鋼混疊合梁拼裝及運(yùn)梁通道兩用支架平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賈培亮

(中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司 河北石家莊 050081)

1 概述

市政橋梁設(shè)計(jì)，常采用鋼箱梁、疊合梁、工字型鋼梁等跨越能力大、結(jié)構(gòu)自重小的梁型。由于受市區(qū)交通、管線等因素影響，鋼混疊合梁、鋼箱梁等梁部結(jié)構(gòu)施工采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行節(jié)段焊接成橋，因此需要搭設(shè)拼裝、焊接支架[1-4]。鋼箱梁工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)焊接及吊裝工序時(shí)間長(zhǎng)、控制因素多，對(duì)工期影響大，尤其是當(dāng)鋼箱梁位于架梁關(guān)鍵線路上時(shí)，應(yīng)根據(jù)整體工期安排合理地組織鋼箱梁預(yù)制及進(jìn)場(chǎng)拼裝的時(shí)間，以保證整條關(guān)鍵線路上作業(yè)順暢，反之則項(xiàng)目的工期無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)籌組織[5-7]。但跨路及路口位置往往受到征拆、交通疏導(dǎo)等因素影響，按計(jì)劃進(jìn)行鋼箱梁拼裝作業(yè)難度較大[8-9]，因此必須采取合理的措施保證項(xiàng)目關(guān)鍵線路暢通，尤其是暢通運(yùn)梁通道，是上部結(jié)構(gòu)安裝工程施工組織設(shè)計(jì)的核心[10]。

本文針對(duì)鋼疊合梁拼裝支架施工，采用左、右幅分幅作業(yè)，半幅加高一側(cè)鋼混疊合梁拼裝支架兼作運(yùn)梁通道支架的方法，待運(yùn)梁結(jié)束后，降低支架作為鋼疊合梁拼裝平臺(tái)，既解決了運(yùn)梁線路因鋼混疊合梁拼裝造成斷點(diǎn)難題，又不影響后期鋼疊合梁梁部焊接作業(yè)，可為此類工程施工提供參考。

2 工程概況及重難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

珠海市香海大橋支線工程TJ2標(biāo)，線路全長(zhǎng)3.042 km。起點(diǎn)于珠海市香洲區(qū)前山街道瀝溪村，終點(diǎn)位于珠海市香洲區(qū)長(zhǎng)沙圩。線路采用雙向六車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度80 km/h。標(biāo)準(zhǔn)橋梁寬度33 m，分上下行兩幅并列獨(dú)立橋梁。單幅橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬16 m，橋面凈寬2×15 m，見(jiàn)圖1；主線橋梁中，大跨度橋梁采用鋼箱組合梁結(jié)構(gòu)，普通跨度采用預(yù)制簡(jiǎn)支混凝土梁。其中第22聯(lián)、28聯(lián)、36聯(lián)均采用60 m跨徑的鋼混疊合梁跨越道路施工。

圖1 橋梁斷面圖

鋼箱組合梁左右幅均采用“開(kāi)口鋼箱梁＋混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)，16 m寬單幅橋主梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，20 m寬單幅橋采用單箱雙室組合梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總高3 m，鋼結(jié)構(gòu)部分高2.5 m，頂部混凝土橋面板與鋼箱梁梁體通過(guò)剪力釘連接。

2.2 重難點(diǎn)分析

3聯(lián)鋼箱梁均采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工工法，拼裝支架采用貝雷梁拼裝支架。由于3聯(lián)鋼箱梁位于鬧市區(qū)，交通疏導(dǎo)難度大，涉及歷史遺跡建筑拆遷難等問(wèn)題，導(dǎo)致鋼箱梁施工工期滯后，線下預(yù)制梁場(chǎng)存梁壓力大，因此需設(shè)計(jì)拼裝支架與運(yùn)梁通道兩用平臺(tái)，首先保證先架段預(yù)制梁架設(shè)，緩解線下預(yù)制梁場(chǎng)生產(chǎn)及存梁壓力。后期完成運(yùn)梁任務(wù)后整體降低兩用平臺(tái)支架，進(jìn)行拼裝鋼混疊合梁施工。

3 鋼混疊合梁拼裝及運(yùn)梁通道兩用支架平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 總體方案選型

總體方案選用梁柱式支架平臺(tái)方案，“梁”采用貝雷梁，“柱”采用φ630×8 mm鋼管柱。為保障關(guān)鍵線路暢通，左幅鋼箱梁拼裝過(guò)程中，右幅拼裝支架加高兼作運(yùn)梁通道，結(jié)構(gòu)形式與左幅拼裝支架相同，僅鋼管立柱高度不同，待運(yùn)梁結(jié)束或左幅鋼箱梁拼裝完成后，降低右幅運(yùn)梁通道，拼裝右幅鋼箱梁。

3.2 左幅鋼箱梁拼裝支架平臺(tái)設(shè)計(jì)

