斜拉橋梁底維修施工吊架的設(shè)計(jì)和安裝

張姣龍

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

0 引言

從20世紀(jì)70年代起，斜拉橋便開始在世界范圍內(nèi)應(yīng)用，經(jīng)過40多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一種較常見的橋型[1]。但經(jīng)過多年運(yùn)營，斜拉橋暴露的問題越來越多。由于前期設(shè)計(jì)未考慮到斜拉橋的管養(yǎng)期維護(hù)，使得橋梁很多病害區(qū)域不可達(dá)，維修加固困難。維修加固通常的做法是全橋封閉交通，最大限度地保證施工安全。然而，這種保護(hù)措施給市民出行和交通通暢帶來極大困擾，特別是對于那些處于交通咽喉部位的市政斜拉橋和高速公路斜拉橋，影響尤其明顯。因此，如何在確保維修加固過程中結(jié)構(gòu)本身安全的同時(shí)，盡可能維持交通通暢是備受關(guān)注的問題[2]。本文以某斜拉橋箱梁維修加固工程為背景，設(shè)計(jì)一種不影響橋面交通的吊架，通過建模對梁底吊架安全可靠性進(jìn)行驗(yàn)證分析；并闡述了梁底吊架的施工工藝、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和壓載實(shí)驗(yàn)等，為不中斷交通條件下斜拉橋梁底結(jié)構(gòu)的檢查維護(hù)維修工作提供參考。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某斜拉橋?yàn)殡p塔雙索面扇形密索體系斜拉橋，主橋主孔為塔、梁、墩固結(jié)，主梁采用雙主梁斷面，體系為對稱布置的“雙獨(dú)塔、雙索面、密索體系斜拉橋”橋型；主梁采用懸臂澆注施工，橋墩采用8根4m大直徑的實(shí)心樁基，斜拉索采用雙索面，密索布置。副孔采用50m跨連續(xù)梁，主副孔連續(xù)，主梁由4片單箱單室的箱梁組成。橋梁經(jīng)過多年的運(yùn)營，上錨頭有部分銹蝕，部分錨頭底部混凝土大面積脫落，部分上錨頭有積水也有銹蝕；部分減震器嚴(yán)重錯(cuò)位、箱梁裂縫銹蝕等病害。

1.2 梁底吊架概況

由于該橋邊跨無梁底桁車，在維修施工過程中，需利用梁底吊架對橋梁主孔及副孔進(jìn)行混凝土裂縫、缺陷的普查及處理。為保證施工質(zhì)量及施工便易性，根據(jù)某斜拉橋主梁的截面形式和尺寸，設(shè)計(jì)適用于主梁底板及腹板外部施工的梁底吊架[3]。在確保梁底吊架的承載能力和剛度的情況下，應(yīng)盡可能考慮行走方便、拆裝靈活、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用。梁底吊架設(shè)計(jì)根據(jù)材料、工藝及相關(guān)規(guī)范選取合適的安全系數(shù)，并進(jìn)行受力驗(yàn)算滿足承載力要求。

2 梁底吊架設(shè)計(jì)

2.1 梁底吊架設(shè)計(jì)

梁底吊架長32m，寬3m，高8.1m，采用Q235鋼材；梁底吊架由橋面行走結(jié)構(gòu)以及梁底U桁架兩部分組成，兩部分通過螺栓進(jìn)行連接；主梁采用角鋼L90×6，其它連接桿件采用角鋼L50×3。

2.2 荷載取值

（1）材料容許荷載。由于本梁底吊架主材為Q235鋼材，其容許應(yīng)力為：抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為125MPa。

（2）人群及機(jī)具荷載。根據(jù)該梁底吊架使用需求，考慮到斜拉索更換施工的需求，梁底吊架上人群及機(jī)具荷載為：橫橋向距邊1.2～6m為0.80t/m的均布荷載，跨中為0.20t/m的均布荷載，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)載荷設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)計(jì)算取1.2的安全系數(shù)。

（3）風(fēng)荷載。考慮6級風(fēng)荷載，查《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2017）和《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG∕T 3360-01-2018）得迎風(fēng)面桁架的風(fēng)載為：36.2N/m2。

2.3 荷載組合

（1）梁底吊架自重+人群機(jī)具荷載。

（2）梁底吊架自重+人群機(jī)具荷載+風(fēng)荷載。

2.4 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

本梁底吊架的計(jì)算及演算采用MIDAS/Civil2006軟件完成。在自重+恒載作用下，梁底吊架在跨中的豎向最大位移為：0.080m＜L/150，結(jié)構(gòu)變形如圖1所示。在自重+恒載作用下結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力為1.704×108N/m2=170.4MPa＜215MPa，最 大 壓 應(yīng) 力 為1.412×108N/m2=141.2MPa＜215MPa，如圖2所示。

圖1 自重+恒載作用下結(jié)構(gòu)變形圖

圖2 自重+恒載作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖

在自重+恒載+風(fēng)載作用下，梁底吊架在跨中的豎向最大位移為0.080m＜L/150；結(jié)構(gòu)變形分別如圖3和圖4所示。在自重+恒載+風(fēng)載作用下結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力為1.705×108N/m2=170.5MPa＜215MPa，最 大 壓 應(yīng) 力 為1.769×108N/m2=176.9MPa＜215MPa，如圖5所示。

