64m双幅混凝土简支箱梁造桥机设计.pdf

4 桥梁建设 2 0 0 7年增刊 2 文章编 号 ： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 7 ) s 2 0 0 0 4 0 4 6 4 m 双幅混凝 土简支箱梁造桥 机设计 李军堂 ( 中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部， 湖北 武汉 4 3 0 0 5 0 ) 摘要 ：温福客 运 专线 白马 河特 大桥 双 幅 6 4 m 混凝 土 简 支箱 梁 ， 共 重 3 2 0 0 t ， 采 用造桥 机 一 次架设 。造桥 机 的设 计采 用拆 装式 军用 梁 ， 通过 对 总体 布 置 和混 凝 土 节段 箱梁 支承 方式 的 方案 比 选， 确定总体 的设计方案 ， 并对各分项设计、 施工步骤和关健技术问题进行介绍。 关键词 ：箱形 梁 ； 造桥 机 ； 拆装 式 军用 梁 ； 桥 梁施 工 中图分类号 ： u4 4 8 2 1 3 ； u4 4 5 4 6 8 文献标识码 ：a de s i g n o f ov e r h e a d la u n c hi ng ga nt r y f o r 6 4 - 。 m s pa n s i mp l y - su p po r t e d twi n co n c r e t e bo x gi r d e r s l1 j u n t a n g ( s e c t i o n o f c o n s t r u c t i o n de s i g n un d e r t a k i n g s ，ch i n a z h o n g t i e ma j o r b r i d g e e n g i n e e r i n g ，i n c ，w u h a n 4 3 0 0 5 0 ，ch i n a ) ab s t r a c t：th e e r e c t i on o f t he 6 4 一 m s p a n s i mpl y s up po r t e d t wi n c onc r e t e bo x gi r d e r s，t ot a l i ng 3 2 0 0 t i n we i ght ，o f ba i ma ri v e r br i d ge o n w e n z h ou fu z ho u pa s s e n ge r de d i c a t e d ra i l wa y，wa s c a r r i e d o u t a n d c o mp l e t e d j u s t i n o n e t i me b y o v e r h e a d l a u n c h i n g g a n t r y i n t h e d e s i g n o f t h e l a un c h i ng g a nt r y，t h e d e t a c h a bl e mi l i t a r y s t e e l t r us s e s we r e us e d a nd t he de s i g n s c he m e f o r t he g a n t r y wa s f i n a l i z e d t h r o u g h c o mp a r i s o n o f t h e o v e r a l l a r r a n g e me n t a n d s u p p o r t i n g wa y s o f t h e s e gme n t a l c o nc r e t e b ox gi r d e r s i n t hi s pa p e r ，t h e d e s i gn o f e a c h pa r t o f t he ga n