鋼箱梁臨時(shí)支架采用直徑φ630 mm、壁厚8 mm鋼管作支撐柱，支撐柱頂主橫梁為雙拼 36工字鋼，長(zhǎng)度6 m，縱梁按單層布置，采用單層貝雷片，四片一組，共兩組，兩組之間間距3.5 m；貝雷片與工字鋼主橫梁間焊接槽鋼限位卡以防滑動(dòng)擺動(dòng)。拼裝支架設(shè)計(jì)時(shí)考慮將來(lái)運(yùn)梁荷載，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 鋼箱梁拼裝支架

圖3 平臺(tái)支架斷面圖

3.3 右幅預(yù)制梁運(yùn)梁通道支架平臺(tái)設(shè)計(jì)

運(yùn)梁通道支架與拼裝支架結(jié)構(gòu)形式相同，運(yùn)梁通道搭設(shè)前，對(duì)φ630 mm直徑鋼管立柱降低高度處做法蘭盤(pán)連接，后期安裝橋墩旁落架立柱，采用千斤頂支撐貝雷梁及橋面系，拆除法蘭以上鋼管立柱，緩緩降落貝雷梁梁部結(jié)構(gòu)，使之改為鋼箱梁拼裝支架，拆除橋面鋼板，根據(jù)鋼箱梁分段設(shè)置焊接支撐，見(jiàn)圖4。

圖4 運(yùn)梁平臺(tái)支架

3.4 支架平臺(tái)結(jié)構(gòu)檢算

3.4.1 支架平臺(tái)最不利工況及荷載取值

支架平臺(tái)最不利工況分為3種，其中工況一為運(yùn)梁通道下，運(yùn)梁車(chē)運(yùn)輸最大梁重130 t，計(jì)算運(yùn)梁狀態(tài)下支架平臺(tái)各構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度；工況二為支架平臺(tái)降低后改為鋼箱梁拼裝時(shí)鋼箱梁重量及施工荷載下；工況三是當(dāng)鋼箱梁拼裝過(guò)程中，開(kāi)口狀態(tài)下架橋機(jī)通過(guò)的運(yùn)輸荷載。按極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)，恒荷載荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.2，活荷載荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.4，車(chē)輛沖擊系數(shù)根據(jù)規(guī)范取1.3，Q235鋼材極限應(yīng)力抗拉、壓、彎取值小于215 MPa，抗剪小于125 MPa，Q345鋼材抗拉、壓、彎取值小于305 MPa，抗剪小于175 MPa，允許撓度按照L/400控制。

3.4.2 工況一強(qiáng)度及剛度計(jì)算結(jié)果

運(yùn)梁車(chē)通過(guò)支架平臺(tái)工況下，運(yùn)梁車(chē)空車(chē)按24 t考慮，最大梁重132 t。運(yùn)梁車(chē)總長(zhǎng)38 m，車(chē)輪:前車(chē)3軸，10 輪，后車(chē)3 軸，12 輪。第1 排為單輪，第2、3、4、5、6排為雙排輪。運(yùn)梁車(chē)長(zhǎng)度布置見(jiàn)圖5。

圖5 運(yùn)梁車(chē)軸距

根據(jù)集中荷載采用移動(dòng)荷載布載的方式計(jì)算最不利狀態(tài)下各構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度。

通過(guò)對(duì)支架平臺(tái)結(jié)構(gòu)分析，各構(gòu)件強(qiáng)度及剛度均滿足規(guī)范允許值要求。各構(gòu)件中貝雷梁梁部為最不利構(gòu)件，從計(jì)算結(jié)果得出貝雷梁的最大組合應(yīng)力183.3 MPa＜[τ]＝305 MPa，貝雷梁的最大剪應(yīng)力64.1 MPa＜[σ]＝175 MPa，強(qiáng)度滿足要求。貝雷梁最大變形12.1 mm＜l/400＝13 500/400＝33.75 mm，剛度符合要求。

3.4.3 工況二強(qiáng)度及剛度計(jì)算結(jié)果

運(yùn)梁結(jié)束后，支架平臺(tái)整體降低轉(zhuǎn)換為鋼箱梁拼裝支架，恒荷載考慮鋼箱組合梁結(jié)構(gòu)自重、混凝土橋面板濕重、模板重量以及支撐體系自身的自重，按照其相應(yīng)的容重荷載施加。在鋼箱梁上作用施工荷載，方向?yàn)樨Q直向下，根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，最大荷載為40 kN/m。結(jié)構(gòu)的自重軟件自動(dòng)考慮。

根據(jù)貝雷架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，貝雷架的最大應(yīng)力為σ＝-240.26 MPa，最大剪應(yīng)力τ＝-141.73 MPa。計(jì)算結(jié)果表明貝雷架強(qiáng)度滿足施工使用的要求。由貝雷架位移計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，其豎直方向的最大變形為11.89 mm，小于貝雷梁跨度的1/400，變形滿足要求。

3.4.4 工況三強(qiáng)度及剛度計(jì)算結(jié)果

由于分幅施工鋼箱梁，當(dāng)左幅鋼箱梁未拼裝完成，右幅鋼箱梁根據(jù)工期安排必須開(kāi)始拼裝時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)架橋機(jī)通過(guò)未完成拼裝鋼箱梁的工況，根據(jù)架橋機(jī)的自重及運(yùn)輸設(shè)備構(gòu)造，支腿集中荷載為302.5 kN，架橋機(jī)布置立面圖如圖6所示。

