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橋梁架設(shè)——大型結(jié)構(gòu)遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù)

作者:金健 宋進(jìn)軍 王炳巖    
時(shí)間:2013-10-23 11:20:34 [收藏]
摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展,沿江河或?yàn)I江河、海的城市交通受江河海的影響日益突出,為了解決該類城市的交通問題,架設(shè)橋梁是首選途徑。本文以柳州市雙擁大橋鋼梁的架設(shè)為背景,闡述橋梁架設(shè)——大型鋼箱
    關(guān)鍵詞:大型結(jié)構(gòu)遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù)

    摘  要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展,沿江河或?yàn)I江河、海的城市交通受江河海的影響日益突出,為了

    解決該類城市的交通問題,架設(shè)橋梁是首選途徑。本文以柳州市雙擁大橋鋼梁的架設(shè)為背景,闡述

    橋梁架設(shè)——大型鋼箱梁多點(diǎn)遞進(jìn)柔性頂推技術(shù)。

    關(guān)鍵詞:橋梁架設(shè);遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù);雙塔單主纜懸索橋;鋼箱梁;柳州雙擁大橋 
     
     
    1. 概 述

    隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展,沿江河或?yàn)I江河、海的城市交通受江河海的影響日益突出,為了解決該類城市的交

    問題,架設(shè)橋梁是首選途徑。

    柳州雙擁大橋呈西北-東南走向,西(北)岸位于鷓鴣江舊碼頭,連接至北外環(huán)路;南東(南)岸位于下茅洲

    以北,連接至雙擁大道。該橋是連接柳北片區(qū)和河?xùn)|高新區(qū)的主要通道,對推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施總體規(guī)劃的實(shí)

    施、完善城市道路路網(wǎng)、拓 展城市空間、改善城市片區(qū)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)柳州大都市的戰(zhàn)略目標(biāo)具有十分重要的意

    義。大橋全長1938.091m,其中主橋橫跨柳江,為鋼箱梁單主纜地錨式雙A型塔懸索結(jié)構(gòu)。懸索距橋面最小距

    離為8m,主跨除靠近橋塔處5對吊索為雙面結(jié)構(gòu)外其余均為單索面結(jié)構(gòu)。主橋跨徑布置為(40+430+40)米,

    鋼梁采用扁平流線型鋼箱梁全焊結(jié)構(gòu)。

    鋼箱梁通過吊桿懸吊于懸索上及通過索塔橫梁支撐于索塔上,雙擁大橋主橋整體結(jié)構(gòu)立面圖如圖1.1、1.2所示。


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    圖1.1 雙擁大橋整體結(jié)構(gòu)立面、平面圖(大型結(jié)構(gòu)遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù))

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    圖1.2  柳州雙擁大橋主視圖

     

    鋼箱梁位于R25500m的豎曲線上,全寬38m,中心高3.5m,長508.58m,重9200噸,分成七類共53個(gè)

    節(jié)段梁段制造加工。單個(gè)節(jié)段最長10米,最重195噸。鋼箱梁截面見圖1.3。

     
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    圖1.3 雙擁大橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(大型結(jié)構(gòu)遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù))
     

    鋼塔為A型塔,塔柱為三角變曲面箱型結(jié)構(gòu)。索纜為單索纜,因此鋼箱梁的安裝架設(shè)采用纜索吊裝纜索吊

    機(jī)無處架設(shè),鋼梁起吊過程不能得到穩(wěn)定的控制。為了解決鋼梁架設(shè)難題,采取了多支點(diǎn)自平衡遞進(jìn)柔

    性頂推技術(shù)。

    2. 技術(shù)原理

    多支點(diǎn)自平衡遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù)是鋼箱梁架設(shè)時(shí),設(shè)置鋼箱梁節(jié)段拼接平臺、頂推臨時(shí)支墩(頂推臨時(shí)

    支墩之間設(shè)置水平約束鋼絞線相互約束),在頂推臨時(shí)支墩頂設(shè)置多點(diǎn)頂推系統(tǒng)和液壓滾輪復(fù)合糾偏系統(tǒng)

    進(jìn)行鋼箱梁頂推架設(shè)的施工技術(shù)。鋼箱梁按從北岸向南岸的梁段編號順序分輪次在節(jié)段拼接平臺上逐輪次

    拼接,遞進(jìn)頂推的施工技術(shù)。

    在頂推過程中,設(shè)置于臨時(shí)墩兩側(cè)防傾覆柱頂?shù)囊簤簼L輪糾偏系統(tǒng)對鋼箱梁的行進(jìn)方向進(jìn)行糾偏矯正。頂

