跨高速公路31m鋼箱梁吊裝技術(shù)

梁 杰(中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概況

成渝高速大橋位于四川省成都市簡陽市石橋鎮(zhèn)境內(nèi)，上跨成渝高速公路，橋梁跨徑布置為：48+60+48m（如圖1所示），橋梁全長165m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁，橋面連續(xù)，下部結(jié)構(gòu)0號橋臺采用柱式臺、樁基礎(chǔ)，3號橋臺采用肋板臺。橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面全寬為64m，按主、輔車道，上、下行獨(dú)立設(shè)置四幅分離式橋梁。單幅橋梁寬度分別為主車道13.75m，輔道14m，主輔車道橋梁之間留縫2×1.5m，上、下行車道橋梁之間留縫1×1.25m。

圖1 橋梁立面布置圖

主梁采用單箱三室等截面鋼箱梁（如圖2所示），設(shè)4道縱腹板，標(biāo)準(zhǔn)梁高2.8m（箱梁中心線處），頂板全寬13.75m，底板寬9.75m，行車道外側(cè)設(shè)0.5m寬防撞護(hù)欄。頂板厚16mm，腹板厚16mm，底板厚16～20mm。

圖2 主線鋼箱梁橫斷面圖

2 跨高速段鋼箱梁吊裝工藝

成渝高速大橋根據(jù)現(xiàn)場條件，采用常規(guī)吊車吊裝法施工。在橋底搭設(shè)9排臨時(shí)支架作為承重拼裝平臺，將全橋劃分為總計(jì)10個(gè)節(jié)段（如圖3所示），31m長梁段分15m和16m長度從加工廠運(yùn)輸至橋位現(xiàn)場，在現(xiàn)場拼裝場地進(jìn)行梁段接長31m，焊接作業(yè)和油漆作業(yè)完成合格后，存梁區(qū)準(zhǔn)備吊裝。

圖3 節(jié)段劃分平面圖

最長節(jié)段長31m、最寬3.955m、重95t，擬采用350t履帶吊進(jìn)行跨高速節(jié)段吊裝。最不利吊裝工況吊裝半徑32m，計(jì)算吊裝重量95t加吊鉤、吊耳、鋼絲繩約 5t，乘以安全系數(shù)1.2，最不利安全吊重=(95+5) ×1.2=120t。選用350t履帶吊加80t超起配重，選擇半徑32m，臂長48m，可吊重140.8t，滿足0號橋墩至成渝高速段所有鋼箱梁吊裝需求，最不利吊裝工況如圖4所示。

圖4a 最不利吊裝工況平面示意圖

圖4b 最不利吊裝工況立面示意圖

施工具體流程如下。

①臨時(shí)支架布置：使用汽車吊在高速公路外安裝臨時(shí)支架并做好吊裝前的準(zhǔn)備工作，此階段對高速公路無影響。

②采用履帶吊直接吊裝右幅輔道鋼箱梁：此階段需對成渝高速進(jìn)行連續(xù)式全封閉斷道2個(gè)晚上，封閉時(shí)間段為夜間8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。

③吊裝右幅主道鋼箱梁：此階段成渝高速進(jìn)行連續(xù)式全封閉斷道2個(gè)晚上，封閉時(shí)間段為夜間8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。同時(shí)焊接右幅輔道鋼箱梁底部焊縫。

④吊裝左幅主道鋼箱梁：此階段成渝高速進(jìn)行連續(xù)式全封閉斷道2個(gè)晚上，封閉時(shí)間段為夜間8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。同時(shí)焊接右幅主道鋼箱梁底部焊縫。

⑤吊裝左幅輔道鋼箱梁：此階段成渝高速進(jìn)行連續(xù)式全封閉斷道2個(gè)晚上，封閉時(shí)間段為夜間8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。同時(shí)焊接左幅主道鋼箱梁底部焊縫。

⑥成渝高速連續(xù)式全封閉斷道2個(gè)晚上，封閉時(shí)間段為夜間8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。焊接左幅輔道鋼箱梁底部焊縫。

⑦底板焊接：選擇車流量較小的夜間8點(diǎn)至凌晨6點(diǎn)時(shí)段，進(jìn)行全車道連續(xù)式斷道交通管制，完成左幅輔道底板對接縫的焊接，此階段需斷道2天，每次斷道封路時(shí)間晚上8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。

⑧油漆噴涂：箱體底部及側(cè)邊油漆全噴涂采用登高車作業(yè)，斷道封路時(shí)間晚上8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)，時(shí)間為2天。面板及箱內(nèi)焊接及補(bǔ)涂，此階段施工對高速無影響，在白天施工，不需進(jìn)行交通管制。

⑨支架卸載：在整幅橋全部吊裝焊接完畢后進(jìn)行整體支架卸載，然后拆除運(yùn)走臨時(shí)支架，此階段對高速無影響。

故本方案在吊裝一幅跨高速節(jié)段吊裝施工過程中，進(jìn)行5次整幅間斷式斷道交通管制，交通管制期間四幅車道的鋼箱梁吊裝、焊接進(jìn)行搭接作業(yè)，施工時(shí)間為7天，每天管制時(shí)間為晚上8點(diǎn)至第二天凌晨6點(diǎn)。