圖6 架橋機(jī)布置立面圖

根據(jù)對(duì)此工況開(kāi)口鋼箱梁及支架平臺(tái)計(jì)算，架橋機(jī)在鋼箱梁上運(yùn)輸過(guò)程中，鋼箱梁組合應(yīng)力中最大壓應(yīng)力為-10.67 MPa，最大拉應(yīng)力為1.78 MPa。鋼箱梁變形最大為4.10 mm，鋼管樁支架組合應(yīng)力中最大壓應(yīng)力為-64.56 MPa，最大拉應(yīng)力為141.37 MPa。鋼管樁變形最大為3.77 mm。該工況下鋼箱梁及支架的應(yīng)力及穩(wěn)定性均滿足要求，結(jié)構(gòu)安全可靠，組合應(yīng)力見(jiàn)圖7。

圖7 工況三鋼箱梁組合應(yīng)力(最大壓應(yīng)力為-10.67 MPa)

3.4.5 支架平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算

支架平臺(tái)穩(wěn)定性需考慮穩(wěn)定系數(shù)的單構(gòu)件穩(wěn)定性及模型的整體穩(wěn)定性。根據(jù)對(duì)三種工況下構(gòu)件穩(wěn)定及整體穩(wěn)定性的分析，工況一下鋼管立柱構(gòu)件穩(wěn)定性、工況二下整體穩(wěn)定性為最不利狀態(tài)，分別進(jìn)行計(jì)算[11-12]。

工況一下鋼管立柱穩(wěn)定性計(jì)算:鋼管墩長(zhǎng)度因數(shù)1，鋼管計(jì)算長(zhǎng)度取12 m。回轉(zhuǎn)半徑213.4，長(zhǎng)細(xì)比56.2，鋼管為焊接，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C，鋼管按b類構(gòu)件考慮，查表得軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)0.825。

因此，鋼管墩穩(wěn)定性滿足要求。

工況二下計(jì)算得到鋼管樁在荷載組合下一階失穩(wěn)的穩(wěn)定性系數(shù)為4.671＞4，其穩(wěn)定性滿足要求。

4 鋼混疊合梁拼裝及運(yùn)梁通道兩用支架平臺(tái)的安裝應(yīng)用

4.1 兩用支架平臺(tái)安裝

兩用支架平臺(tái)分為左幅鋼混疊合梁支架安裝及右幅預(yù)制梁運(yùn)梁通道支架安裝兩種，兩種支架形式及結(jié)構(gòu)形式均相同，僅支架高度不同，待右幅運(yùn)梁任務(wù)結(jié)束后，降低右幅支架，轉(zhuǎn)換為鋼混疊合梁拼裝支架。因此安裝前要對(duì)降低高度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合千斤頂高度、橋面高度、拼裝高度，對(duì)鋼立管降低處進(jìn)行法蘭盤(pán)安裝。運(yùn)梁通道主線橋鋼管支撐采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)尺寸2 m×2 m，厚度不小于0.6 m，擴(kuò)大基礎(chǔ)位置需提前進(jìn)行地基處理，地基承載能力大于175 kPa，必要時(shí)進(jìn)行預(yù)壓。擴(kuò)大基礎(chǔ)完成后進(jìn)行鋼管、橫梁、貝雷梁、橋面鋼板等其他結(jié)構(gòu)的安裝。

4.2 兩用支架平臺(tái)應(yīng)用效果

兩用支架平臺(tái)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用(見(jiàn)圖8、圖9)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，安裝及轉(zhuǎn)換操作簡(jiǎn)便、安全、快捷，滿足現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制梁運(yùn)輸及鋼混疊合梁拼裝要求，較好地保證了關(guān)鍵線路的連續(xù)性。左幅鋼箱梁拼裝與右幅運(yùn)梁同步作業(yè)，極大地緩解了預(yù)制梁場(chǎng)存梁壓力，并最終順利完成了左、右幅鋼混疊合梁的拼裝施工。

圖8 右幅運(yùn)梁支架平臺(tái)

圖9 左幅拼裝支架

5 結(jié)束語(yǔ)

本文全面總結(jié)了一種鋼混疊合梁拼裝及運(yùn)梁通道兩用平臺(tái)支架的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方法，平臺(tái)支架安裝完成后運(yùn)輸預(yù)制T梁130余片，保障了關(guān)鍵線路上運(yùn)梁通道的暢通。運(yùn)梁任務(wù)完成后，通過(guò)提前設(shè)置的吊點(diǎn)和液壓千斤頂裝置，整體落架2.5 m，順利完成了運(yùn)梁平臺(tái)與拼裝平臺(tái)的轉(zhuǎn)換，并完成了60 m鋼混疊合梁的拼裝、焊接及橋面預(yù)制板安裝工作，對(duì)類似工程具有很好的參考意義。