金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝關鍵技術研究

摘要：文章以金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝施工為例，通過節段預制、纜索吊裝、栓焊連接等工序，在施工過程中對吊具設計、格子梁分段設計及格子梁運輸設計等進行優化，有效解決了施工過程中出現的問題，實現了全橋鋼格子梁安全、精準、快速順利合龍。

關鍵詞：鋼格子梁；吊具優化；節段劃分；運輸；合龍

中圖分類號：U448.34 A 43 151 3

0 引言

隨著CFST拱橋的建造跨徑越來越大，鋼格子梁節段劃分的數量也越來越多，對鋼格子梁的吊裝要求也越來越高。鋼格子梁作為CFST拱橋橋面的主要承力構件，施工質量必須得到保證，每一道工序都必須嚴格按照設計及規范要求進行控制［1］。鋼格子梁的吊裝從加工制造階段就要考慮，節段劃分要合理，既要滿足吊裝施工過程的方便，又要滿足纜索系統的設計吊重要求；鋼格子梁的運輸也要做到前期場地規劃，才能保證將其從加工廠順利運輸到起吊場進行起吊。進行鋼格子梁吊裝前要進行仿真計算，模擬鋼格子梁的吊具受力、吊桿索力及線形，為鋼格子梁吊裝過程提供參考［2］。因此，在進行鋼格子梁吊裝時，不僅要提前謀劃節段的劃分和場地的規劃，而且還要運用仿真軟件對吊裝過程進行模擬來指導施工。本文以金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝為背景，對其吊裝工藝從格子梁節段劃分、吊具設計、運輸路線等方面進行優化設計，并詳細介紹了金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝關鍵技術。

1 工程概況

金釵紅水河特大橋為跨徑310 m的雙幅中承式鋼管混凝土拱橋，計算跨徑為280 m，矢跨比為1/4.48。橋面梁采用鋼格子梁的鋼-混凝土組合橋面板。橋面鋼格子梁由兩道主縱梁、三道次縱梁與吊索處的主橫梁及三道次橫梁組成。主橫梁順橋向設置與吊桿、拱座立柱、肋間橫梁及交界墩相對應，除端橫梁采用箱形截面外，其余均采用工字型截面。見圖1。

2 鋼格子梁吊裝關鍵技術研究

2.1 吊具設計及受力計算

鋼格子梁吊裝過程需要設計臨時吊耳與臨時吊具配合進行鋼格子梁吊裝，當吊具設計長度過長時，不僅會導致下料成本增加，還會增大吊具所受應力，擴大施工安全風險；吊具設計過短則會導致吊裝過程中起重鋼絲繩、下掛等與鋼管拱肋發生碰撞，劃傷拱肋漆面，甚至無法進行吊裝作業。

為解決吊具的長度與受力的問題，金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊具采用型鋼焊接加工制造，吊具長度根據拱肋寬度與鋼格子梁寬度進行設計，吊具與吊點通過螺栓連接，大大提高了吊具的可重復利用率，減少了鋼材的浪費。見圖2。

吊具除了要在長度上滿足要求外，在受力性能方面也應能滿足吊裝要求。金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊具受力計算采用Midas Fea軟件進行實體分析，網格劃分以六面體為主，四面體為過渡單元。鋼材材料為Q345C，荷載模擬通過提取Midas Civil吊點內力以節點耦合的方式施加在吊環上。吊具結構劃分單元數為67 319，節點數為20 091。見圖3。

采用Midas Civil軟件建立鋼格子梁標準段，模擬平移起吊過程，并提取吊點位置最大內力加于Midas Fea模型中對吊具進行受力分析，計算結果見圖4。

由圖4可知，鋼格子梁吊具最大范米塞斯應力為84.2 MPa，小于其材料屈服強度345 MPa，吊具的受力性能滿足規范要求［3］。

對吊具進行優化設計，在保證安全的前提下，最大限度地節約材料與加工成本，為今后鋼格子梁吊具的設計提供參考。

2.2 鋼格子梁節段劃分優化設計

中承式鋼管混凝土拱橋橋面鋼格子梁分為拱上寬度較窄的非標準段和拱下節段寬度較寬的標準節段，若將拱肋與格子梁相交處的變截面段進行整體吊裝，會出現吊點布置困難、吊桿安裝困難、拱肋橫撐阻礙吊點運行等施工問題。拱肋相交段鋼格子梁整體劃分見圖5。

為解決鋼格子梁變截面部位吊裝的問題，金釵紅水河特大橋創造性地將鋼格子梁變截面部分采取分離式吊裝的方法進行施工，通過與設計人員溝通，在滿足設計及規范的要求下，將鋼格子梁變截面段中的吊桿主橫梁作為自由段單獨劃分為一段，其余四根次橫梁單獨劃分為一段，見圖6、圖7。