3 鋼絲繩的選擇

3.1 鋼絲繩實(shí)際受力計(jì)算

本次吊裝鋼絲繩受力最大重量約為100t（吊裝重量95t加吊鉤、吊耳、鋼絲繩約5t），當(dāng)被起吊鋼箱梁重量一定時(shí)，鋼絲繩與鉛垂線的夾角α愈大，吊索所受的拉力愈大；或者說，吊索所受的拉力一定時(shí)，起重量隨著α角的增大而降低。

本工程所吊裝的所有鋼箱梁鋼絲繩與水平面的夾角選擇60°，以鋼絲繩與水平面的夾角為60°計(jì)算(最重箱梁)，按100 t計(jì)算，動荷載系數(shù)取1.2，

圖5 吊裝示意圖

采用四根鋼絲繩同時(shí)起吊，則單根鋼絲繩所受的拉力P為：

P=1.2×100/(3×sin60)=46.19t=461.9kN。

3.2 鋼絲繩繩徑的計(jì)算及鋼絲繩的選用

選擇鋼絲繩直徑時(shí)，一般可根據(jù)鋼絲繩受到的拉力(即許用拉力P)，求出鋼絲破斷拉力總和ΣS，再查表找出相應(yīng)的鋼絲繩直徑。其中鋼絲繩的容許拉力可按下式計(jì)算：

式中：P為鋼絲繩的容許拉力(kN)；ΣS為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和(kN)；α為鋼絲繩破斷拉力轉(zhuǎn)換系數(shù)，對6×19、6×37、6 ×61鋼絲繩，α分別取0.85、0.82、0.80；K 為鋼絲繩使用安全系數(shù)。詳見下表。

鋼絲繩的安全系數(shù)

式（1）中α取值0.82、K取值6（用作吊索，無彎曲安全系數(shù)為6.7，專家建議系數(shù)選擇6。得：

ΣS=K×P/α=6×461.9/0.8

=3464.25kN

查詢《粗直徑鋼絲繩》規(guī)范，選擇直徑為76.0mm的公稱抗拉強(qiáng)度為1770MPa的6×61的鋼芯鋼絲繩，完全滿足施工要求。現(xiàn)場提供的鋼絲繩必須有試驗(yàn)報(bào)告，其破斷力總和需大于3464.25kN。

4 吊耳及卸扣的選擇

4.1 吊耳的受力計(jì)算與選型

臨時(shí)吊耳設(shè)在面板與腹板和橫隔板結(jié)構(gòu)相交對應(yīng)位置，若吊耳不在主隔板上方，焊接吊耳處需要進(jìn)行加固。根據(jù)計(jì)算得到的構(gòu)件重心位置，在每個(gè)節(jié)段上設(shè)置四個(gè)吊耳，單個(gè)吊耳結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 吊耳結(jié)構(gòu)圖

吊耳承受最大構(gòu)件重量約為95t（僅吊裝重量95t），采用四個(gè)吊耳同時(shí)起吊，以鋼絲繩與水平面的夾角為60°計(jì)算，動荷載系數(shù)取1.2，則單個(gè)吊耳所受的拉力為：

P=1.2×95/(3×sin60)≈438.8kN。

吊索拉力S計(jì)算為：

S=1.4×F/(3×sin60)=1.4×438.8/(3×sin60)≈236kN；

鋼絲繩拉力P=吊索拉力S=236kN（考慮1.4倍的安全系數(shù)）；

T=Psin60=236s×sin60≈204kN；

V=Pcos60=236×cos60≈118kN

4.2 拉應(yīng)力計(jì)算

①在斜向力作用下，其強(qiáng)度計(jì)算公式為：

σ=T/A=T/2tb≈107.1N/mm2＜f=305N/mm2

b=min(2t+16=66，b-d/3≈42)

當(dāng)板厚δ=25mm時(shí)，f=295N/mm；

②耳板端部截面抗拉強(qiáng)度：

σ=N/2t(a-2d/3)=52N/mm2＜f=295N/mm2；

故此板式吊耳抗拉強(qiáng)度符合要求。

4.3 剪應(yīng)力計(jì)算

故此板式吊耳抗剪強(qiáng)度符合要求。

4.4 焊縫計(jì)算

吊耳板與頂板有200mm焊縫，計(jì)算焊縫長度為 200×0.7=140mm，雙面角焊縫。現(xiàn)以吊耳板與上翼板之間的焊縫為例（見圖7），計(jì)算如下：

圖7 焊縫示意圖

正面角焊縫（作用力垂直于焊縫長度方向）：

σ=N/hlw=138N/mm＜βf=244N/mm；

側(cè)面角焊縫（作用力平行于焊縫長度方向）：

τ=N/hlw=75N/mm2＜f(tw)=295N/mm2；

在各種力綜合作用下，σ和τ共同作用：

故此焊縫強(qiáng)度符合要求，由此可推得，吊耳焊縫滿足條件。

4.5 卸扣的選擇

卸扣的受力計(jì)算與選型：最不利吊裝工況及最重吊重受力為1.2×95/(3×sin60)=43.9t，較輕構(gòu)件最不利受力故選擇4個(gè)8級50t卸扣即能滿足吊裝要求。

5 結(jié)語

本文以工廠制作、現(xiàn)場拼裝、吊裝的方式進(jìn)行施工的在建金簡仁快速路成渝高速大橋工程為背景，闡述了工程具體實(shí)施方案和吊裝過程中關(guān)鍵構(gòu)件的選取和力學(xué)性能計(jì)算過程。計(jì)算結(jié)果表明各構(gòu)件力學(xué)性能符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。