貝雷梁龍門吊在危橋改造維修中的運(yùn)用

呂紅軍

摘要：文章結(jié)合國(guó)道G323東蘭紅水河大橋危橋改造維修實(shí)例，介紹了采用貝雷梁龍門吊代替普通吊車拆除安裝橋梁構(gòu)件的施工方案，分析了貝雷梁龍門吊的設(shè)計(jì)方案與施工步驟，并通過貝雷桁架內(nèi)力、應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)證了該施工方案是可行的。

關(guān)鍵詞：貝雷梁;龍門吊;橋梁維修;運(yùn)用

0 引言

在既有公路一般橋梁危橋改造維修中，一般采用吊車配合破碎機(jī)進(jìn)行拆除安裝，進(jìn)度慢，且吊車于橋上施工安全風(fēng)險(xiǎn)大。對(duì)于多拱連拱拱橋維修改造來(lái)說，由于拱橋多拱結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，上述施工方法因受力不均勻，不對(duì)稱，安全風(fēng)險(xiǎn)大，若運(yùn)用貝雷梁龍門吊配合施工，可以縮短施工工期，降低工程造價(jià)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

貝雷梁是用貝雷片桁架縱向連接，貝雷架之間通過連桿連接，相互組成多樣排架，具有施工方便、承受荷載大的特點(diǎn)。

1 工程概況與橋梁結(jié)構(gòu)

東蘭紅水河大橋位于國(guó)道G323線東蘭縣境內(nèi)，橋梁中心樁號(hào)K1325+012，跨越紅水河，橋梁全長(zhǎng)458.1m，寬度9.5m，竣工于1991年3月。

橋梁位于東蘭紅水河庫(kù)區(qū)內(nèi)，原橋荷載等級(jí)：汽車-20級(jí)，掛-100，人群荷載3.0kN/m2;橋梁橫斷面布置為：1.25m（人行道）+7m（行車道）+1.25m（人行道）=9.5m。

跨徑組合為：5m×80m鋼筋混凝土箱型拱橋，兩頭橋臺(tái)為漿砌片石重力式橋臺(tái)，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，水中橋墩為混凝土實(shí)體墩，墩高40～60m，主拱圈為10m×80m箱型拱，拱軸系數(shù)m=1.756，矢跨比為1/6。拱上為3柱式立柱，立柱縱向間距為5.0m，柱頂（墻頂）帽梁承托行車道板。

橋梁已運(yùn)行多年，但隨著當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量的增大，橋梁病害逐年增多。2019年橋梁檢測(cè)為四類危橋，需進(jìn)行維修加固，維修加固主要方案如下：

（1）主拱圈拱腳、拱上立柱腳段及墩上立柱采用外包混凝土增大截面法加固。

（2）拆除主（引）橋墩上蓋梁、主橋拱上立柱（橫墻）蓋梁及主拱實(shí)腹段挑梁新建;挖除主拱實(shí)腹段填料，改拱頂實(shí)腹為空腹。

（3）更換人行道板和行車道板為預(yù)制π型板。

（4）重做橋面及人行道鋪裝，更換人行道欄桿等。

（5）增設(shè)通航孔橋墩防撞系統(tǒng)。

全橋主要工程量及難點(diǎn)在于多拱結(jié)構(gòu)的拆除與安裝。原主要拆除方案如下（見圖1）：

由于G323紅水河大橋是東蘭特別是隘洞鎮(zhèn)人民群眾工作、生活出行的重要通道，當(dāng)?shù)卣畬?duì)施工期間的通行條件特別重視，要求保留半幅人行道、橋面作為行人及施工通道。基于此，橋梁加固原施工圖設(shè)計(jì)采用如下分幅拆裝方案：

（1）采用兩臺(tái)吊車自中跨跨中退行拆除半幅原人行道板、行車道板。

（2）采用兩臺(tái)吊車自中跨跨中退行拆除各蓋梁的一半;重新澆筑新作半段蓋梁;架設(shè)半幅預(yù)制π板，恢復(fù)先拆除的半幅的通行條件。

（3）如上，再行拆裝另外半幅。

由于運(yùn)輸通道寬度受限，上述兩幅拆裝加卸載過程均無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱均衡作業(yè)，而且蓋梁分先后兩段完成，原施工圖設(shè)計(jì)（見圖1）采用如下方案：

（1）對(duì)先行新建半幅蓋梁設(shè)置臨時(shí)鋼支撐支承;

（2）對(duì)分兩部分先后澆筑完成的蓋梁，設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)行張拉，以增強(qiáng)整體性;

