蒙华铁路洞庭湖大桥边跨钢梁顶推施工技术
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国防交通工程与技术 2
019年1月 17,(01) 收稿日期:2018-11-
29 作者简介:
张智勇(1986—),男,工程师,主要从事桥梁与隧道施工技术管理工作。
641580063@qq
.com蒙华铁路洞庭湖大桥边跨钢梁顶推施工技术
张智勇
(中国铁路郑州局集团有限公司,河南郑州450075
)摘 要:蒙华铁路洞庭湖大桥主桥为三塔双索面钢箱钢桁结合梁斜拉桥,主桥钢梁采用先架设下弦钢箱梁后安装上部钢桁梁杆件的整体施工方案,
边跨下弦钢箱梁采用三向大行程步履式顶推法架设,顶推由中跨往边跨方向进行。
对边跨钢梁顶推架设进行有限元分析,并指导顶推施工中临时墩、导梁等大临结构设计。
下弦钢箱底部布置两台步履式顶推器并通过垫梁组成一个顶推支点,
解决了顶推施工中下弦钢箱斜腹板局部受力的问题;利用已有步履式顶推器进行墩顶节间钢梁架设,优化了常规墩顶节间钢梁架设方法;上墩施工中利用大行程步履式顶推器解决了导梁前端位移过大、导梁上墩困难的难题;三向大行程步履式顶推施工技术、实时动态纠偏等技术确保了边跨钢梁顶推的质量和安全。
关键词:斜拉桥;钢箱钢桁结合梁;先箱后桁;步履式顶推;有限元分析DOI:10.13219/j.gjgy
at.2019.01.008中图分类号:U455.462;U448.36 文献标识码:B 文章编号:1672-3953(2019)01-0031-
051
工程概况
蒙华铁路洞庭湖大桥主桥为三塔双索面钢箱钢
桁结合梁斜拉桥,孔跨布置为(98+140+2×406+140+98)m,全长1
288m。
主塔、边墩、辅助墩均为活动支承,
主塔处纵向设阻尼器及限位装置,横向设抗风支座。
主塔采用钢筋混凝土结构,桥面以上为倒Y形,桥面以下塔柱内收为钻石形,塔高157m,
洞庭湖大桥主桥总体布置见图1。
图1蒙华铁路洞庭湖大桥总体布置(单位:m)
蒙华铁路洞庭湖大桥作为世界上首座三塔双主跨铁路专用斜拉桥,为解决三塔双主跨双线铁路斜拉桥刚度问题,首次在斜拉桥上采用钢箱钢桁结合梁。
主梁主桁下弦杆件及其两侧的风嘴与桥面板组成钢箱结构,钢箱与主桁腹杆、上弦杆组成桁梁结构,有效提高了大桥的纵、横向刚度。
主梁标准断面见图2。
结合洞庭湖特大桥新颖的结构形式,主桥钢梁架设采用先架设下弦钢箱梁,再安装上部钢桁梁杆件的整体施工方案,
施工技术难度大,
为世界同类桥图2钢箱钢桁结合梁标准断面示意图(单位:mm)
31实例Analysis of Practical Examp
les
国防交通工程与技术 2
019年1月 17,(01)梁中首次采用,无可借鉴的资料。
本文主要讨论边跨下弦钢箱梁顶推施工技术。
2
总体施工方案
洞庭湖大桥边跨钢梁顶推[1]
由主塔向边跨侧进
行,顶推节段包括E0~E19共19个节段,长268.85m,总重约3
560t。
主塔处设墩旁托架,主塔与辅助墩顶间设L1临时墩,辅助墩与边墩间设L2临时墩。
边跨钢箱梁顶推施工总布置见图3。
图3岳阳岸边跨钢箱梁顶推施工总布置(单位:mm)
2.1
主要大临结构
主塔墩旁托架两侧设墩旁托架作为起始节段[
2]
下弦钢箱梁安装平台和边跨钢梁顶推支点。
墩旁托架采用倾斜式钢管立柱支承于承台顶面,主塔两侧墩旁托架采用钢绞线对拉。
墩顶托架顶部布置4个顶推支点。
临时墩采用1.2m钻孔桩基础,其上接1.0m钢管立柱,
单个临时墩顶部布置2个顶推支点。
边跨钢梁最大顶推跨度63m,导梁长42m。
导梁采用箱型截面,导梁根部1.2m截面与下弦钢箱一致,为斜腹板钢箱梁,其后截面转换为直腹板钢箱梁。
导梁根部截面高2.39m,为减轻导梁重量导梁截面渐变为1.0m;两侧导梁间采用钢管连接系;为方便导梁上墩,导梁前端设1.4m高“
鼻梁”。