    推臨時(shí)支墩布置見圖2.1。

    \ 
    圖2.1 頂推臨時(shí)支墩布置圖

    3. 系統(tǒng)組成
    3.1 支撐系統(tǒng)

    支撐系統(tǒng)為鉆孔混泥土錨固鋼管樁上接鋼管組合柱的臨時(shí)支墩,鉆孔混泥土錨固鋼管樁按頂推過程中支撐鋼箱

    梁的最大荷載和鋼箱梁前進(jìn)過程中給予墩頂摩擦力的反力及支墩之間的水平鋼絞線約束力之綜合作用工況進(jìn)行

    設(shè)計(jì)。鋼管組合柱之間設(shè)置頂推時(shí)能自平衡的鋼絞線水平約束索。

    3.2 滑道系統(tǒng)
     
     \
    圖3.1 頂推臨時(shí)支墩頂滑道系統(tǒng)(大型結(jié)構(gòu)遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù))
     

    頂推滑道設(shè)置于頂推臨時(shí)支墩頂,由分配梁、豎曲線調(diào)整用液壓千斤頂設(shè)備、滑道梁、滑道面、滑塊構(gòu)成。下滑

    道面為3mm厚不銹鋼板焊接于滑道梁頂面,上滑道面為四氟乙烯滑塊板面。滑塊的構(gòu)成為滑道面四氟乙烯,背滑

    道面橡膠。在頂推施工過程中,鋼箱梁底板壓在滑塊的背面,由于鋼箱梁與滑塊的摩擦系數(shù)(0.75)大于滑塊與

    下滑道面的摩擦系數(shù)(0.04),在受頂推系統(tǒng)牽引力的作用下,鋼箱梁帶著滑塊一起在下滑道面上往前滑動(dòng)以形

    成頂推。

    3.3 梁段拼接平臺

    鋼箱梁全長508.58m,共分成53個(gè)梁段加工制作,采用貝雷片架設(shè)的提升門架提升至梁段拼接平臺。拼接平臺立

    柱與頂推臨時(shí)支墩構(gòu)造相同,臺面比鋼箱梁架設(shè)高度低1.2m,采用630mm×8mm鋼管主梁,22號工字鋼次梁,

    4mm厚鋼板面板,長45m,寬40m,置于南岸主塔橫梁兩側(cè)。滿足每個(gè)拼接輪次拼接4~5段鋼箱梁(10m長節(jié)段

    4節(jié),7~9m長節(jié)段5節(jié))。

    3.4頂推系統(tǒng)
    頂推滑移設(shè)備選用ZLDK自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)。

    表3.1 連續(xù)頂推系統(tǒng)配置

    \


    圖3.2連續(xù)頂推千斤頂、頂推泵站和主控臺三者關(guān)系示意圖


    將頂推千斤頂、頂推泵站、豎向頂舉千斤頂、置于主墩及臨時(shí)墩墩頂,主控臺置于拼裝平臺上。拉錨器則安裝在

    鋼箱梁底部縱橫隔板交界處(需在鋼箱梁底部開孔并做局部加強(qiáng)),墩頂頂推結(jié)構(gòu)設(shè)置如圖3.3~3.4所示

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    圖3.3 頂推機(jī)構(gòu)整體布置圖(單墩)
    \ 
    圖3.4頂推機(jī)構(gòu)順橋向布置圖

    表二  ZLD100自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂技術(shù)性能表

    \

    頂推時(shí)主橋最大重量按照按9000t計(jì),擬將滑道梁制作成5015mm×1600mm×1095mm的結(jié)構(gòu),其下部

    的兩根墊梁則為5000mm×900mm×560mm,因此在每個(gè)墩上配置4臺300t頂舉千斤頂及2臺ZB10/32-4

    /800液壓泵站,每臺泵通過一個(gè)減壓閥控制2臺千斤頂,通過調(diào)整減壓閥的出口壓力可以限制千斤頂?shù)淖?