（3）各橋墩設(shè)置臨時(shí)錨固張拉系統(tǒng)，采用分級(jí)張拉的方式，在拆除和安裝梁板的過程中，分段、分級(jí)施加（釋放）預(yù)應(yīng)力，確保加載、卸載過程中的對(duì)稱平衡。

2 貝雷梁龍門吊拆裝方案提出的緣由

項(xiàng)目開工進(jìn)場(chǎng)后，項(xiàng)目部、總監(jiān)辦、建設(shè)辦及時(shí)就橋梁加固維修施工的交通組織事宜向當(dāng)?shù)卣M(jìn)行了匯報(bào)溝通。受脫貧攻堅(jiān)任務(wù)的影響，東蘭縣人民政府要求延遲開工日期至春節(jié)后，并希望施工單位加大投入、精心組織、縮短工期，盡可能減少因橋梁施工給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姽ぷ魃顜?lái)的不便，同時(shí)于春節(jié)后進(jìn)行全封閉施工。

基于施工工期要求和施工期間通行條件的變化，需變更橋梁拆裝加卸載施工方案。經(jīng)多方案比選，擬采用貝雷梁作為承載結(jié)構(gòu)，架設(shè)龍門吊，用龍門吊完成拆裝加卸載過程的起吊和運(yùn)輸作業(yè)，可縮短工期，降低工程造價(jià)、降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 貝雷梁龍門吊的設(shè)計(jì)、計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)方案

貝雷梁龍門吊作為紅水河大橋舊橋改造拆裝工具，主要采用貝雷梁桁架組裝，在橋梁橫向上下游各設(shè)一排排架，間距為8m。每排排架由3片桁架組成，間距為45cm。橋梁縱向按施工需要，排架長(zhǎng)度約為480m，并在排架上安裝龍門架鋼軌。龍門吊可在鋼軌上全橋移動(dòng)，可完成橋梁構(gòu)件的拆除安裝、施工物件運(yùn)輸、人員的通行，極大提高施工便易性。排架每10m設(shè)置一個(gè)支撐點(diǎn)，支撐點(diǎn)設(shè)于舊橋拱立柱蓋梁上，結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單、安全系數(shù)高。順橋向每隔150cm設(shè)置一道橫向加強(qiáng)弦桿，作為臨時(shí)人行道挑梁承重結(jié)構(gòu)，施工人員進(jìn)出維修點(diǎn)快捷安全（見下頁(yè)圖2、圖3）。

3.2 施工步驟

（1）封閉交通后，采用吊車拆除主橋兩側(cè)人行道欄桿及人行道板，并清理干凈以利貝雷梁架設(shè)。暫時(shí)保留行車道板，便于貝雷梁和龍門吊的安裝。

（2）按方案圖用吊車將拼裝好的貝雷梁節(jié)段架設(shè)組拼安裝于蓋梁挑梁的梁端上并做好支承、固定。

（3）在貝雷梁上安裝、固定龍門吊軌道，鋪設(shè)施工通道、設(shè)置欄桿及防護(hù)，三臺(tái)龍門吊安裝就位。

（4）利用龍門吊按照跨內(nèi)自拱腳至拱頂方向?qū)ΨQ、全橋均衡的原則，拆除、吊運(yùn)全橋主橋行車道板，保留引橋用作運(yùn)輸通道。

（5）按照跨內(nèi)對(duì)稱、全橋均衡的原則，采用繩鋸在龍門吊配合下切割需拆除重建的舊蓋梁、挑梁，分兩次拆除吊運(yùn)舊梁，重建各蓋梁、挑梁。

（6）施工期間，按照跨內(nèi)對(duì)稱、全橋均衡的原則完成各主跨拱圈、立柱加固任務(wù)的施工，以保證加固是在最大卸載狀態(tài)下完成的。

（7）上述工作完成后，即可利用龍門吊按照跨內(nèi)對(duì)稱、全橋均衡的原則架設(shè)行車道預(yù)制π型板、澆筑縱橫濕接縫。

（8）行車道預(yù)制π型板及縱橫濕接縫施工完成，即可拆除龍門吊、貝雷梁，用吊車安裝人行道預(yù)制π型板。

（9）待主橋上述工作完成后，引橋的拆除、安裝采用吊車輔助支架完成。

3.3 計(jì)算荷載

貝雷桁架主要承受荷載根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）及《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T3360-01-2018）取值如下：