單獨劃分后，各段可以進行單獨加工、單獨吊裝，降低了鋼格子梁變截面段吊裝的施工難度，吊裝過程可控，是解決鋼格子梁變截面梁吊裝施工困難的方法之一。

2.3 鋼格子梁運輸優化設計

受實際施工場地限制，鋼管混凝土拱橋鋼結構加工場與吊裝現場之間往往不能實現便捷運輸。在鋼格子梁出場運輸過程中，若對運輸方式、路線等的選擇不恰當，則會對鋼格子梁鋼結構造成較大擾動，使梁體產生一定的形變，最終導致鋼格子梁安裝精度降低，后期調整困難。

為解決鋼格子梁的運輸路線問題，金釵紅水河特大橋結合鋼結構加工場、起吊場與拱座基坑三者間的距離與高差，設計了兩階段鋼格子梁運輸方法。

（1）第一階段：拱上節段吊裝

在鋼結構加工場中采用200 t龍門吊將鋼格子梁節段安放至軌道平車上，將鋼格子梁沿軌道運輸至塔架前起吊場，實現鋼格子梁運輸，見圖8。

（2）第二階段：拱下節段吊裝

由于拱下節段需要在拱肋下方完成起吊，并且拱座基坑下方與鋼結構加工場間運輸路線坡度過大，難以采用遙控平車將鋼格子梁運輸至拱下節段起吊場起吊，本工程采取了將鋼格子梁吊運至拱座背后遙控旋轉平車上，再使用平車從拱座背后經過“U”型彎轉運鋼格子梁至拱肋下方起吊場，實現鋼格子梁運輸，見圖9。

通過鋼格子梁運輸方案兩階段設計，利用旋轉平車的便捷性，有效解決了拱上及拱下鋼格子梁的運輸問題，提高了鋼格子梁吊裝的效率，達到了縮短施工工期、節約時間成本的效果。

3 應用實踐

金釵紅水河特大橋將橋面格子梁劃分為6種節段類型，分別為：4個端頭段、4個拱肋相交段1、4個拱肋相交段2、4個自由段、36個標準段和2個合龍段，詳細參數見表1。

3.1 吊具的應用

拱上節段包括端頭段和拱肋相交段，直接在主縱梁上焊接吊耳進行鋼格子梁吊裝；拱下節段包括自由段、標準段、合龍段，在主橫梁Hz1兩端外側及次橫梁Hc1端部分別安裝最大吊重為60 t的吊具，吊具與鋼格子梁采用螺栓連接。

3.2 節段劃分應用

節段劃分主要是針對鋼格子梁與拱肋相交段而言，將原設計為整體的拱肋相交段劃分為拱肋相交段2和自由段，吊裝過程中先進行自由段的安裝再進行拱肋相交段2的安裝。

3.3 鋼格子梁運輸應用

在鋼管混凝土拱橋橋面鋼格子梁安裝施工中，減少鋼結構受擾動而發生形變一直是鋼格子梁安裝施工中的重難點問題，金釵紅水河特大橋采用兩階段運輸方法對拱上及拱下鋼格子梁進行運輸。

4 結語

金釵紅水河特大橋鋼格子梁吊裝關鍵技術主要對吊具優化設計、鋼格子梁分段優化設計、鋼格子梁運輸優化設計進行研究，并將優化設計應用于工程實際，取得了較好的效果，有效地解決了施工過程中遇到的問題。

（1）在金釵紅水河特大橋施工過程中通過Midas Civil軟件對吊具進行建模計算，對吊具受力性能進行驗證，通過將格子梁寬度與拱肋寬度進行精確對比，得出經濟性與安全性最優的吊具加工長度。金釵紅水河特大橋通過對吊具的優化設計，在保證安全性的前提下，最大限度節約材料與加工成本，并取得實際應用價值，為今后鋼格子梁吊具的設計提供參考。

（2）金釵紅水河特大橋項目創造性地將鋼格子梁變截面部分采取分離式吊裝的方法進行施工，通過與設計人員溝通，將變截面段中的吊桿主橫梁作為自由段與其余四根次橫梁分離開，進行單獨加工、單獨吊裝，降低了格子梁變截面段吊裝的施工難度，吊裝過程可控，解決了橋梁變截面梁吊裝施工問題。

（3）金釵紅水河特大橋通過鋼格子梁運輸方案兩階段設計，利用旋轉平車的便捷性，有效地解決了拱上及拱下鋼格子梁的運輸問題，提高了鋼格子梁吊裝的效率，達到了縮短施工工期、節約時間成本的效果。

參考文獻

［1］ 黃金文，林 峰，覃曉鳳，等.四川合江長江一橋整體鋼橋面格子梁安裝施工技術［J］.公路，2013（5）：28-34.

［2］周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］GB50017-2017，鋼結構設計標準［S］.

收稿日期：2022-12-20