t r y，a n d t h e c or r e s p on di n g c ons t r uc t i on pr o c e du r e s a n d ke y t e c h ni c a l i s s ue s a r e d e s c r i b e d ke y wo r d s： b o x gi r d e r ； o v e r he a d l a un c h i ng g a nt r y； d e t a c h a bl e mi l i t a r y t r us s；br i d ge c on s t r l 】 c t i o n 1工程 概况 温福客运专线 白马河特大桥位于福安市甘塘镇 英歧村附近， 从温州向福州方向桥跨布置依次为 1 o 3 2 m 混凝 土 简支箱 梁 + ( 8 0 +3 1 4 5 +8 0 )m 混 凝土连 续 刚构 +1 5 6 4 m 混凝 土 简支箱 梁 +( 4 8 + 8 o +4 8 )m混凝土连续梁 +3 1 3 2 m混凝土简支 箱梁 ， 全桥长 3 1 2 6 9 6 m。 大桥 6 4 m混凝土简支箱梁梁高 5 m， 横截面为 双幅单箱单室截面 ， 箱梁顶板厚 0 3 m， 腹板厚 0 4 t 0 5 m， 底板 厚 0 4 8 m， 梁 端 局 部加 厚 至 0 9 m。 在梁端支座处设置厚 1 3 5 m 的端横 隔板 ， 在梁跨 中设 5道厚 0 5 m 横隔板 ， 箱梁横断面见图 1 。每 幅 混凝土梁分为1 3 个 预制 节段 ， 节段长度有5 1 5 ， 6 5 0 0 6 5 0 0 i l i i jl i i i 7 70 0 ! 卜 j l 单位：m 图 1 混凝土箱梁横断面 收稿 日期 ：2 0 0 7 0 7 1 8 作者简 介：李军堂( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 教授 级高工 ， 1 9 9 0年毕业于西南交通大学桥梁与地下工程系， 工学学 士。 维普资讯 6 4 m双 幅混凝土 简支箱梁造桥 机设计 李军堂 5 4 5 ， 4 4 m 三 种 规格 ， 最 大节 段重 量 为 1 4 0 t 。箱梁 翼缘后浇， 纵桥 向设有 1 2个 湿接缝 ， 缝宽 0 6 m。 梁体采用纵 、 横双向预应力体系。双幅混凝土梁重 2 8 8 0 t ， 加 上湿 接缝 后共 重 3 2 0 0 t 。 箱梁采用造桥机施工 ， 其工序为 ： 混凝土节段箱 梁在预制场预制 ， 然后提升至桥面， 由桥面上的运梁 台车运送至造桥机尾部 的提梁 吊机下， 提梁吊机依 次将预制梁段吊装至设计位置 ， 全部节段吊装完 成 后， 将各节段混凝土梁调整至设计位置 ， 安装湿接缝 支架及模板 ， 扎钢筋 ， 穿钢绞线 ， 现浇湿接缝成整孔 箱梁， 混凝土达到设计要求 的强度后分批 次张拉梁 内预应力束 ， 拖拉造桥机进入下一孔梁的施工。 2 造桥 机 的方案 比选 目前国内对于此种节段预制 、 桥位上拼装( 胶拼 或湿接缝连接) 的造桥机大致有 2种做法。一是设 计专门的造桥机， 主梁采用新制钢箱梁或钢桁架 ， 此 法 自动化程度高， 但造价高， 且 目前国内利用率低 ， 会造成企业成本高； 二是采用常备式杆件来做 ， 虽然 自重较大， 但费用低 ， 因而被广泛采用 ， 但 限于常备 式杆件的规格和材料， 一般都在 5 6 m跨以内 1 。 该桥 的工期较 紧， 原设计方案是将两幅箱梁分 别架设 ， 即先架设一幅， 然后造桥机再回来架设另一 幅， 这样可减少造桥机一半的架设重量 ， 但工期将无 法保证 ， 因此决定双幅箱梁一起架设。国内 目前 尚 没有跨度 6 4 m、 载重达 3 2 0 0 t 的造桥机 。出于成 本上的考虑 ， 仍采用常备式杆件组拼， 这无疑对造桥 机的设计是个挑战， 经综合 比选 ， 决定采用拆装式军 用梁设 计 。 