（1）桁架和分配梁及人行道結(jié)構(gòu)等自重。

（2）活荷載（人群）=3.0kN/。

（3）活荷載（龍門吊自重+吊重）：

龍門架自重180kN，吊重81.4kN，單側(cè)貝雷桁架按最不利受力考慮為180/2+81.4=171.4kN。由于龍門吊單側(cè)順橋向有兩個(gè)輪支撐于軌道上，輪距600cm，故計(jì)算時(shí)活荷載取為軸重86kN，順橋向軸距600cm，活荷載布置如圖4所示。

通過特征值分析，貝雷桁架一階豎向基頻f=14HZ，根據(jù)（JTGD60-2015）第4.3.2條，活荷載（龍門吊自重+吊重）考慮沖擊系數(shù)μ=0.45。

（4）風(fēng)荷載：

根據(jù)規(guī)范查閱當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)速U10=22.3m/s，按規(guī)范取為24.5m/s，根據(jù)規(guī)范（JTG/T3360-01-2018）第5.3.1條，求得橫橋向風(fēng)作用下，每片貝雷桁架單位長(zhǎng)度上的順風(fēng)向等效靜陣風(fēng)荷載Fg=1.27kN/m。

3.4 貝雷桁架內(nèi)力驗(yàn)算

3.4.1 貝雷桁架內(nèi)力驗(yàn)算模型

內(nèi)力驗(yàn)算采用Midas2019軟件建立梁格模型，橫向建立三片主梁，主梁之間通過分配梁連接，內(nèi)力驗(yàn)算模型見圖5。模型中分配梁按實(shí)際斷面，主梁采用等效斷面。

內(nèi)力驗(yàn)算考慮恒重、活荷載（人群）及活荷載（龍門吊自重+吊重），荷載組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.1.5條，采用基本組合進(jìn)行驗(yàn)算，荷載組合見表1。

單片貝雷桁架幾何特性：I=250497.2cm4，W=3578.5cm3;

單片貝雷桁架容許內(nèi)力：彎矩=788.2kN·m，剪力=245.2kN。

3.4.2 貝雷桁架內(nèi)力驗(yàn)算結(jié)果（見表1）

從表1可知，貝雷桁架內(nèi)力驗(yàn)算滿足要求。

3.5 貝雷桁架應(yīng)力及變形驗(yàn)算

3.5.1 驗(yàn)算模型

應(yīng)力驗(yàn)算考慮恒重、活荷載（人群）及活荷載（龍門吊自重+吊重）及風(fēng)荷載，荷載組合根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.1.5條，采用基本組合進(jìn)行驗(yàn)算（見圖6～7）。

3.5.2 貝雷桁架應(yīng)力及變形驗(yàn)算結(jié)果（見表2）

從表2、圖8知，貝雷桁架最大撓度為7.8mm

3.6 貝雷桁架穩(wěn)定驗(yàn)算

貝雷桁架穩(wěn)定驗(yàn)算主要檢驗(yàn)貝雷桁架在恒載和活荷載作用下的失穩(wěn)安全系數(shù)，模型計(jì)算時(shí)，將恒載設(shè)置為常量，活荷載設(shè)置為變量，進(jìn)行屈曲分析，得到貝雷桁架穩(wěn)定安全系數(shù)。

穩(wěn)定分析考慮以下三種工況下的活荷載布置位置：

（1）工況1：貝雷桁架桿件發(fā)生最大應(yīng)力;

（2）工況2：貝雷桁架桿件發(fā)生最大軸力;

（3）工況3：貝雷桁架發(fā)生最大豎向位移。

三種工況穩(wěn)定分析結(jié)果見表3。

3.7 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)論

通過以上計(jì)算，貝雷桁架內(nèi)力、應(yīng)力、變形及穩(wěn)定驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求，采用貝雷梁龍門吊進(jìn)行紅水河大橋維修改造拆除安裝的施工方案是可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于既有公路橋梁維修加固質(zhì)量、安全和進(jìn)度的需要，以及多拱拱橋結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇合理的施工方案，進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算是十分必要的。為確保方案的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、可行，方案實(shí)施前，必須組織各方進(jìn)行專題論證，并且在施工過程中嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的方案組織實(shí)施。該橋的龍門架設(shè)計(jì)、實(shí)施，在確保項(xiàng)目施工進(jìn)度、安全質(zhì)量方面，取得了較好的成果，希望能對(duì)類似工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]路橋施工計(jì)算手冊(cè)編寫組.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTGD60-2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范）[S].

[3]JTGF90-2015，公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范[S].