外海超重鋼箱梁支架拆除關(guān)鍵技術(shù)

陳永青

（廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區(qū)、廣東省珠海市、澳門特別行政區(qū)的大型跨海通道，是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃中珠江三角洲地區(qū)環(huán)線的組成部分和跨越伶仃洋海域的關(guān)鍵性工程，是我國(guó)繼三峽工程、青藏鐵路之后又一重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目[1]。

江海直達(dá)船航道橋?yàn)橹骺?58 m的中央單索面三塔鋼箱梁斜拉橋，中跨和次邊跨布設(shè)斜拉索，橋跨布置如圖1所示[1-3]。

圖1 橋跨布置圖（單位：m）

138#墩邊跨側(cè)長(zhǎng)89.4 m、重2303 t，中跨側(cè)長(zhǎng)90 m、重2 210 t的梁段采用搭設(shè)鋼管支架用浮吊整體吊裝的方式進(jìn)行安裝。承重支架采用連續(xù)千斤頂?shù)踝≈髁焊畛鹿?jié)鋼管后再下放主梁的方式進(jìn)行拆除，支架布置形式如圖2和圖3所示。

圖2 138大節(jié)段支架正視圖（單位：cm）

圖3 138大節(jié)段支架側(cè)視圖（單位：cm）

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 主梁吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

吊具主梁和三維千斤頂同步拆除，總計(jì)重量達(dá)到300 t，在吊具主梁內(nèi)側(cè)腹板表面焊接提升下承重錨的吊點(diǎn)，單個(gè)吊具主梁對(duì)稱布置4個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)主板上預(yù)留直徑18 cm的預(yù)留孔。吊點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 吊點(diǎn)平面布置圖（單位：cm）

1.2 鋼箱梁預(yù)留孔設(shè)計(jì)

為配合連續(xù)千斤頂作業(yè)，需要在鋼箱梁上開(kāi)設(shè)直徑為18 cm的預(yù)留孔，鋼絞線穿過(guò)預(yù)留孔與下錨點(diǎn)（吊具主梁上的吊點(diǎn)）連接，單個(gè)吊具采用四臺(tái)連續(xù)千斤頂進(jìn)行拆除，每個(gè)吊具主梁上的四個(gè)吊點(diǎn)均對(duì)應(yīng)鋼箱梁上的一個(gè)預(yù)留孔。預(yù)留孔施工完成后需與吊點(diǎn)及承重梁上的預(yù)留孔進(jìn)行匹配，確保軸線一致。預(yù)留孔布置如圖5和圖6所示。

圖5 邊跨整體段1預(yù)留孔布置圖（單位：cm）

圖6 中跨整體段2預(yù)留孔布置圖（單位：cm）

1.3 承重梁設(shè)計(jì)

承重梁采用長(zhǎng)6 m的雙拼H482型鋼焊接而成，橫隔板及千斤頂?shù)鬃鶇^(qū)域進(jìn)行加勁處理，承重梁中心預(yù)留直徑18 cm的預(yù)留孔。鋼箱梁設(shè)計(jì)有2.5%的橫坡，為保證千斤頂?shù)鬃幱谒綘顟B(tài)，需在承重梁下鋪設(shè)寬600 m厚2 cm的橡膠板。承重梁結(jié)構(gòu)形式如圖7所示。

圖7 承重梁俯視圖（單位：cm）

2 拆除工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1 提升平臺(tái)的準(zhǔn)備

千斤頂放置在承重梁上。承重梁配合鋼絞線留孔Ф180。為保證千斤頂頂部1.5 m以上鋼絞線順直，以便下放時(shí)鋼絞線能順利導(dǎo)入千斤頂，在承重架上距提升頂0.5 m側(cè)搭設(shè)高出千斤頂頂部1.5 m的導(dǎo)線架。

2.1.2 提升千斤頂安裝

用浮吊將LSD2000千斤頂?shù)跎锨Ы镯敯惭b平臺(tái)，確保千斤頂中心與承重梁預(yù)留孔中心一致，承重梁預(yù)留孔開(kāi)?180。千斤頂閥塊必需在平臺(tái)內(nèi)側(cè)（防止撞壞，方便安裝）。千斤頂?shù)鬃c平臺(tái)之間用7形鋼扣板焊接卡死，每臺(tái)頂四個(gè)鋼扣板均勻分布在千斤頂?shù)鬃鶊A上，焊接于放置千斤頂?shù)某兄亓荷稀?/p>

