钢管混凝土简支系杆拱桥上部结构缆索吊装法施工技术

1、钢管混凝土简支系杆拱桥上部结构缆索吊装法施工技术摘要：柳州龙屯路立交桥主桥为上跨铁路站场线的钢管混凝土简支系杆拱桥，具有结构跨越铁路站场、且不能占用铁路行车空间、铁路安全行车要求高等施工特点。根据施工方案的拟定和评审，拱肋及横撑等上部结构采用缆索吊装为最优。实施结果表明该方案顺利、优质地完成了拱部的吊装施工，其经验对于类似桥梁施工具有参考价值。关键词：钢管砼简支系杆拱桥; 上跨铁路; 缆索吊装系统; 施工技术; 受力检算1.工程概况柳州龙屯路立交桥主桥为钢管混凝土简支系杆拱桥，跨越柳州站场既有铁路七股道及两组道岔，总跨度为92.5m，计算跨径89m，净跨径86.2m，矢高19.778m，矢跨比

2、为1/4.5，拱轴线采用等截面悬链线，拱轴系数m=1.2。拱肋共2片，截面为哑铃形，由上下钢管与连接两钢管的钢腹板构成，截面总高度3.0m，钢管直径90cm，厚2cm，两拱肋间对称设两道K形横撑，在跨中拱顶设米字横撑，增加横向稳定。每边拱肋设间距为5m的吊杆17根。桥面结构由预应力混凝土中横梁、混凝土桥面板组成。中横梁采用工形截面，跨中梁高1.83m，混凝土桥面预制板采用3.954.50.29m，预制板上再铺装路面。桥面板采用先简支后连续体系，与两端横梁固接，桥面全宽24m。2.上部结构缆索吊装法总体方案针对钢管拱桥结构跨越运营铁路站场的特点及桥位现场布置情况，拱肋的吊装采用缆索吊系统吊装方案

3、最为可行，根据两端地形及吊装重量及空间等特点，设置索道主跨度为168m的225t缆索吊系统，采用万能杆件作索塔，塔基对称布置于主桥纵向两侧，缆索中心线与主桥中心轴线重合，索塔高东侧为54m，西侧为56m，索塔与基础采用固结方式。由于拱桥跨越既有铁路七股道及两组道岔，为保障施工时不侵占铁路安全行车空间，以及作为拱部、横梁等上部结构的部件安装时的临时支点，在股道间拼装由六五式铁路军用梁作支墩、沿拱下铺设两组64式加强型军用梁作纵梁、工字钢作分配梁形成的施工临时栈桥，安全的跨越铁路并形成支撑平台。在施工支撑平台的军用梁上接头位置拼装支承拱肋的万能杆件膺架。拱肋节段在工厂制作成节段哑铃形，用汽车运输到

4、现场。利用缆索吊系统逐节吊装至膺架上对称安装。拱肋安装完成后，同时利用两组缆索吊系统，挂起一组九九军用梁作扁担吊装连接横撑。3.施工方法及技术措施3.1缆索吊装方案的设计一）索塔构造本桥钢管拱肋采用缆索吊装方案，根据地形条件及吊装等特点，索道主跨度设为168m，塔基对称布置于主桥两侧，缆索中心线与主桥中心轴线重合，索塔采用万能杠件拼装。索塔构造见图1。图1索塔构造图缆索吊装系统是为主桥钢管拱肋节段和桥面板等材料的运输与吊装而安设的，主要由8根主索、两套搬运小车、两套起重索、两套牵引索、两端塔架、塔底卷扬机和索锚等分系统组成，塔架采用万能杆件拼装而成，杆件间采用高强螺栓联结，全桥设两副索道，每副

5、主索道承重索由4根60钢丝绳（结构为637S+IWR）组成，其他牵引索及起重索均由37钢丝绳（结构为637S+FC）组成，索锚分主锚（锚固主索锚）及风锚（锚固缆风绳），索塔基础、主锚及风锚均采用C15混凝土。其整体布置见图2。图2索道布置示意图（未示风缆）在钢管拱的吊装过程中，为保证塔架的稳定性，避免塔顶水平位移过大，对塔顶位移进行跟踪观测，实时调整风缆，将水平位移控制在135mm以内。索吊装系统的参数如下：跨度：168m；起重量：225t；塔高：54m（东侧），56m（西侧）；两组起重索间距：24m；工作风级：不超过6级；设计承重挠度：10m；塔基础设计尺寸：8m8m1.5m。二）缆索系统检