导梁分5段制造,节段间均采用高栓连接[
3]。
2.2
施工步骤
边跨钢梁架设首先采用浮吊散拼墩顶3个节间
钢梁,并逐节往边跨方向顶推至设计位置;浮吊安装钢导梁,并将钢导梁与E0、E1节段钢梁连接;浮吊在中跨侧下弦钢箱梁顶部拼装架梁吊机,后续钢箱梁节段均由架梁吊机吊装,每拼装一个节段,往边跨方向顶推一个节段距离,架梁吊机走回吊装位置继
续吊装,直至边跨钢梁整体顶推到位[3]
后,割除导
梁,
安装正式支座,完成顶落梁[4]
施工。
3
顶推施工计算分析
3.1
计算模型
采用Midas
Civil建立空间模型对边跨钢梁顶推施工过程进行分析,根据钢梁截面特点,两侧下弦杆、桥面板分别采用梁单元模拟,三者之间通过横隔板相连。
钢梁顶推施工中荷载包括钢梁及导梁自重、架梁吊机荷载(自重状态、吊装状态)、横桥向风载。
钢梁阻风面较小,风载对钢梁顶推整体影响较小,计算时不予考虑。
顶推支点约束采用一般竖向支承约束。
为了减少顶推施工计算,通过分析顶推施工过程受力特性,顶推施工计算分析分成整体顶推及最不利单跨顶推两个计算模型。
整体顶推计算模型对顶推施工中上墩前、后等关键工况进行计算,得出墩旁托架、临时墩顶推过程中最大反力、导梁前端最大位移等结果;最不利单跨顶推计算模型选取导梁上L2#临时墩前至上墩后前行至导梁完全悬臂的施工范围,按每顶推1m建立一个施工阶段,分析顶推过程中钢梁、导梁、临时墩受力,计算顶推过程中导梁、钢梁应力变化。
32·实例分析· 蒙华铁路洞庭湖大桥边跨钢梁顶推施工技术 张智勇
国防交通工程与技术 2
019年1月 17,(01)3.2
顶推过程导梁、钢梁位移分析
导梁前端位移[5]
在导梁上L1临时墩前最大(见图4),其值为-1
218mm,此时钢梁前端最大位移为-273mm,为顶推过程中钢梁前端最大位移。
由于架梁吊机在空载与吊装两种状态变换,对钢梁末端变形影响较大,影响当前吊装节段安装,钢梁末端位移在吊装E7-
E8节段时最大,其值为219mm。
图4
导梁上临时墩L1前位移图(单位:mm)
3.3
顶推过程支点反力分析
顶推施工过程中各支点最大反力见表1。
表1各顶推支点最大反力表
编号
单侧支点反力/t
出现工况5#墩旁
托架
中跨侧支点576吊装E7、E8边跨侧支点
428上6#墩后L1#临时墩649吊装E15、E166#辅助墩547顶推到位L2#临时墩374上7#墩前7#边墩
122
最后一段导
梁割除前
顶推施工中各支点最大反力用于指导顶推设备选型及墩旁托架、临时墩设计,设计时考虑水流力、风荷载,并考虑步履式顶推不同步产生的附加水平力,水平力大小取值竖向荷载的5%;墩旁托架设计考虑其中跨侧支点、单跨侧支点荷载不平衡影响。
3.4
顶推过程导梁、钢梁应力分析
在导梁上墩后走行1.0m后出现最大应力,
最大应力值138.5MPa,小于规范允许值170MPa,导梁强度满足要求;在拼装E15-E16工况,钢梁出现最大应力(见图5),最大应力值178.5MPa,位于前端支点处,小于规范允许值210MPa,钢梁受力满足要求。
图5钢梁最大组合应力图(单位:MPa
)3.5
顶推过程抗倾覆分析
钢梁上L1临时墩之前,
为顶推抗倾覆[6]
最不利工况,此工况下抗倾覆稳定系数2.3>1.5,顶推过程抗倾覆稳定性满足要求。
4
边跨钢梁顶推施工技术
4.1
墩顶节间钢梁架设
墩顶节间[7]下弦钢箱梁采用浮吊散拼[
8]。
常规墩顶节段钢梁拼装完成后通常由墩旁托架顶滑道梁上反力座拖拉至设计位置,洞庭湖大桥边跨钢梁顶推墩顶节间钢梁架设时,各临时墩、辅助墩墩顶步履式顶推尚未投入使用,因此在墩旁托架顶部布置8个步履式顶推支点(见图6),保证单节段下弦钢箱梁满足步履式顶推条件,墩顶节间钢梁在中跨侧4个步履式顶推支点上拼装,拼装完成后顶推前移至设计位置。
墩顶节间钢梁架设完成后,移除中间2个步履式顶推支点倒用至临时墩。