在方案 比选中， 充分利用了该桥 的特点： 墩身较 宽 ， 箱梁翼缘后浇 。这可将主桁直接支承在墩顶 ， 而 省去支腿和墩旁托架之类的构造， 因此在总体方案 比选中主要集中在 主桁形式和节段梁 的支承方式。 其中主桁形式做 了以下比选方案 ： 5 m桁 高， 单 侧 4榀 主桁 ， 桁 间距 ( o 8 +2 +0 8 )i n ； 7 5 m 桁 高， 单侧 3榀主桁 ， 桁间距 ( 1 1 +1 1 )m， 两方案 比 选 项 目见表 1 。 5 m桁高方案是拆装式军用梁较为常见 的组拼 方式 ， 而 7 5 m桁 高且桁 间距 1 1 m则极少采用 ， 因而存在一定 的风 险。但 7 5 m 桁高方案具有 刚 度大、 自重轻 、 所增加 的墩 帽宽度少 等优点 ， 因此决 定选用 7 5 m桁高方案。 节段梁的支承方式研究了上 吊挂方案和下支承 方 案 ， 见 图 2。 表 1 主桁方 案比选 ( a )上吊挂方案 l 2 8 00 2 6 6 0 5x2 o o o =1 o o o o 9 0 0 l 4 0 0 l 40 0 ( b )下支承方案 单位：m 图 2 节段梁的上吊挂方案和下支承方案 上 吊挂方案是用 3 0 0 t 提梁 吊机通过扁担梁同 时吊装 2 个节段， 扁担梁与主桁连接， 同时也作为主 桁 的顶层横向联结系 ， 通过 吊挂的精轧螺纹钢筋实 现节段标高的调整。下支承方案是 门机将节段提起 后落在支承梁上 ， 由于断面上 的 2个节段可先后 吊 装 ， 因而提梁 吊机的吊重可降为 1 5 0 t ， 同时在主桁 的上半部可设独立 的横 向联结系， 标高的调整用支 承梁上的垫块和小千斤顶 。此两方案各有利弊， 上 吊挂方案靠扁担梁和精轧螺纹钢筋调整节段梁的标 高和纵桥向位置 ， 人在上面操作 ， 效率高 ， 但为增 加 整体的横向稳定 ， 主桁梁底部仍需设 置底平联 。下 支承方案可在主桁梁的上半部设置 固定的横向联结 1 叫 维普资讯 6 桥梁建设 2 0 0 7年增刊 2 系， 对整机的横向稳定更加有利 ， 且可减小提梁 吊机 的规模 ， 通过 底部 小 千 斤 顶调 整标 高 的工 艺 措施 也 比较成 熟 ， 因此决 定采 用下 支承 方案 。 3 造桥 机设 计 3 1 造桥机的总体布置 由于箱 梁 混凝 土节 段 由后 方 梁 面 运来 ， 所 以必 须给 后方 留出开 阔 的工 作 面 ， 因此 选用 了前 后 导 梁 的形式。主机 由以下部分组成 ： 主桁梁及 吊机走道 梁、 横 向联结系、 下支承梁 、 1 5 0 t 提梁吊机、 墩顶支 承和纵横移系统及电器系统。造桥机总体布置示意 见 图 3 ， 其基本参数如下。 ( 1 )施工 梁段 长度 ： 6 6 3 m； ( 2 )混凝 土 箱梁重 量 ： 3 2 0 0 t ； ( 3 )主机 自重 ： 1 3 5 0 t ( 主桁+吊机走道梁+下 扁担 梁 ) ； ( 4 )1 5 0 t 提梁吊机结构 自重 ： 8 o t ； ( 5 )整机走行方式 ： 连续千斤顶+钢绞线拖拉 ， 在 滑座 上滑 行 ； ( 6 )整 机 走行速 度 ： 1 5 2 o m h ； ( 7 )整 机 总功率 ： 1 5 o k w ； ( 8 )整机纵 向稳定系数 ： k：1 9 ； ( 9 )主梁工作弹性挠跨 比： 1 5 2 4 ； ( 1 0 )适 应纵 坡 ： 2 以 内。 图 3 造桥机总体布置示意 3 2 主桁 梁 主桁梁采用双 主桁结构形式 ， 单组主桁 由 3榀 桁架组成 ， 桁间距 为 1 1 m， 主桁高 7 5 m， 导梁处 桁高 由 5 m 过 渡到 2 5 m， 全 长 1 4 8 m。2组 主桁 中 心距 1 2 6 m， 跨度 6 4 m。主桁梁结构采用拆装 式 军用梁。提梁吊机的走道梁采用 h型钢， 底部垫钢 板支承在 3片桁 的中间桁 顶面， 走道梁与 主桁采用 钩头螺栓夹紧 的方式 。