6、算缆索系统检算项目较多，此处主要阐述主索（承载索）的计算过程。1）主索受力计算主索安全系数主索选择现有=60mm钢丝绳（结构637S+IWR），公称抗拉强度b=1770MPa，重量q=15kg/m，截面积Fk=1420mm2，破断拉力S=2270kN，弹性模量Ek=75600MPa。作用于主索的力由两部分组成，一是均匀荷载G由主索自重组成，二是集中荷载P。G=15010-3168=25.2kN集中荷载由两部分组成，即主拱肋最大段重P1160kN，吊具和施工荷载及配重P250kN，为安全起见，荷载增加20%的超重，则单根主索集中荷载为：PP1+P21.2（160+50）/463kN当集中荷载作用

7、于跨中时，主索承受最大水平张力，其值由下式求得：H主（GL2PL）/（8fmax）式中，fmax为主索工作最大垂度，按主索长度的1/14取值，得fmax168/1412m。代入上式。得：H主(25.2168+263168)/（812）=264.6kN竖向力V=（G+P）/2=（25.2+63）/2=44.1kN主索最大张力T主=（H2主+V2）1/2=（264.62+44.12)1/2=268.2kN主索张力安全系数K=S/（1.2T主）=2270/(1.2268.2)=7.05=3.5，满足要求。式中：1.2为吊重冲击影响动载系数。主索接触应力与安全系数计算接触应力按下式进行计算：触=T主/

8、A+EKd/Dmin式中：A为钢丝绳断面积；EK为钢丝绳弹性模量；d为钢丝直径，d=2.84mm；Dmin为跑车平滚最小直径，Dmin=0.35m。将数据代入上式得：触=268.2103/（142010-6）+756001060.00284/0.35=802.3MPa安全系数K=/触=1770/802.3=2.22，满足要求。2）塔架检算塔架为门型，由两组万能杆件塔柱通过横联连接组成。塔底受塔自重及缆索的压力，经计算：V=452t，则单根N1杆件需承重14.125t，每根N1杆件允许承受的压力为29.6t，其安全系数为2.1。3）地垅检算每侧索塔由两个主地垅（锚固主索钢丝绳），四个缆风地锚（锚

9、固缆风），均为重力式混凝土锚，采用C15混凝土。 单组主索跑道各自使用独立地垅，地垅与地面夹角为30度。主地垅最大拉力T=332t，其安全系数为3.1，缆风地锚最大拉力为T=40t，其安全系数为3.2。3.2拱肋吊装前准备1）缆索系统的检查吊装前对缆索系统的电源、起吊设备、缆索、扣索、张拉设备、地锚、滑车、绳卡及吊具等作一次全面的安全检查，检查安装是否合理，受力是否合乎要求，安装是否牢固，锚环、卸扣、绳卡等数量规格是否合乎规范要求，经整改检查验收后方可进行吊装作业。2）万能杆件膺架的设置钢管拱肋起吊到位后由万能杆件膺架支承。膺架设置在线路上的施工平台上，膺架顶部搭设型钢支承分配梁，以满足支承拱

10、肋的需要。在拱肋安装时，仔细检查膺架胎模，对拱肋各控制点的坐标及尺寸进行检验。3）拱肋预拼装制作完成的拱肋运到工地后，在现场进行预拼，以检测拱肋接口连接情况及对不符合规范要求之处进行必要的技术处理，拱肋节段之间采用内法兰连接，法兰间采用抄垫钢板进行微调。在灌注拱座混凝土前，严格检查拱座中心平面位置及标高，预埋钢管拱座，保证钢管预埋尺寸的准确及稳固，确保在浇注混凝土过程中不偏移。3.3钢管拱肋吊装技术利用缆索吊系统起吊运输哑铃形节段，在搭设的万能杆件膺架上安装拱肋。在施工时，根据设计要求，张拉系杆，平衡桥墩所受的水平推力，并考虑温差给拱肋带来的影响。3.3.1拱肋节段安装1）拱脚处理端横梁施工时