墩顶节间钢梁架设充分调配利用现场既有设备,取得了较好的经济效益。
图6墩顶节间钢梁架设顶推支点布置(单位:mm)
4.2钢梁顶推支点布置
步履式顶推施工将反复起落梁,钢梁底部将承
受较大的支反力,顶推器常布置在梁体腹板下方。
根据洞庭湖大桥主梁特点,将顶推器布置于下弦钢箱底,鉴于钢箱截面为斜腹板结构,单侧受力较大容易导致腹板局部失稳,且下弦钢箱节段间采用高栓
33·实例分析· 蒙华铁路洞庭湖大桥边跨钢梁顶推施工技术 张智勇
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019年1月 17,(01)连接,可用支承范围有限。
通过在下弦钢箱两侧腹板下各设一台步履式顶推器,顶推器上通过垫梁连接(见图7),形成整体受力,减小钢梁底部局部受力,保证顶推施工中下弦钢箱腹板局部稳定,确保施工质量及安全。
图7钢梁顶推支点布置图
4.3导梁上墩
上L1#临时墩前导梁前端位移1
218mm,为保证导梁顺利上墩,导梁前端设1.4m高“鼻梁”。
常规导梁上墩采用在“鼻梁”处设长行程竖向千斤顶起顶导梁并前行方法上墩;若采用该方法,千斤顶行程过长,易在上墩过程中出现稳定问题。
洞庭湖大桥边跨钢梁顶推导梁上墩利用大行程步履式顶推行程长的特点,上墩时在顶推器上设千斤顶起顶导梁(见图8),并在顶推器旁临时支点设抄垫,通过“倒顶”的方法实现导梁前端提升,然后在顶推器滑移装置顶部设抄垫然后顶推前移的方式实现上墩。
4.4
三向大行程步履式顶推
三向大行程步履式顶推采用高精度、灵活、智能的同步控制系统,基于Windows平台的专用软件自动控制系统连续工作,能够在误差超限时自动调整并记录;顶推过程以位移监控为主、压力监控为辅,多点同步位移误差≤1mm,钢梁顶推过程平稳顺滑;单次顶推行程1.0m,减少顶落梁施工循环,加快了施工进度;顶推过程顶推器与钢梁相对静止,保护钢梁涂装。
4.5
实时动态纠偏
为减小顶推过程中钢梁实际位置与理论要求的偏差,首先严格监控步履式顶推器的运行状况,确保各种传感设备监测数据实时准确;控制钢梁顶推施工中横向偏差不超过2cm,超过时停止顶推进行横向纠偏,纠偏完成后再次顶推;每轮次最后一段及最后一轮顶推时采用小行程点动,以便纠偏,防止横向偏差累积;尽量通过对顶推过程监测及小偏差调整,避免顶推过程中出现较大的中线偏差。
图8
导梁上墩布置(单位:mm)
4.6
质量安全保证措施
为确保顶推过程中钢梁的质量及安全,顶推设
备使用前均经严格校验;钢梁顶推前,对垫梁变形、支点位置有无对准腹板、顶推器的同步性等进行检查,并形成检查签证;顶推器操作由专业人员负责,各顶推器处配置观察员;在钢梁的顶推过程中,严格控制顶推器抄垫位置与钢梁腹板之间的关系,将顶推器抄垫位置与钢梁腹板对齐,以此来保证钢梁腹板稳定;顶推过程中对临时墩、墩旁托架的三向位移、应力等进行监测。
5
结论
蒙华铁路洞庭湖大桥主桥钢梁采用钢箱钢桁叠合
梁,钢梁架设采用先箱后桁的整体施工方案,诸多技术措施的应用,保证了钢梁顶推施工质量,提高了施工效率、节约了施工成本,可为以后类似工程提供借鉴。
参考文献
[1
]王东辉.铜陵公铁两用长江大桥南岸边跨钢梁施工技术[J].世界桥梁,2015(06):1-
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国防交通工程与技术 2
019年1月 17,(01)[2
]方继,丁仕洪,张时利,等.济南黄河公铁两用桥带加劲
弦顶推施工技术[J].桥梁建设,2016,46(06):112-117[3
]杨庆琪.跨越多层立交大跨径、宽截面钢箱梁整体式顶推施工技术[J].世界桥梁,2015(04):20-24[4
]李钊.六广河特大桥边跨顶推施工技术[J].世界桥梁,2017,45(05):11-
16[5]王殿伟.多跨连续钢桁梁拼装及多点同步顶推技术[J].
