钢管拱卧拼施工论文

.大跨度双线铁路连续刚构拱拱肋卧拼施工技术李 军（中铁二十二局哈建集团公司 哈尔滨 150006）摘要：广珠铁路西江特大桥连续刚构拱采用竖转法施工，拱肋采用低位卧拼的施工方案。在两主跨梁面上设拱肋拼装支架，拱肋节段按照卧拼顺序由汽车吊吊装至卧拼位置，组拼成两孔四个半跨。本文对拱肋支架设计及钢管拱拱肋卧拼施工技术进行介绍。关键词：广珠铁路；连续刚构柔性钢管拱桥；拱肋支架； 钢管拱拱肋卧拼施工。Abstract:The construction method of continuous steel frame arch with vertical rotation and construction scheme of low arch rib lying assebling are used on Guangzhou-Zhuhai Railway Xijiang Super Bridge. The arch rib assembling stands are arranged on the surfaces of the two main beams. The arch rib segments are lifted to the assembly location by trucks, which are assembled in order into 4.5 span with two holes. It also introduces the design of the arch rib stands as well as steel tube arch ribs lying assebling construction technology. Key words: Guangzhou-Zhuhai Railway; continuous flexible steel tube arch bridge; arch rib stand; steel tube arch ribs lying assebling construction technology.1、引言随着科学技术的不断发展，不断成熟的竖转施工方法在越来越多的大跨度桥梁施工中得以应用，其具有安全可靠、操作简洁、实施快速、降低造价等优点，尤其在大跨度先梁后拱的拱桥施工中其优点更为显著。采用竖转法施工首先要在低位进行拼装，本文即对大跨度连续刚构拱拱肋卧拼施工技术进行介绍。 2、工程概况广珠铁路西江特大桥里程为DK74+282.91DK74+965.01,主桥长682.1m。荷载标准：中-活载，双线。主桥采用110m2230m110m连续刚构柔性钢管拱桥。 拱轴线立面投影采用二次抛物线，主拱肋轴线方程为y=-x/275+0.8x，拱肋计算跨度220m，矢跨比1/5，矢高44.0m。拱肋为桁架式全焊钢管混凝土结构。每片拱肋由4-750mm钢管混凝土组成，拱肋钢管法向中心距3.5m。每片拱肋钢管横向中心距1.4m，两片拱肋中心距12.0m。全桥共设置20道横撑。钢管拱管内采用C50微膨胀混凝土。3、拱肋卧拼施工方案由于两片拱肋外边缘距离为14.15m，刚构梁梁面宽为13.2m，因此造成拱肋支架外侧立柱必然支承在梁外边缘翼缘板的位置，而且拱肋支架需承受偏心受压。所以在拱肋分段时首先要考虑翼缘板的承重及支架自身稳定性的问题。3.1、拱肋分段每孔每片拱肋总重约为700t，计算跨度为220m，故平均每米重大约为3.2t。由于梁边翼缘板厚度较薄，只有15cm，则考虑到拱肋自重对翼缘板的压力影响及结合刚构梁自身的结构特点，将拱肋分段接头选择在有吊杆横梁处，即需将拱肋支架设置在有吊杆横梁处。这样可减小竖向荷载对翼缘板的影响。本桥每孔吊杆横梁间距为9m+18*10m+9m，共计20处。如每处都设置拱肋支架，则拱肋节段过多，拼装及工地焊接工程量过大；如拱肋分段过长，则不利于运输及吊装。综合各方面因素及考虑拱肋自身的结构特点，将每孔拱肋共分为28个吊装节段（不含拱脚预埋钢管、合拢段），拱肋节段接头均布置相应长度的嵌补段，节段接头预留法兰盘，拼装时先临时用螺栓连接，然后再进行焊接。主拱肋各节段具体尺寸见表1。