臺在加工過程中采用模塊化加工，將立柱鋼管、支撐連接系、滑道梁支撐架、操作平臺、人行通道等分別加工，然后拼裝成一體，之后采用龍門吊一次吊裝，減少了高空作業(yè)時間，取得了較好效果。

黃大鐵路黃河特大橋頂推施工體系中，拼裝平臺擔(dān)負著非常重要的角色。該方案經(jīng)施工檢驗，很好地完成了鋼梁拼裝及頂推任務(wù)，且工藝簡單，提高了經(jīng)濟效益，可供類似施工借鑒。

［1］陳偉，李明．橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］．北京:中國鐵道出版社，2003．

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［8］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

(責(zé)任審編 李付軍)

Design and Construction of Assembling Platform for Steel Truss

ZHANG Haiyan
(The Third Engineering Co．，Ltd．，China Railway 14th Bureau Group Corporation，Yanzhou Shandong 272100，China)

The continuous steel truss of the Yellow River Super Bridge on Huanghua South Station－Dajiaw a Station railway was erected by increm ental launching method．Combined with the construction of assem bling platform for steel truss，the overall arrangem ent，detail design and fixing techno logy of assem bling platform were introduced，which could provide reference for stress free assem bling construction of steel truss．

Steel truss;Assem bling p latform;Design;Construction

U455．46

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．12

1003-1995(2016)11-0046-03

2016-06-09;

2016-07-12

張海燕(1969—)，女，高級工程師。