钢结构,2010,25(11):65-
71[6]周外男.铜陵公铁两用长江大桥主桥施工关键技术[J].
桥梁建设,2014,44(04):1-
8[7
]王伟宁,张利英.钢梁施工多点同步顶推技术及质量安全控制[J].铁道工程学报,2010(05):30-34[8
]方京.长江上几座大跨度钢桥的安装架设[J].工程力学,2001(S1):871-
875On the Jacking
Construction Techniques for the Side-Span Steel Beamsof the Dongting
Lake Bridge of the Meng-Hua RailwayZHANG Zhiyong
(The Zhengzhou Bureau Group
Co.,Ltd.of China Railway,Zhengzhou 450015,China)Abstract:The main bridge of the Dongting Lake Bridge of the Meng-Hua Railway is a cable-stayed bridge with three towers anddouble-cable-plane-steel-box-and-steel-truss-combined beams.The erection of the steel beams of the main bridge adopts the o-verall construction scheme of installing the members of the upper steel truss beam after the lower-chord steel box girder is firsterected.The side-span steel box girders of the lower chord are erected by a three-way large-stroke walking-type pushing meth-od,and the jacking is carried out from the middle span to the direction of the side span.The finite element analysis is made ofthe erection of the side-span steel girder,with the design of such big temporary structures as the temporary pier,the guide beamand the like in the process of the jacking construction guided.Two walking ejectors are arranged at the bottom of the lower-chord steel box and they are combined with a pad beam to form a pushing fulcrum,which helps solve the problem of the localstress in the inclined web of the lower-chord steel box in the process of the jacking construction.The existing walking ejector isalso used for the erection of the inter-node steel beams at the top of the pier,with the routine erection methods for pier-top in-ter-node steel beams optimized.The advantages of the large-stroke walking ejector in the upper pier construction much helpsolve the problems of the too much displacement of the front end of the guide beam and the difficulty of the guide beam in goingup the piers.Both the three-way large-stroke walking-type pushing technique and the real-time dynamic deviation-rectifyingtechnique help ensure the quality and security of jacking
side-span steel beams.Key words:cable-stayed bridge;steel-box-girder-steel-truss combined beam;first the box girder and then the truss;step push-ing;finite element analy
sis(上接第21页)
Abstract:As the surrounding environment of the deep foundation pit project for a certain commercial center in Shijiazhuang iscomplex,a divisional composite retaining scheme with soil nailed wall,pile-anchor support and pile-anchor-internal reinforcedconcrete support is presented for it in the present paper,with the strength of the support structure,the displacement of thefoundation pit and the like designed and calculated.The monitored data from the foundation pit show that the scheme is rationaland feasible,and the implemented result is successful.When the surrounding environments around the foundation pit are quitedifferent,the divisional composite retaining scheme can be adopted in order to give full play to the advantages of different sup-porting and retaining methods,so as to reduce the cost of the project uopn the basis of ensuring the quality of the support andretaining for the foundation pit.As far as the pile-anchor supporting structure and the soil nailing supporting structure are con-cerned,comparatively big cracks may emerge on the ground surface near the ends of the anchoring bolts and soil nails,in whichcase much attention should be paid when the design and construction of a foundation pit are performed.The horizontal displace-ment of the foundation pit increases obviously with the increase of the distance from the pit angle.For a special-shaped founda-tion pit,the horizontal displacement of the bulgy corner in the middle of the pit increases remarkably,owing to which the sup-port of these parts should be strengthened in the course of the desig
n and excavation of the foundation pit.Key
words:deep foundation pit;divisional combined retaining;soil-nailed wall support;pile-anchor support;site monitoring35·实例分析· 蒙华铁路洞庭湖大桥边跨钢梁顶推施工技术 张智勇 。