圖3 自重+恒載+風(fēng)載作用下結(jié)構(gòu)變形立面圖

圖4 自重+恒載+風(fēng)載作用下結(jié)構(gòu)變形側(cè)面圖

圖5 自重+恒載+風(fēng)載作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖

由圖3～圖5可知，該梁底吊架在設(shè)計(jì)荷載作用下是安全可靠的。

2.5 設(shè)計(jì)結(jié)論

（1）計(jì)算選擇了2種最不利荷載組合進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算應(yīng)力組合值均小于所使用材料的允許應(yīng)力值，表明梁底吊架設(shè)計(jì)是合理可行的；

（2）對關(guān)鍵部位焊縫進(jìn)行驗(yàn)算，均滿足規(guī)范要求；

（3）風(fēng)力大于6級時(shí)停止施工。

3 梁底吊架施工

梁底吊架的制作安裝要嚴(yán)格按照圖紙及《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 81）規(guī)定的焊縫要求進(jìn)行焊接[4]。梁底吊架制作完成通過驗(yàn)收后方能進(jìn)行安裝。其安裝位置均布置在斜拉索尾索區(qū)、邊支點(diǎn)內(nèi)，見圖6所示。

圖6 梁底吊架位置布置圖

3.1 梁底吊架安裝方案

首先需要運(yùn)輸車把桁片運(yùn)輸?shù)綐蛎嫔习惭b位置，吊車停靠在運(yùn)輸車旁，在停車后方布置反光錐，引導(dǎo)車輛通行，反光錐布設(shè)長度為40m，占道寬度為6.5m；再由25T汽車吊把桁片下放到橋下后，在橋下拼裝桁架；在橋面上安裝桁架上部結(jié)構(gòu)，在桁架最外側(cè)安裝臨時(shí)施工平臺；橋面上兩臺25T汽車吊同時(shí)起吊橋面下拼裝好的下部桁架，兩側(cè)橋面封閉長度為50m，封閉區(qū)域最大寬度為兩側(cè)各6.5m，橋面上車輛通行通道見圖7。

圖7 施工梁底吊架吊裝橋面交通布控圖

之后再利用安裝施工平臺把上下兩部分桁架組裝在一起，完成安裝。在桁架行走輪下鋪設(shè)20#槽鋼，將梁底吊架力均勻分配在人行道板上。梁底吊架安裝完成后，首先進(jìn)行自檢，然后項(xiàng)目部質(zhì)檢部、安全部進(jìn)行驗(yàn)收，對驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)不滿足設(shè)計(jì)及使用要求的部位及時(shí)進(jìn)行整改加固，項(xiàng)目部檢驗(yàn)完成后報(bào)監(jiān)理抽檢，驗(yàn)收合格后方能投入使用。當(dāng)梁底吊架安裝滿足或符合以上全部驗(yàn)收程序時(shí)，該梁底吊架才能通過驗(yàn)收，投入使用[5]。

3.2 梁底吊架壓載實(shí)驗(yàn)

為保證梁底吊架上施工人員的安全，檢驗(yàn)吊架設(shè)計(jì)、制作、安裝的質(zhì)量效果，吊架安裝驗(yàn)收完畢后將對吊架進(jìn)行壓載實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)程序如下：

（1）梁底吊架安裝完成通過驗(yàn)收后方可進(jìn)行壓載實(shí)驗(yàn)；

（2）梁底吊架正中間作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域。實(shí)驗(yàn)前測量并記錄實(shí)驗(yàn)位置梁底吊架與主梁底部的距離；檢查并記錄梁底吊架關(guān)鍵位置焊縫狀態(tài)、行走腳輪與地面接觸狀態(tài)[6]；

（3）壓載實(shí)驗(yàn)載荷為梁底吊架長度方向上0.20t/m。載荷施加位置為梁底吊架中部長3m，寬1m的區(qū)域，共施加載荷200kg，載荷持續(xù)時(shí)間48h。

（4）測量并記錄實(shí)驗(yàn)加載位置梁底吊架結(jié)構(gòu)與主梁底部的距離，梁底吊架結(jié)構(gòu)變形情況，焊縫是否出現(xiàn)裂紋，腳輪接觸部位是否出現(xiàn)異常。

壓載試驗(yàn)最大撓度理論上為79cm，實(shí)測最大撓度為68cm，小于理論計(jì)算值，故該結(jié)構(gòu)安全可靠。

4 結(jié)束語

本文為便于對某斜拉橋的主梁梁底結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行檢查和修補(bǔ)，根據(jù)某斜拉橋主梁的截面形式和尺寸，設(shè)計(jì)一種行走方便、拆裝靈活、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的梁底吊架。分析認(rèn)為：

（1）梁底吊架設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求，受力驗(yàn)算結(jié)果表明梁底吊架的設(shè)計(jì)安全可靠，其支反力、應(yīng)力、剛度和穩(wěn)定性均滿足要求[7]。

（2）梁底吊架安裝完成后不影響橋面正常通行，且行走方便、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用，另外梁底吊架所有構(gòu)件均可以在后場加工成型，現(xiàn)場安裝安全快捷。

（3）隨著我國第一批大規(guī)模建設(shè)的橋梁使用時(shí)間達(dá)到一定年限，越來越多的橋梁需要進(jìn)行維修，因此梁底吊架將在未來一段時(shí)間會大量運(yùn)用于橋梁維修。本項(xiàng)目的順利實(shí)施為今后類似的工程項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有積極的實(shí)踐意義。