1、2013 年 7 期 ( 总第 103 期 ) 239钢桁梁无支架悬臂拼装施工技术张光桥，荣 杰，张莉君(山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250021)摘 要 : 某桥为3跨中承式连续钢桁拱桥，跨径为 (81 +198 +81) m，总长360m，本文主要介绍其钢桁梁无支架悬臂拼装及跨中合龙等新技术。关键词 : 钢桁拱; 悬臂; 拼装; 合龙中图分类号 : U44 文献标识码 : B1 工程概况本工程位于济宁市区西南二环跨越京杭运河处 ，并与京杭运河东岸滨河大道呈丁字交叉 。主桥总长360m， 为 ( 81 +198 +81) m 三跨中承式连续钢桁拱桥 ， 主跨节间长度 11m， 边跨节
2、间长度 9m。边跨 9个节间 ， 中跨 22 个节间 ， 见图 1。本桥为 3 片主桁构造 ， 桁间距 17. 5m， 主桁全宽 35m， 2 片主桁的外侧各有 3m 悬臂托架支撑人行道 ， 桥面总宽 41m。钢梁总重约 1. 1 万 t。图1 主桥总体布置图2 总体部署主桥钢桁拱安装采用以主墩处为起点 ， 先边跨 、后中跨 ， 先拱圈后系杆的总体施工方法 。边跨采用支架法安装 ， 中跨采用无支架 、全悬臂吊装安装 。钢桁合龙口位于跨中 ， 先主桁合龙 ， 后系杆合龙 。主拱圈通过边跨支座升降 、纵向偏移等措施来调整合龙口尺寸和角度实现合龙 ; 系杆通过改变锚固在系杆两端的临时钢束的施力顺序及
3、荷载大小来实现合龙 。图2 主拱圈合龙顺序3 钢桁拱安装3. 1 施工准备3. 1. 1 边跨支架边跨支架采用了自行设计研制的钢支架和钢管支架组合结构 ， 每个支架均对应于每个钢桁架节点处 ，全桥共计 48 个支架单元 ( 见图 3) 。3. 1. 2 墩顶结构( 1) 边墩墩顶结构两侧墩墩顶安装临时支座 ， 设置滑动面 ， 布置竖向和横向可调节液压系统 ; 根据计算确定墩顶高程比设计标高降低 32. 4cm， 以调节主拱合龙状态 ， 确保实现主拱合龙位置杆件处于无应力状态 ， 待主拱合龙完成后将边墩标高升至理论高程并安装永久支座 。( 2) 主墩墩顶结构桥隧工程240 2013 年 7 期
4、( 总第 103 期 )图3 边跨支架布置图两主墩墩顶均布置水平液压动力系统和相应滑动面进行钢梁轴线控制 ， 使钢梁的平面位置偏差和轴线偏差均在规范允许范围内 ， 实现精确控制 。同时墩顶均安装永久支座直接受力 ， 并根据支座特点及工艺要求进行临时限位 ， 以保证安装过程中的稳定性 。3. 2 边跨钢桁梁安装3. 2. 1 边跨钢桁梁安装及中跨主墩墩顶 2 个节间钢桁梁安装边跨钢桁梁的安装架设方向从主墩向边墩方向进行 ， 可确保钢桁梁安装精度和可操作性 。对于靠近主墩的边跨前 4 个节间 ， 为了保证安装过程中的整体稳定性 ， 从下至上分层同步安装 。先安装主桁下拱弦层 ， 然后下弦层 、最后