在焊接7形鋼扣板前必須將千斤頂調(diào)整、定位，使墊梁的預(yù)留孔與頂?shù)拇┬目字行谋３忠恢拢Ы镯敯惭b示意如圖8所示。

圖8 千斤頂安裝

2.1.3 固定端錨夾具的安裝

將固定錨具（承重錨）用7形鋼扣板將錨具焊接固定在吊點(diǎn)底部，確保錨具中心與吊點(diǎn)預(yù)留孔中心一致。

由于承重錨是反向安裝的，所以應(yīng)在吊具沒(méi)有安裝前，將承重錨對(duì)好中心孔位后固定在吊點(diǎn)上。

3.2 拆除施工

步驟一：拆除鋼管支架的平聯(lián)管和斜撐，布置四臺(tái)連續(xù)千斤頂。用三角塊將三維千斤頂托架與吊具主梁，樁頂和托架焊接，步驟一如圖9所示。

圖9 步驟一示意圖（單位：cm）

步驟二：同步起升連續(xù)千斤頂，在鋼管樁樁頂往下2 m處開(kāi)始切割出一條1.5 m的切口，將吊具主梁、臨時(shí)支座和三維千斤頂?shù)暮奢d轉(zhuǎn)由四臺(tái)連續(xù)千斤頂承受，從而使得整個(gè)吊具主梁和三維千斤頂處于懸吊狀態(tài)，步驟二如圖10所示。

圖10 步驟二示意圖（單位：cm）

步驟三：在水面上2 m標(biāo)高處將鋼管切割一條切割縫，采用浮吊拆除水面上鋼管，在2 m標(biāo)高處對(duì)鋼管進(jìn)行開(kāi)槽，在槽口里面焊接雙拼的I25a工字鋼，步驟三如圖11所示。

步驟四：按上述步驟拆除完另外三根鋼管后，四臺(tái)連續(xù)千斤頂同步下放吊具主梁，將吊具主梁放于下節(jié)鋼管及雙拼的I25a型鋼上，解除四臺(tái)連續(xù)千斤頂?shù)匿摻z繩，步驟四如圖12所示。

步驟五：利用浮吊拆除吊具主梁，將其放在駁船上，待吊具主梁拆除完后，拆除下節(jié)鋼管。

圖11 步驟三示意圖（單位：cm）

圖12 步驟四示意圖（單位：cm）

3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.1 吊具主梁拆除吊點(diǎn)計(jì)算

吊具主梁拆除采用在吊具上對(duì)稱焊接4個(gè)吊點(diǎn)的構(gòu)造進(jìn)行拆除施工，在吊點(diǎn)上預(yù)留預(yù)留孔的尺寸為直徑18 cm的圓以便連續(xù)千斤頂鋼絞線穿過(guò)。

采用大型通用有限元軟件ABAQUS建立分析模型，按300 t的荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，吊具主梁有限元計(jì)算及加載模型如圖13所示。

量綱取值：力，N；時(shí)間，s；長(zhǎng)度，m

重力加速度：9 800 mm/s2

約束條件：在下錨點(diǎn)，承重錨與下吊點(diǎn)的接觸位置進(jìn)行鉸接約束。

3.1.1 計(jì)算結(jié)果

吊具主梁有限元分析結(jié)果如表1和圖14～16所示。

圖13 主梁計(jì)算模型

表1 主梁計(jì)算結(jié)果表

圖14 主梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果圖

圖15 吊點(diǎn)處應(yīng)力計(jì)算結(jié)果圖

圖16 主梁位移計(jì)算結(jié)果圖

從計(jì)算結(jié)果可以看出，最大應(yīng)力為137.5 MPa，位于吊點(diǎn)預(yù)留孔附近；最大位移為1.35 mm，位于吊具主梁的跨中位置附近，均滿足相關(guān)規(guī)范要求[2]。

4.2 承重梁計(jì)算

承重梁作為吊具主梁拆除時(shí)支撐連續(xù)千斤頂?shù)某兄亓?，采用長(zhǎng)6 m的雙拼H482型鋼焊接而成，在中間預(yù)留直徑18 cm的預(yù)留孔。

采用大型通用有限元軟件ABAQUS建立分析模型，考慮單條承重梁160 t的荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算（單個(gè)連續(xù)千斤頂處受力80 t），在連續(xù)千斤頂?shù)鬃c承重梁接觸部位施加荷載，承重梁有限元計(jì)算及加載模型如圖17所示。

圖17 承重梁計(jì)算模型

量綱取值：力，N；時(shí)間，s；長(zhǎng)度，m。

約束條件：承重梁與橫隔板接觸的位置進(jìn)行鉸接約束。

4.2.1 計(jì)算結(jié)果

吊具主梁有限元分析結(jié)果如表2和圖18～19所示。

表2 承重梁計(jì)算結(jié)果表

圖18 承重梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果圖

圖19 位移計(jì)算結(jié)果圖

從計(jì)算結(jié)果可以看出，最大應(yīng)力為237.0 MPa（材質(zhì)為Q345），最大位移為1.58 mm，滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于ABAQUS有限元分析軟件，建立138#大節(jié)段鋼箱梁支架拆除的有限元模型，對(duì)其在典型工況下進(jìn)行應(yīng)力和變形進(jìn)行分析，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果小于材料許用應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求；變形計(jì)算結(jié)果均復(fù)核相關(guān)要求，滿足支架拆除要求。

本文除了對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算外，還著重介紹了支架的拆除工藝，不僅為港珠澳大橋138#大節(jié)段鋼箱梁支架拆除提供了可靠的技術(shù)保障，更為以后同類工程的施工提供了寶貴的借鑒。