表1 主拱肋预制桁架节段尺寸表主拱肋节段编号上弦管长度（cm）下弦管长度（cm）重量（t）第段787.9584.625.7第段958.3929.132.5第段1709.32066.655.4第段2315.61943.654.7第段1945.82065.255.6第段2095192551.6第段1515.7160547.543.2、拱肋支架3.2.1、拱肋支架设计根据拱肋节段接头处长度及拱肋支架顶部施工平台需要，并考虑到拱肋支架为偏心受压、自身稳定性等原因，将拱肋支架纵桥向长度定为4m，设置3排立柱，立柱间距为2m；横桥向长度为2m，设置2排立柱。由于刚构梁吊杆横梁纵桥向长度为1.2m，而拱肋支架纵向长度为4m，支架在箱梁外侧的立柱必然有2根要压在吊杆横梁以外的翼缘板上，为保证吊杆横梁处翼缘板受力均匀，在箱梁外侧的3根立柱下设置2I32a型钢分配梁，分配梁与梁面预埋件进行焊接，支架外侧立柱底脚再与型钢分配梁焊接成一体，支架内侧立柱底脚落在箱梁腹板处的梁面上，直接与梁面预埋件焊接牢固，以防止支架偏心受压后产生倾覆。拱肋支架整体由型钢结构组拼而成，立柱采用6*426mm钢管，立柱间横联、纵联、斜撑采用20槽钢，支架立柱顶面设置2根纵向分配梁、分配梁上再设置鞍座及钢管拱肋调整设施，鞍座上再设置支点，上层用扩张金属网形成操作平台，以方便施工人员进行拱肋拼装。纵桥向设置缆风绳，横桥向两个高支架间用型钢桁架进行连接。具体见拱肋支架布置图（图1、图2、图3）。图1 拱肋支架布置图图2 拱肋支架布置图图3 拱肋支架布置图3.2.2、拱肋支架计算3.2.2.1、拱肋竖向荷载拱肋最大节段重量按60t计算，并考虑冲击系数0.2，和不均匀系数2/3后，则该拱肋节段在每个支架上的反力为：R=（1+0.2）x60x2/3=48t3.2.2.2、风荷载本工程从两个状态来验算风荷载，即非工作状态及工作状态。非工作状态下基本风速取40.1m/s，计算得拱肋风压为1257Pa，拱肋节段挡风面积：42.1m2，拱肋承受风荷载为5.3t，拱肋横向风力传至单个拱肋支架：h0=5.3x2/3=3.5t；拱肋支架风压为2013Pa，单个拱肋支架轮廓面积：96.9m2，透风系数取0.4，则拱肋支架支架承受的风荷载：h1=2013x96.9x0.4=7.8t，作用位置于距桥面8.5m处。工作状态下基本风速取13.8m/s，（相当于6级风），当风速大于6级风时，停止拱肋节段安装，则工作状态下拱肋风压为149Pa，拱肋风荷载为0.63t，拱肋横向风力传至单个拱肋支架：h0=0.63x2/3=0.4t；拱肋支架风压为238Pa，拱肋支架支架承受的风荷载：h1=238x96.9x0.4=0.9t，作用位置于距桥面8.5m处。3.2.2.3、横桥向冲击荷载 拱肋节段重量50t，取横向冲击荷载系数0.1，则横向冲击荷载为5t，按不均匀系数2/3，传至单个拱肋支架为3.3t。3.2.2.4拱肋支架计算采用midas2006进行拱肋支架反力计算分析，计算模型如图4所示。图4 拱肋支架计算模型分析结果见下表表2 立柱反力计算结果 立柱反力荷载组合 吊杆牛腿上一排立柱先安装拱肋侧一排立柱后安装拱肋侧一排立柱外侧立柱反力（t）内侧立柱反力（t）外侧立柱反力（t）内侧立柱反力（t）外侧立柱反力（t）内侧立柱反力（t）工况1工作状态下，支架上有一个节段-18.1-5.2-20.5-10.7-8.7-1.6工况2工作状态下，支架上有两个节段-31.0-5.4-24.9-4.9-24.9-4.9工况3工作状态下，支架上有一个节段（含6级风和横向冲击）-31.68.0-32.41.4-19.512.5工况4工作状态下，支架上有两个节段（含6级风和横向冲击）-48.46.6-39.05.1-40.06.1工况5非工作状态下，支架上有两个节段（含20年一遇风荷载）-66.429.6-55.125.5-55.125.5注：外侧是指靠近箱梁翼缘外边缘侧，内侧是指远离箱梁翼缘外边缘侧，下同。