5、安装上弦层 ， 其间各种平横纵联穿插安装 。前四个节间安装完成后 ， 向边墩方向逐节安装钢桁梁 ， 直至完成 。边跨钢桁梁安装完成后 ， 采用与边跨相同的工艺开始中跨主墩墩顶 2 个节间钢桁梁安装 。3. 2. 2 边跨临时支架拆除及边跨桥面板 、人行道板安主跨 2 个节间钢桁梁安装完成后 ， 拆除边跨临时支架 ， 并利用主墩墩顶动力系统对钢梁拼接轴线进行纠偏 ， 同时将整个梁体往跨中方向移动设置纵向预偏 ， 预偏值为 15cm。拆除边跨临时支架后 ， 安装桥面板及人行道板 ，并作为中跨钢桁梁安装配重 。安装顺序为从边墩向主墩顺序对称安装 。桥面板安装采用自制设计加工的小龙门安装 ， 人行道板
6、安装采用吊机安装 ( 见图 4)图4 边跨钢桁梁3. 3 主跨钢桁梁安装主跨钢桁梁拱圈安装采用无支架悬臂安装施工工艺 ， 运河两侧各设置 1 台 S650H24 塔吊作为吊装设备 ， 最大工作幅度 60m。3. 3. 1 主拱圈安装从 2 主墩向跨中逐节安装 ， 其中济宁侧拱圈安装10 个节间 ， 第 11 个节间留作合龙口 ， 唐口侧拱圈安装 11 个节间 ( 见图 5)在主跨拱圈安装过程中 ， 为确保主拱悬臂安装过程中抗倾覆安全系数始终大于 2， 当主跨拱圈安装至16 节点时 ， 根据计算 ， 在每侧边跨的增设配重 400t，且全部集中在边跨边墩位置处第一个节间 ， 其中两侧图5 主跨钢桁
7、梁安装边桁各 130t， 中桁 140t ( 见图 6)3. 3. 2 主拱圈合龙主拱圈在合龙前密切观测合龙口间距变化 ， 根据实际情况纵移济宁侧钢桁梁 ， 使得合龙口间距控制在合龙需要的要求范围内 ; 通过边墩预设升降装置调整合龙口杆件转角 ， 同时通过在合龙口两端钢梁上设置的顶拉调节装置以实现精确合龙 。合龙过程中 ， 先合龙拱圈下弦 ， 再合龙上弦 ， 然后合龙拱圈平联和斜腹杆 ( 图 7) 。为了确保合龙口能够顺利合龙 ， 在梁体节点处设置长圆孔加圆孔合龙较的结构措施 ， 在合龙时候先合龙长圆孔 ， 使得梁体竖向受到约束 ， 再调节纵向里程2013 年 7 期 ( 总第 103 期 )
8、 241图6 边跨配重图7 主拱合龙顺序示意图合龙圆孔铰 ， 然后抽掉长圆孔铰钢销 ， 使合龙节点保持铰接 ， 合龙时让钢梁多点合龙 ， 实现弦杆的快速对接和对竖向的约束 。在合龙过程中为了调节合龙口梁端误差间距 ， 需要在梁体上设置顶拉设施 。顶拉设施由千斤顶 、反力座组成 。3. 4 临时钢束安装为了确保在主跨系杆及桥面系等在安装过程中的钢桁梁的受力更加趋于安全 、合理 ， 同时实现主跨系杆及桥面系在 “无应力状态 ”状态下合龙 ， 在每个系杆处增设临时钢束分级分次施加预应力进行调节 。其中在每个系杆底部和顶部各施加两根临时钢束 ( 图8)图8 临时钢束布置示意图临时钢束全桥通长布置 ，
9、两端锚固点设置在边墩墩顶节点侧 。3. 5 主跨系杆和横梁安装系杆安装前第一次张拉部分系杆底部钢束 ， 以抵消部分主墩纵向撑力 。系杆安装顺序同主拱圈一样 ，从两侧主墩向跨中三桁同步安装 ， 在安装的同时 ， 相应部位的吊索完成第一次张拉 ， 逐步实现系杆跨中合龙 。在系杆安装的过程中 ， 同步安装横梁 。3. 6 系杆合龙系杆合龙前对系杆底部钢束进行第二次张拉 ， 调节合龙口宽度 ， 安装系杆 ， 实现系杆合龙 。系杆合龙后 ， 安装并张拉系杆顶部临时预应力钢束 ， 增加全桥整体性 。3. 7 主跨桥面板 、人行道板安装系杆临时预应力加载完毕后 ， 进行主跨桥面板和人行道板的安装 ， 安装顺