11、在拱脚处预埋钢管，吊装拱肋节段前，对预埋钢管的位置再进行检测。2）起吊为控制好安装角度，按理论值计算出钢丝绳长度、直径及根数，合理布置吊点，经过试吊检查，无异常情况后方可用缆索吊起吊和运输节段拱肋。构件用汽车运输到缆索吊底下，拆除构件运输时的临时固定措施，为了保证吊装拱肋对接时的准确性，布置调节拱肋节段角度的10t链子钩，钢丝绳的布置如图3所示。图3拱肋起吊图选用36钢丝绳（结构637S+FC）作为起吊钢丝绳，公称抗拉强度=1670MPa，重量q=4.92kg/m，破断拉力S=714kN=71.4t，弹性模量Ek=20600kg/mm2。钢管拱节段最大吊重T=16t，根据钢管拱节段安装的角度，

12、钢丝绳受力最不利情况为第一节安装时，其受力分析如图4所示。图4拱肋起吊受力检算图由余弦定理cosQ1=（120002+146002-67562）/（21200014600）=0.889，得Q1=27.25o。同理得到：Q2=98.34o、Q3=54.41o中线BD长度=9664.46cm由余弦定理计算得Q4=16.51o建立平衡方程：F2cos16.51o+F1cos（Q3-16.51o）=16F2cos（90o-16.51o）=F1cos（90-（Q3-16.51o）解方程式得：F1=5.55t、F2=12.09t取钢丝绳最大拉力F2=12.09t拉力安全系数n=S/F2=71.4/12.0

13、9=5.9=45，满足安全要求。3）施工量测控制点的设置拼装前不仅预先在每节拱肋端头的拱肋中线位置设置固定的测量控制点。而且在主拱肋合拢后拱脚截面、L/4截面及拱顶截面设置位移测量控制点和应力测量控制点，以便在拼装及合拢阶段监测并调整拱肋线型，使其与设计目标的偏差不超过允许值。4）吊运安装及定位合理布置吊点后，经过试吊检查，无异常情况发生，即可吊运节段拱肋。运输节段拱肋吊放于膺架胎模上，徐徐放松起重索，使其力逐渐转移到膺架上。用倒链葫芦稳定于膺架胎模上，再用千斤顶调整拱肋的标高和轴线，使拱肋轴线和高程与设计相符，固定拱肋。在预先设置的膺架胎模上安装拱肋，就位时，下端先对准拱座上预埋的钢管标画的

14、中线部位或已安装的节段中线部位，用倒链葫芦调整轴线。测量放样及检查均采用全站仪进行，架设每一节段拱肋，都要对全部控制点进行观测。此外，对拱座的偏位进行观测。5）合龙根据设计要求，准确选择合龙的时间和温度，合龙节段吊运至正中位置后，缓慢放松起重索，徐徐放下合龙段。利用活动内衬管和限位板使其与运输节段合龙铰结。及时焊接合龙口，合龙拱肋。合拢结束及支架拆除后，测量裸拱的线型，确保拱肋整体线形符合设计要求。3.3.3横联构件安装1）横联构件安装同时利用两组缆索吊系统，挂起一组九九军用梁作扁担吊装K形及米形横撑。吊装至设计位置，在膺架上设置支承型钢以固定横撑的位置，再检查横撑位置满足设计要求后，用CO2

15、气体保护焊打底，再用埋弧焊接完毕。2）一组2片九九军用梁检算吊装时米形撑为最重，其重量G=18.7t，在九九军用梁上设两个吊点，则G/2=9.35t，九九军用梁自重q=0.33t/m，单片梁允许最大弯矩为80tm。军用梁受力如图5所示，最大弯矩M=2qL2/8+G/2（22-15）/2=72.7tm=280=160tm，满足要求。图5九九军用梁受力检算图3）索吊吊重检算单钩索吊起吊总重量G=（九九军用梁重量+米形横撑重量）/2=（220.332+18.7）/2=16.61t缆索吊试验时单钩吊重=20t，满足要求。4）吊钩钢丝绳检算缆索吊吊钩钢丝绳为2根36钢丝绳（结构637S+FC），公称抗拉强度=1670MPa重量q=4.92kg/m，破断拉力S=714kN=71.4t。钢丝绳最大拉力等于单钩最大吊重，即为16.61t，拉力安全系数n=S/F=271.4/16.61=8.6=45，满足要求。4 结束语在龙屯路钢管