劉海生

摘要 鋼桁梁橋具有重量輕、剛度高、便于運(yùn)輸裝配和跨度大等優(yōu)點(diǎn)，文章以滬寧高速跨青陽(yáng)港橋航道改造中的大跨度鋼桁梁浮拖施工為例?？紤]該橋的重要性和對(duì)通航的影響，提出了“廠(chǎng)內(nèi)分段加工+現(xiàn)場(chǎng)拼裝+滑移、浮拖”的施工方案。詳細(xì)介紹了鋼桁梁的結(jié)構(gòu)形式、拼裝過(guò)程和預(yù)拱度設(shè)置，利用Midas軟件對(duì)拖拉過(guò)程中的力學(xué)性能進(jìn)行仿真分析，對(duì)六種工況下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，所有工況下的應(yīng)力和位移均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求。文章研究過(guò)程和方法可為類(lèi)似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞 高速公路；鋼桁梁；浮拖法；力學(xué)性能仿真；Midas軟件

中圖分類(lèi)號(hào) U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0076-04

0 引言

鋼桁梁橋結(jié)合了鋼材的輕質(zhì)和桁架體系的高剛度優(yōu)勢(shì)，存在低自重、高剛性、便于運(yùn)輸和裝配，以及優(yōu)越的跨越能力等特性。在眾多架設(shè)方法中，浮拖法因其對(duì)施工空間要求較低、對(duì)航道影響較小等優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注。采用浮拖法施工的大跨度鋼桁梁存在著拼裝線(xiàn)形控制難度大、浮拖過(guò)程復(fù)雜、工藝相對(duì)不成熟等難點(diǎn)，該文以滬寧高速跨青陽(yáng)港橋航道改造工程的主體鋼桁梁為研究對(duì)象，詳細(xì)分析浮拖法施工工藝及其組成系統(tǒng)，并采用Midas軟件對(duì)拖拉過(guò)程的鋼桁梁進(jìn)行了力學(xué)性能的仿真分析。

1 依托工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

滬寧高速為雙向八車(chē)道高速公路。既有跨青陽(yáng)港滬寧高速公路橋?yàn)?×30 mT梁，橋面全寬42.5 m，通航孔凈寬28 m，側(cè)高4.5 m，通航孔凈寬凈高不滿(mǎn)足Ⅲ級(jí)通航要求。該次航道整治工程按三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用老橋拆除、原位改建方案。擬新建滬寧高速公路主線(xiàn)橋采用跨徑為（7×30）m組合箱梁+90 m鋼桁架+（2×25+30+4×30）m組合箱梁。

主桁采用帶豎桿的華倫式三角形腹桿體系，節(jié)間長(zhǎng)度7.4 m，主桁高度11 m，高跨比為1/8.07，兩片主桁中心距22.1 m。主橋下部結(jié)構(gòu)采用框架式橋墩，橋墩蓋梁高2.5 m，寬3.3 m。橋墩采用雙柱式墩，橫橋向5 m，縱橋向2.5 m。承臺(tái)采用矩形承臺(tái)，承臺(tái)厚度3 m。

1.2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及重點(diǎn)

1.2.1 工程特點(diǎn)

（1）該橋跨越青陽(yáng)港，河面較寬。

（2）施工期間不得封航，必須保證通航要求，施工安全防護(hù)要求高。

（3）工期短，施工組織難度較大。

1.2.2 難點(diǎn)及重點(diǎn)

（1）鋼梁重量大、浮墩支架高，浮拖是該橋施工的難點(diǎn)。

（2）鋼梁拖拉懸臂較大（最大懸臂4個(gè)節(jié)間），對(duì)施工安全防護(hù)提出了更高的要求。

（3）桁架桿件多，單根桿件重（帶拼接板最重27.01 t），施工拼裝場(chǎng)地處于水中，鋼梁桿件陸地運(yùn)輸，如何克服桿件的運(yùn)輸、吊裝、拼接是該工程的關(guān)鍵。

2 施工方案

2.1 整體安裝思路

考慮橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用“廠(chǎng)內(nèi)分段加工+現(xiàn)場(chǎng)拼裝+滑移、浮拖”的總體施工思路。方案采用在7號(hào)墩西側(cè)老橋面上拼裝鋼梁，老橋面上設(shè)置擴(kuò)大基礎(chǔ)、南側(cè)水中插打鋼管樁作為鋼梁臨時(shí)支架，作為鋼梁安裝基礎(chǔ)。在7號(hào)和8號(hào)墩設(shè)橫移滑道及臨時(shí)支架作橫移之用，浮拖就位后，橫移到設(shè)計(jì)位置，落梁到支座上。

鋼梁安裝架設(shè)順序：打樁并組裝水中鋼支撐架、安裝滑道—拼裝下弦桿、橫梁、下橋面系、主桁、上平縱聯(lián)—安裝拖拉滑移設(shè)備—第一次拖拉—安裝拖拉滑移設(shè)備—第二次拖拉至鋼梁懸挑—浮拖就位至鋼梁第二個(gè)大節(jié)間、繼續(xù)拖拉—拖拉就位—浮船加水下壓—鋼梁橫移—頂梁、落梁—拆除支架—安裝完成。

