超寬重型鋼箱梁梁上運梁工藝

韋永昌 宋佩超 劉祥

作者簡介：

韋永昌（1982—），高級工程師，主要從事市政工程、道路橋梁工程技術和施工管理工作;

宋佩超（1988—），工程師，主要從事橋梁施工技術工作;

劉 祥（1991—），工程師，博士，主要從事橋梁施工技術工作。

文章以烏蘭木倫河3號橋工程為例，介紹了超寬重型鋼箱梁的梁上運梁工藝與結(jié)構(gòu)設計方案，并選取最不利運梁位置進行最大剪應力以及最大有效應力有限元模擬，驗證了梁上運梁工藝的可行性。梁上運梁工藝有效解決了超寬重型鋼箱梁的運輸問題，可為類似橋梁施工提供工程借鑒。

超寬重型，鋼箱梁，梁上運梁，有限元模擬

U448.21+3A371273

0 引言

隨著橋梁設計能力、建造能力的提高，橋梁的跨徑和承載能力也在不斷取得突破[1]。其中，梁體作為橋梁的受力和運輸通道是橋梁的主要受力結(jié)構(gòu)，其樣式存在著多樣性[2]。鋼箱梁結(jié)構(gòu)由于其剛度大、穩(wěn)定性好、承載能力大等優(yōu)點，在橋梁建設中有著廣泛的應用[3-4]。

鋼箱梁的加工需要相應的大型專業(yè)設備，包括起重設備、下料機械、胎架場地等，因此往往在遠離橋位現(xiàn)場的專業(yè)加工廠內(nèi)進行制造。因此，當鋼箱梁加工完成后需運輸至橋位現(xiàn)場進行安裝。鋼箱梁結(jié)構(gòu)雖然在受力方面有著極大的優(yōu)勢，但由于梁體較大，尤其是對于較寬的鋼箱梁節(jié)段，其運輸方面存在著極大的問題[5]。已有的鋼箱梁運輸方法通常為水路運輸和陸地運輸。在城市中建設的橋梁，當無法實現(xiàn)水路運輸，而陸地運輸又由于體積過大影響交通時，使鋼箱梁的運輸一直困擾著施工單位[6]。本文以烏蘭木倫河3號橋為例，詳細介紹了分體式鋼箱的梁上運梁工藝，該工藝通過二次拼裝和運梁小車有效解決了鋼箱梁的運輸問題。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋主橋鋼箱梁段長348 m，主梁全寬42～65 m，采用帶外伸橫梁的鋼箱梁。鋼箱梁主箱式由兩個單箱單室結(jié)構(gòu)通過聯(lián)系橫梁及面板組成，主箱式全寬為34 m，梁高為3.5 m，梁段長度為3.4～7.95 m，重量為136～203 t。采用扁平流線型截面，箱梁內(nèi)設置6道腹板，斜頂板同時兼頂板、腹板的功能，斜底板同時兼底板、腹板的功能。如下頁圖1所示。

為保證鋼箱梁安全可靠地完成安裝，本方案采用支架法設計，在確保安全可靠、經(jīng)濟合理的前提下合理布置支架形式，采用履帶吊安裝的施工工藝。

2 梁上運梁設計

鋼箱梁在鋼結(jié)構(gòu)廠進行整體拼裝、單箱室焊接及運輸，待運至橋位現(xiàn)場時進行二次拼裝，以解決超寬重型鋼箱梁從出廠到橋位現(xiàn)場的運輸問題。在橋位現(xiàn)場的大拼場通過橫梁及面板的焊接，將單個的鋼箱梁箱室組裝成雙主梁形式。

由于大拼場與鋼箱梁安裝位置存在一定距離，可通過龍門吊、履帶吊、運梁小車等運輸工具將鋼箱梁運至吊裝位置。但履帶吊在負重情況下的行走極不安全，龍門吊的運輸需要沿途設置軌道基礎，因此兩種方案均不可實行。只能采用在已完成吊裝的鋼箱梁表面鋪設軌道，并通過運梁小車將準備吊裝的鋼箱梁運輸至合適位置后進行吊裝。軌道設置在箱梁腹板上，以減少箱梁變形。如圖2～4所示。

3 主梁結(jié)構(gòu)設計

采用梁上運梁工藝，由于是在已安裝好的鋼箱梁上鋪設軌道并進行后續(xù)鋼箱梁的運輸，因此需要對已安裝的鋼箱梁進行受力計算。

該計算模型采用Midas Civil 2019軟件進行分析計算，采用板單元對腹板頂板腹板及肋板等進行模擬，材料均采用Q345級鋼材，采用一般支承模擬臨時墩立柱，約束主梁全部自由度，箱梁模型采用7.5 m標準段進行模擬。根據(jù)鋼箱梁設計圖中各單元件尺寸、位置、板厚等進行模型的建立，具體建模如圖5所示。

4 荷載設計

采用運梁小車對鋼箱梁進行運輸，根據(jù)鋼箱梁的節(jié)段劃分和鋼管支架的布置形式，當運梁小車處于不同位置時，已安裝的鋼箱梁會處于不同的受力工況，選取其中的最不利工況進行受力分析。

（1）運梁平車運輸最大吊重段梁時，位于首個支架頂（前支點），荷載設計如圖6所示。

（2）運梁平車運輸最大吊重段梁時，運梁平車位于跨中，荷載設計如圖7所示。

（3）運梁平車運輸最大吊重段梁時，運梁平車位于末端主梁支架頂（后支點），荷載設計如圖8所示。

5 計算結(jié)果

當運梁平車運輸最大吊重段梁分別處于不同工況時，對相應位置鋼箱梁的最大剪應力以及最大有效應力進行分析。其中，計算的最大剪應力為60.00 MPa，鋼材允許的最大剪應力為100 MPa，安全系數(shù)為1.7。計算的最大有效應力為110.78 MPa，而鋼材允許的最大有效應力為172 MPa，安全系數(shù)為1.5。以上計算結(jié)果表明梁上運梁工藝具有足夠的安全性和可實施性，如表1、圖9～11所示。

6 現(xiàn)場實施

通過對不同工況下已安裝主梁的受力分析，可以看出梁上運梁具有足夠的安全儲備。軌道在施工過程中的質(zhì)量控制要點為順直度及加固效果。軌道的順直度是平車正常運行的保障，若不順直，箱梁運輸過程中存在傾覆風險，因此項目部采取全站儀對軌道順直度進行控制;軌道加固是保證軌道在運輸過程中不發(fā)生變形、移位的保障措施，但過渡加固將對箱梁母材造成損傷，綜合考慮采用50 cm一道壓軌板進行加固。

鋼箱梁位于運梁小車上，保證小車具有足夠動力，行駛過程中全程有操作人員跟隨，確保小車運行的平穩(wěn)性，并在軌道的重點位置設置防沖撞裝置，同時隨著鋼箱梁節(jié)段鋪裝的加長，不斷加長軌道。

7 結(jié)語

在烏蘭木倫河3號橋的施工中，技術人員采用后場單箱室拼裝、前場二次拼裝的方式，并結(jié)合梁上運梁的工藝，成功解決了超寬重型鋼箱梁的運輸問題。本文根據(jù)運梁小車運輸最重節(jié)段時的不同位置，選取了不同的受力工況進行了最大主應力、最大剪應力以及最大有效應力的分析，結(jié)果表明梁上運梁具有足夠的安全性，并在施工過程中得到了有效應用。

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