10、序为从两侧向跨中对称安装 ， 直至全桥合龙 。解除系杆临时钢束 ， 完成全桥安装工作 ( 图 9)图9 全桥安装完成照片(下转第269 页)2013 年 7 期 ( 总第 103 期 ) 269( 5) 由于该斜拉桥采用半漂浮体系 ， 基频为0. 34Hz， 周期约为 2. 94s， 基本符合经验公式结果 。第一阶振型为纵飘 ， 这一振型对于主塔的顺桥向地震反应弯矩起绝对控制作用 。( 6) 该桥的低阶振型在主方向间的耦合作用不明显 ， 前 10 阶振型均表现为单一的振型形态 ， 没有发现主梁的弯曲和扭转耦合 。说明主梁的抗扭刚度与竖向弯曲刚度相差比较大 ， 主梁在地震中很难出现弯扭耦合振动
11、， 当某一方向的地震波输入时只会引起结构沿本方向较大的内力反应 ， 而其他方向的反应则较小 。此时 ， 多维地震响应可以近似地简化为多个一维地震响应的线性叠加 。参考文献 : 1 刘士林 斜拉桥 北京 : 人民交通出版社 ， 2002 2 范立础 桥梁抗震 上海 : 同济大学出版社 ， 1996 3 李晓莉 抚顺永安桥的动力性能分析 公路交通科技 ， 2005， 22( 9) : 79 81 4 陶皎蛟 ， 李斌 ， 赵雷 大跨斜拉桥动力特性及几何非线性地震响应分析 四川建筑 ， 2007， 27( 4) : 130 134 5 李文静 ， 张坤 斜拉桥动力特性分析 四川理工学院学报 ， 20
12、08， 21( 5) : 105 107 6 尹晓明 ， 朱益民 斜拉桥动力模型分析 铁道标准设计 ， 2003( 10) :38 39 7 郝文化 ANSYS 土木工程应用实例 北京 : 中国水利水电出版社 ，檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸2004(上接第241 页)4 技术创新点( 1) 主拱安装采用了无支架 、全悬臂的钢桁拱桥安装施工技术 。主拱安装采用的以大吨位塔吊为吊装设备的无支架 、全悬臂安装施工技术 ， 取消了传统拱桥安装中的大型吊装设备 ， 减少了安装过程中的施工荷载 ， 规避了施工风险 ， 安全性高 、可操作性
13、强 。( 2) 主拱合龙采用通过自身姿态调整实现钢桁拱桥合龙施工技术 。通过边墩设置的可调升降装置 、钢梁预偏纵移以及合龙口设置的临时锁定 、顶拉等措施相结合实现跨中合龙 ， 消除了合龙口位移与转角 ， 实现了主拱在无应力状态下的精确合龙 ， 解决 3 主桁结构多点同步合龙的技术难题 。( 3) 采用设置临时钢束 ， 并分级分批次张拉加载 ， 实现了系杆及桥面板在无应力状态下合龙 。5 结语该桥主拱采用的无支架 、全悬臂安装施工技术 ，通过自身姿态调整实现主拱合龙以及通过设置临时预应力钢束体系实现系杆及桥面板合龙 ， 实现了大跨度钢桁拱桥在无应力状态下跨中合龙的新技术 。该技术的成功应用 ， 可为同类桥梁的建设提供有价值的借鉴 。参考文献 : 1 济南市市政工程设计院有限责任公司 . 济宁南二环路跨京杭大运河桥梁工程施工图设计 . 2010( 9) . 2 GB50017 2003， 钢结构设计规范 . 3 JTG/T F50 2011， 公路桥涵施工技术规范 . 4 孙海涛 . 大跨度钢桁架拱桥关键问题研究 . 同济大学 ， 2006( 12)