2.2 鋼桁梁拼裝

考慮后場(chǎng)的浮吊作業(yè)場(chǎng)地受限，鋼桁梁的組拼順序：從大樁側(cè)往小樁側(cè)進(jìn)行組拼。組拼步驟：支架搭設(shè)完成后在滑道梁上布設(shè)滑塊—吊裝下弦桿—下橫梁及下平聯(lián)—安裝小橫縱梁—吊裝腹桿—安裝上弦桿—吊裝橋門(mén)架及上平聯(lián)—安裝拖拉滑移設(shè)備—拖拉前技術(shù)檢查—浮拖就位[1]。

鋼梁桿件起吊均采用鋼絲繩配專(zhuān)用吊耳進(jìn)行水平起吊。每個(gè)專(zhuān)用吊耳采用高強(qiáng)螺栓穿過(guò)鋼梁桿件螺栓孔與鋼梁桿件連接，然后吊耳通過(guò)卸扣與鋼絲繩連接，如圖1所示。

鋼桁梁安裝、焊接操作平臺(tái)采用馬鞍式掛籃形式，如圖2所示。

2.3 預(yù)拱度設(shè)置

鋼桁梁拼裝過(guò)程中的精度及線(xiàn)形控制極其重要。預(yù)拱度通過(guò)保持下弦及橋面系長(zhǎng)度不變，改變上弦拼接縫寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)的預(yù)拱度值，在拼裝支架的滑塊上，通過(guò)支墊不同厚度的鋼板實(shí)現(xiàn)拼裝預(yù)拱度的調(diào)節(jié)。一個(gè)節(jié)間拼裝完成后，重新對(duì)鋼梁的標(biāo)高和偏位進(jìn)行測(cè)量，對(duì)標(biāo)高和軸線(xiàn)發(fā)生變化的桿件進(jìn)行調(diào)整，標(biāo)高允許誤差為±2 mm，偏位允許誤差為±2 mm，預(yù)拱度允許誤差為±3 mm，對(duì)角線(xiàn)允許誤差為±3 mm[2]。

2.4 鋼桁梁浮拖

2.4.1 鋼桁梁拖拉系統(tǒng)

根據(jù)工況分析和相關(guān)計(jì)算，該工程中滑移軌道布置在桁架橋下弦下方?；赖牟贾貌捎没肋B續(xù)、下弦大節(jié)點(diǎn)處布置滑塊的方法。根據(jù)鋼桁架梁結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，滑塊設(shè)置于主桁下弦桿大節(jié)點(diǎn)下方。滑塊布置于鋼桁梁每個(gè)大節(jié)點(diǎn)下方，位于鋼梁下弦桿和滑道梁之間。鋼梁拖拉采用2臺(tái)200 t自動(dòng)連續(xù)千斤頂并配合9根鋼絞線(xiàn)拖拉。

2.4.2 鋼桁梁浮拖施工

鋼梁施工過(guò)程分三次滑移施工。由于拼裝場(chǎng)地有限，全橋6個(gè)大節(jié)間鋼梁分兩次組拼。第一次安裝完成5個(gè)大節(jié)間后，向前滑移14.8 m，繼續(xù)安裝剩余鋼梁。完成后，第二次滑移至鋼梁懸臂2個(gè)大節(jié)間，即鋼梁懸臂21.6 m。再用浮墩頂托鋼梁，各項(xiàng)檢查合格后即可向前第三次滑移施工浮拖，直至浮拖到8號(hào)墩后。第三次滑移距離59.8 m，張拉千斤頂最大速度可達(dá)12 m/h，可滿(mǎn)足航道封航時(shí)間要求。浮拖到位后，浮船注水使鋼梁脫離浮墩，鋼梁分別支撐在7號(hào)墩、8號(hào)墩橫移滑道梁上，橫移并落梁就位。

2.5 落梁

鋼桁梁橫移到位后，落梁前需拆除滑道梁等支撐構(gòu)件，預(yù)留鋼梁落梁空間。

由于整個(gè)梁體高度高出設(shè)計(jì)位置約1.7 m，需要對(duì)主墩位置處鋼桁梁進(jìn)行整體落梁施工，根據(jù)工況計(jì)算，落梁時(shí)在主桁四個(gè)角點(diǎn)處設(shè)置落梁臨時(shí)支撐點(diǎn)，每個(gè)支撐點(diǎn)荷載為3 528 kN，每個(gè)落梁支撐點(diǎn)按照設(shè)計(jì)配置1臺(tái)600 t液壓千斤頂。