在主桁两 侧桁顶设 防护栏 杆 ， 栏杆与主桁空隙处采用螺栓连接 固定 。 3 3横 向联 结 系 横向联结 系采用型钢组焊式桁架结构 。共设 5 道 ， 即前导梁 端部 、 7 5 m 桁 高前端 及后端 各设 1 道、 跨 中设 2道， 其中 7 5 m桁高前端横联立面为 4 m7 5 m 截面， 跨 中横联采用 4 m2 5 m截面， 其他采用 2 m2 5 m截面。 3 4 下支 承梁 下支承梁主要作为预制节段混凝土箱梁的支承 平台 ， 每节段配备 1 组 支承梁 ， 共需 1 2组。其另一 个作用是做主桁架的底部平联 。下支承梁用拆装式 军用梁与新制杆件组拼 而成 。支承梁顶设 5 0 t 螺 旋顶， 用于节段混凝土梁的调整及张拉时分级卸载使 用 。每组支承梁宽 2 m、 高 2 5 m， 支承梁顶及底面均 设施工平台， 底部挂安全网。造桥机纵移时， 支承梁 在靠近墩位时依次打开 ， 过墩后立即复位( 见图 4 ) 。 1 2 8 0 0 图 4造 桥机 过 孔 断 面 3 5 1 5 0 t 提 梁 吊机 提 梁 吊机 主梁 采 用 单 根 钢 箱 梁 ， 钢 箱 宽 为 1 5 m， 钢箱顶面设 1 5 0 t 提升走行机构 ， 底面挂设 1 0 t 电动葫芦。钢箱梁伸 出主桁架 6 m， 以便 电动葫芦 能够辅助下支承梁的开合。支腿采用 声 5 o o mm钢 管 ， 与钢箱采用法兰连接。起升系统采用 2台 1 0 t 电动卷扬机 ， 钢丝绳走 8 。走行 采用 4组轮轨式走 行轮架 ， 2主 2从 。轮架顶设分配梁与支腿 采用销 接的方式连接 ， 分配梁具有一定的横向刚度 。 维普资讯 6 4 m双 幅混凝土 简支箱梁 造桥 机设 计 李军堂 7 3 6 墩 顶支 承及纵 横 移系 统 支承及纵横移滑座采用平板式结构， 造桥机 的 支承、 纵横移均在此 滑座上完成。支承座的横向宽 度 已考虑了箱梁在平曲线上 的横移。 在前方墩上设置 2台 1 5 0 i 连续千斤顶 ， 通过 钢绞线拖拉主桁梁前移 。整机横移时采用横置千斤 顶与穿心式千斤顶顶拉的方式 。 4 造桥机计算 4 1 设 计荷 载 4 1 1 竖直 荷载 竖 直 荷载 包 括箱 梁 混 凝 土荷 载 、 造 桥 机 自重 和 施 工 临时荷 载 。箱 梁 混 凝 土 荷 载 总 计 2 8 8 0 0 k n， 施 工期 间 的临 时荷 载 按 5 k n m 计 ， 造 桥 机 自重 荷 载合计 1 5 0 0 0 k n( 含 提梁 吊机 和纵 移装 置 ) 。 4 1 2 水平 荷载 水平 荷 载仅考 虑风 力影 响 。架桥 状态 时取 按设 计 风速 4 0 m s 时 的基本 风压 ： w 1一 k 1 k 2 k 3 w o一1 5 0 0 pa 风荷载体形系数每组按照 3榀桁架计算 ， 桁架 挡风系数 一0 3 ， 迎风 面 3榀桁架体形 系数分别 为 ： a 1 0 3 9 ， a 2 0 2 5 ， a 3 0 1 7 。 未架梁时对背风面的 3榀桁架 ， 体形系数再乘 以 0 7 折 减 。 架梁后混凝土与架桥机桁梁距离小于桁梁截面 宽度 ， 因此可不考虑混凝土产生的水平风荷载。 风压荷载按照单元迎风面积与风压乘积施加至 单元 上 。 4 2 主 桁梁计 算 计算采用 mi das c i v i l 软件 ， 建模单元均为梁 单元 ， 所采用杆件截面与设计 图截面一致 。龙 门吊 机、 主梁及 吊装扁担梁均按重量转换为节点荷载。 主桁各杆件均满足架梁施 工荷载要求 ， 最大杆 件应力 为 2 2 0 mp a 。 4 3 整体抗倾覆计算 计算结果表明整体抗倾覆满足要求 ， 抗倾覆系 数取 值 如下 。 ( 1 )架 梁 前 风 载对 造 桥 机 的抗 倾 覆 系 数 k 一 1 3 5。 ( 2 )纵向牵引时抗倾覆系数 k=1 9 。 5主要 施工步 骤 ( 1 )在首跨 内安装提升架 ， 主桁梁在地 面组拼 ， 提升 架 吊起主桁 横 移到位 后下 放 至墩顶 。 ( 2 )双 主 桁 梁 安 装 完 成 后 调 整 整 机 的 平 面 位置 。 ( 3 )安装 1 5 0 i 提 梁 吊机 。 ( 4 )节段混凝土箱梁从预制场 由运梁台车运至 待架位置 。 ( 5 )台车将梁送人提梁 吊机 内， 吊机运梁至设 计位置安装 。安装顺序由前往后进行。 ( 6 )调整节段混凝土梁的位置。 ( 7 )安装湿接缝支架 、 模板 ， 扎钢筋 ， 穿钢绞线 ， 浇筑湿接缝混凝土。浇筑前提梁 吊机应退至梁端 ， 禁止在跨中进行 吊装作业 。 ( 8 )现浇混凝土养生， 拆除内模及侧模 ， 强度达 到设计要求后 ， 分级张拉纵向预应力柬 ， 解除支承梁 顶 面的支 承 。 ( 9 )安装牵引系统 ， 在墩顶处逐根使下支承梁 过孔复位 。整机纵移过程中， 提梁 吊机始终远离最 大悬臂端固定 ， 作为配重使用 ， 直至整机进人下一孔 作业位 置 。 ( 1 0 )造桥机横 向位置调整就位 ， 同时进行上孔 梁 的翼 缘后 浇段 混凝 土 的施工 。 重复( 4 ) ( 1 0 ) 施工完所有箱梁后拆除造桥机 。 6关 键技 术 问题 6 1 下支承梁支垫标高的确定 造桥机是个弹性体， 随着节段梁的摆放和湿接 缝 的灌 注 ， 其 挠 度 一 直在 变 化 。因此 要 根 据 理论 成 桥线形 ， 反算各点的抄垫标高。混凝土梁底与下支 承梁 顶净 距 为 3 5 0 mm， 按 箱 梁 浇 筑 湿 接 缝 后 的竖 向标高设置垫板厚 ， 因此支承梁支点处钢垫块与混 凝土梁底 之 间抄垫厚度 理论值为 ： h 一3 5 0 mm 一 2 8 0 ram( 钢垫块高度) +a ( 为浇筑湿接缝后梁 底监测点竖向位移值) 。 6 2 箱 梁预应 力 的分期 张拉 在灌注完湿接缝后 ， 造桥机 的最大弹性挠度为 1 2 2 mm。混 凝土 箱梁假 设在 硬 的 台座上 张拉 ， 其 自 身将上拱 3 0 mm， 因此预应力施加 阶段 ， 混凝土箱 梁承受 预应 力 和造 桥机 弹性支 承 的共 同作用 。为保 证混凝土箱梁的上下缘均不 出现拉应力 ， 需按张拉 的步骤对混凝土箱梁进行检算。经计算， 预应力需 分 2次张拉 。第 1 次张拉完腹板部分预应力束后下 支承梁跨 中附近垫板厚度开始卸除 3 0 mm( 卸除垫 板时须左右幅同步作业) ， 然后继续张拉完剩余预应 力束 ， 拆除下扁担梁上所有垫板 ， 直至造桥机脱离混 ( 下 转第 1 o页) 维普资讯 1 0 桥 梁建设 2 0 0 7年增 刊 2 究阶段研究报告 l 3 的结果分析表明 ： 模、 车行速度在 国内乃至全世界都是少有的， 采用三 ( 1 )除下弦杆外 ， 主桁结构 的受力状态与一般 片主桁结构的桥梁无论是从节省造价 ， 还是从结构 钢桁梁相似 ； 布置的角度来说都是最合理的， 并开创 了三片桁拱 ( 2 )下弦杆既承受总体效应 ， 也承受局部荷载， 结构的先河， 其桁拱节点设计成焊接整体节点的构 需按照压弯或拉弯构件设计 ； 造细节设计 、 铁路整体桥面处理及安装方案等对大 ( 3 )在钢桁梁的非支点的每个节问内， 下弦杆 型铁路钢桥的设计具有借鉴意义。大胜关长江大桥 的有效宽度比 a 和 a m( 对应于轴应力与弯应力检 的设计是一种新的尝试， 可为今后 同类型桥梁的设 算) 的各 自变化规律均较好 ， a 在 0 3 0 5之间， 计 、 为我 国正在进行 的大规模 高速铁路建设 提供有 口 m较小 ， 在 0 1 0 3 之间l 3 ； 益的参考。 ( 4 )钢桥面板的纵向应力沿顺桥向分布为每个 节问是 1 个半波曲线， 沿横桥向分布在 中桁处达到 最大。桥 面板应力在纵横肋部位 、 纵横梁部位相对 参考文献 ： 较大， 但其量值不高 ， 最大纵 向应力约 8 o mp a ， 最大 1 中铁大桥勘测设计院 南京大 胜关长江大 桥施工 图设 横桥 向应力约 1 0 0 mp a ， 这也说 明桥