表3 立柱结构受力 立柱结构受力荷载组合 220a杆件2L75x8杆件2L100x10杆件最大/最小轴力（t）最大/最小组合应力（MPa）最大/最小轴力（t）最大/最小组合应力（MPa）最大/最小轴力（t）最大/最小组合应力（MPa）工况1工作状态，支架上有一个节段2.2/-20.56.7/-46.68.9/-2.942.5/-22.52.2/-20.88.9/-73.0工况2工作状态，支架上有两个节段1.0/-35.149.7/-65.38.0/-4.342.3/-26.4-2.8/-22.1-7.4/-76.0工况3工作状态，支架上有一个节段（含6级风和横向冲击）12.6/-32.452.0/-80.39.4/-4.145.1/-31.82.6/-20.311.0/-66.4工况4工作状态，支架上有两个节段（含6级风和横向冲击）6.6/-48.458.2/-109.28.5/-5.642.0/-35.8-2.5/-22.8-8.9/-74.4工况5非工作状态，支架上有两个节段（含20年一遇风荷载）29.6/-66.4115.1/-159.18.4/-10.569.5/-69.0-3.0/-22.2-10.0/-72.8立柱杆件应力均小于170MPa，满足要求。表4 立柱结构稳定验算杆件220a杆件2L75x8杆件2L100x10杆件最大轴向压力（t）-66.4-10.5-22.8截面面积（mm2）568922933833回转半径（mm）32.822.830.5计算长度（mm）200028283043长细比61124100稳定系数0.8020.4160.555稳定折算应力（MPa）-145.5-110.1-107.2立柱杆件稳定应力小于170MPa，满足要求。3.2.2.5、拱肋支架处对梁体产生的影响3.2.2.5.1、考虑到吊杆牛腿受力较大，且施工中的受力方向与成桥时的受力方向相反，所以在施工中通过设计就对吊杆牛腿进行加强。增加了顶层受拉钢筋，用以承受拱肋支架传递下来的压力。3.2.2.5.2、裂缝控制分析：牛腿裂缝控制要求应满足： 牛腿裂缝控制满足规范要求。3.2.2.5.3、预埋件抗拉单个立柱最大拉力为29.6t，埋置6根636角钢，埋置深度为440mm。则得为锚板弯曲变形的折减系数，由预埋角钢间距b=220mm，锚板厚度t=20mm，b/t=11，则查表得=0.62。预埋件满足受力要求3.2.2.5.4、箱梁翼缘受力分析a、弯曲应力验算对箱梁翼缘根部截面进行混凝土和钢筋弯曲应力验算。箱梁翼缘上表面受拉钢筋为：A1a-16150，A5a-16150；箱梁翼缘下表面受压钢筋为：A1a-16150。钢筋中心至外表面距离：60mm；翼缘根部截面高度：h=920mm；截面有效高度：换算截面：受拉钢筋面积受压区高度：一个拱肋支架立柱反力由1000mm宽度的翼缘板（该立柱预埋件平面尺寸为400x1000mm）承受，则（压应力）（拉应力）弯曲应力满足要求。b、剪应力验算对立柱支点处截面进行抗剪验算立柱支点处截面高度：h=384-10=374mm立柱支点处截面高度：受压区高度：在支点处受压区合力点至受拉钢筋合力点的距离z中性轴处的剪应力：剪应力满足要求。c、对预埋件边缘处截面进行抗剪验算预埋件边缘处截面高度：h=473-10=463mm预埋件边缘处截面高度：受压区高度：预埋件边缘处受压区合力点至受拉钢筋合力点的距离z中性轴处的剪应力：剪应力满足要求。d、裂缝宽度验算对箱梁翼缘根部截面进行裂缝宽度验算。 裂缝宽度满足规范要求。3.3、钢管拱拱肋的拼装每个拱肋节段由2台120t汽车吊起吊至拱肋支架上，节段拼装过程中通过测量组实时监控，利用拱肋支架上的鞍座及调整千斤顶精确调节每个拱肋节段高低位两头的高程及横向中心位置，确保拱肋线形。精调完毕后，安装支架顶支点抄垫，将节点法兰盘的螺栓拧紧，吊机松勾，再复测一遍拱肋线形，如没有变化，方可进行下段施工。重复以上的步骤，将汽运来的拱肋节段按施工顺序逐段拼装成两孔四个半跨。钢管拱工地组拼半跨拱肋的允许偏差为：节段间接缝错边量2 mm；拱肋轴线横向偏量+12 mm；拱肋轴线竖向偏量-6 mmA+12 mm。 拱肋卧拼图见图5图5 拱肋卧拼图4、结语(1)拱肋支架的设计满足西江特大桥钢管拱卧拼施工各项要求。(2)西江特大桥拱肋卧拼施工偏差满足设计要求，利用拱肋支架结构精确调整了拱肋节段的坐标位置，确保了钢管拱的线形要求。(3)本工程采用汽车吊机吊装拱肋的方案，汽车吊机在施工过程中更加灵活、机动，合理利用了先梁后拱的施工条件，对类似工程积累了成功的经验。(4)广珠线西江特大桥钢管拱卧拼施工方案合理可行，确保了两跨钢管拱卧拼施工安全