整個(gè)落梁系統(tǒng)采用控制臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，監(jiān)控落梁位移和千斤頂支反力，確保整個(gè)施工過(guò)程中的安全性。落梁前先進(jìn)行試頂，并進(jìn)行持荷12 h，確保千斤頂和控制系統(tǒng)工作能夠安全工作后，再進(jìn)行下一步的正式落梁施工。落梁時(shí)每次落梁15 cm，支座頂墊板和千斤頂?shù)讐|板交替撤除，每層墊板間用螺栓定位及固定，確保每層抄墊軸線(xiàn)一致、連接穩(wěn)固。繼續(xù)按照每次落梁15 cm行程進(jìn)行，直至最終落梁到位為止[3]。

3 拖拉過(guò)程鋼桁梁仿真分析

該文采用Midas仿真模擬軟件，對(duì)拖拉過(guò)程鋼桁梁受力進(jìn)行仿真分析，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧M，邊界條件為平動(dòng)約束。

3.1 計(jì)算荷載及組合

3.1.1 計(jì)算荷載

（1）豎向力。鋼桁梁縱移拖拉過(guò)程中，鋼桁梁自重分布于各滑塊產(chǎn)生的反力。鋼桁梁自重按1 450 t計(jì)算，總計(jì)豎向荷載14 200 kN。

（2）水平力?？v移拖拉力：主桁下方設(shè)拖拉連續(xù)千斤頂，拖拉力為所有支承點(diǎn)處摩阻力，摩阻力為滑塊底部拖拉摩阻力，按鋼聚四氟乙烯板計(jì)算，摩擦系數(shù)取值0.1。

（3）施工荷載。腳手平臺(tái)、機(jī)具設(shè)備、人員等按1 kN/m2計(jì)。

3.1.2 荷載設(shè)計(jì)值

鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）規(guī)定取值，如表1所示。

3.2 計(jì)算工況分析

根據(jù)安裝思路，按表2中工況分別計(jì)算鋼桁梁拖拉施工（見(jiàn)表2）。

3.3 鋼桁梁架設(shè)過(guò)程結(jié)構(gòu)受力分析

各工況受力分析結(jié)果如表3所示，結(jié)果表明，六種工況下鋼桁梁最大組合應(yīng)力均滿(mǎn)足要求，結(jié)構(gòu)豎向位移均滿(mǎn)足要求，施工過(guò)程中的穩(wěn)定性和安全性較高。

3.4 鋼桁梁抗傾覆穩(wěn)定性分析

最大懸臂狀態(tài)（工況四）下，浮托就位前為抗傾覆最不利狀態(tài)。以滑移傾覆點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，則各個(gè)支點(diǎn)滑移傾覆點(diǎn)的抵抗力矩為：

M1=（713.7+724.8）×59.2+（1 489.7+1 498.7）×44.4+（1 476.5+1 484.1）×29.6+（1 412.9+1 419.4）×14.8=347 395.96 kN·m。

傾覆力矩M2=（700.2+713）×29.6+（1 501.9+1 510.1）×14.8=86 408.32 kN·m。

則實(shí)際傾覆安全系數(shù)=抵抗力矩/傾覆力矩=M1/M2=347 395.96/86 408.32=4.02＞2，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

滬寧高速跨青陽(yáng)港橋的鋼桁梁施工采用了“廠(chǎng)內(nèi)分段加工+現(xiàn)場(chǎng)拼裝+滑移、浮拖”的施工方法，克服了跨航道橋梁施工存在的空間限制和航道保通問(wèn)題。通過(guò)Midas軟件的仿真分析，驗(yàn)證了在六種施工工況下鋼桁梁的應(yīng)力和位移均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求，施工過(guò)程滿(mǎn)足安全性和可靠性要求。該方案的提出對(duì)大跨度跨航道鋼桁梁施工提供了一種新的思路?；谝延械氖┕し椒ǎ撐膭?chuàng)新地提出了一種結(jié)合滑移技術(shù)和浮拖法的綜合施工方法，解決了大跨度鋼桁梁施工中存在的一系列技術(shù)難題，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

研究也存在一定的局限性，比如在實(shí)際施工中可能遇到的環(huán)境因素。對(duì)于未來(lái)的研究，建議進(jìn)一步探索在不同環(huán)境條件下該施工方案的適用性，以及如何更有效地應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的突發(fā)情況。同時(shí)，可以考慮結(jié)合新興技術(shù)，進(jìn)一步提高施工過(guò)程中的安全性和效率。

參考文獻(xiàn)

[1]陳俊松， 蔣紅衛(wèi). 無(wú)錫錢(qián)皋路京杭運(yùn)河大橋拱形鋼桁梁浮拖頂推法架設(shè)施工技術(shù)[J]. 世界橋梁， 2019（6）： 31-35.

[2]戴皓. 丹陽(yáng)市云陽(yáng)大橋主橋鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝施工要點(diǎn)[J]. 居舍， 2021（29）： 27-28.

[3]王征. 大跨度鋼桁梁橋施工關(guān)鍵控制技術(shù)[D]. 西安：長(zhǎng)安大學(xué)， 2019.