    大出力。豎向調(diào)節(jié)千斤頂安裝在滑道梁的正下方和墊梁上方,墊梁同時(shí)具有消散頂舉千斤頂集中力的作用

    ,墊梁和滑道梁順橋向沿頂推方向一端安裝限位以抵消順橋向的水平推力(按30t設(shè)計(jì))。

    由于鋼箱梁的剛度較小且豎曲線變化較大,因此在頂推過程中需要不斷地調(diào)整滑道的高度,避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)

    較大的應(yīng)力。當(dāng)需要對滑道梁進(jìn)行豎向調(diào)節(jié)時(shí),通過調(diào)整置于墊梁和滑道梁之間的YDG3000S立式液壓千

    斤頂?shù)幕钊谐虂碚{(diào)整結(jié)構(gòu)受力,當(dāng)調(diào)整范圍超過千斤頂行程時(shí)需通過增減千斤頂鋼支墩(高度分為5cm、

    10cm、15cm三種)數(shù)量來進(jìn)行分級分次調(diào)整。每輪頂推結(jié)束時(shí)需在滑道梁下方墊入臨時(shí)調(diào)整墊塊,然后

    千斤頂泄壓回程將負(fù)載從千斤頂轉(zhuǎn)移到墊塊上,避免千斤頂長時(shí)間受力。

    3.5 糾偏系統(tǒng)

    為保證鋼箱梁的就位精度,除在頂拉系統(tǒng)上采取措施外,而且在鋼箱梁縱、橫兩個(gè)方向上設(shè)置糾偏限位系統(tǒng),

    以保證鋼箱梁的就位精度。橫向方向上控制措施為:在鋼箱梁頂板上沿中線部分設(shè)置清晰的標(biāo)志,并設(shè)專人

    在引橋墩墩頂架設(shè)全站儀觀察鋼箱梁頂推過程中中線標(biāo)志,發(fā)現(xiàn)標(biāo)志和全站儀視線不在一線上,立即聯(lián)系頂

    推指揮人員進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整措施如下:

    1) .將主動(dòng)糾偏措施和被動(dòng)糾偏措施整合,滾軸放置在液壓千斤頂和鋼箱梁之間,在進(jìn)行糾偏時(shí),形成滾動(dòng)摩

    擦,使主動(dòng)糾偏能夠做到連續(xù)動(dòng)態(tài)糾偏,為勤糾偏奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),以確保鋼箱梁的就位精度。

    2) .在糾偏過程中只采用主動(dòng)糾偏措施進(jìn)行糾偏,連續(xù)作用千斤頂不做糾偏運(yùn)動(dòng),鋼箱梁偏位誤差控制在

    30mm,使梁體做蛇形運(yùn)動(dòng),保證軸線位置。

     

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    \

    圖3.5液壓滾輪復(fù)合糾偏系統(tǒng)


    4. 頂推過程的受力分析
    受力分析如下圖所示(以常見的雙滑道結(jié)構(gòu)為例)

    假設(shè)在某一時(shí)刻兩側(cè)滑道的動(dòng)摩擦力分別為\\ ;最大靜摩擦力分別為\ 和\;兩側(cè)的施加的頂

    推力分別為\\ ;結(jié)構(gòu)重心距兩滑道的距離為\\ 。

    當(dāng)\ 時(shí)因總頂推力\ 不大于總靜摩擦力\ ,所以結(jié)構(gòu)不動(dòng)。


    \ 

    圖3.5頂推受力圖


    當(dāng)\ 時(shí),對于右側(cè)摩擦副而言靜摩擦力 \迅速降為動(dòng)摩擦力\ ,產(chǎn)生力差(引起頂推過

    程結(jié)構(gòu)跳躍的成因)\ (而此力差所產(chǎn)生的負(fù)轉(zhuǎn)矩大到剛好抵

    消左側(cè)摩擦副產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)矩\ ;D為摩擦副的寬度),使結(jié)構(gòu)以左側(cè)滑道某點(diǎn)為軸心產(chǎn)生

    逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)力的平移定律,將\ 平移至左側(cè)頂推受力點(diǎn)對左側(cè)結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行分析

    則有:

      \

    \


    \

    由于此時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生瞬間的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),則左側(cè)的摩擦副雖未向前滑動(dòng),但也在轉(zhuǎn)動(dòng),因此左側(cè)的摩擦力也

    立即降為\ ,

    此刻只要滿足: \

    即 \
    結(jié)構(gòu)就能被頂推前移,則滑動(dòng)后結(jié)構(gòu)的合轉(zhuǎn)矩因此結(jié)構(gòu)滑動(dòng)后是順時(shí)針還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)是不確定的。
    通過以上對結(jié)構(gòu)滑動(dòng)前后狀態(tài)的分析可以得出以下結(jié)論:

    由于加工的差異、重量分配的差異、頂推設(shè)備施力的差異、環(huán)境對摩擦副的影響等諸多因素的存在,造成

    了頂推過程中結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)、偏轉(zhuǎn)、跳躍現(xiàn)象的發(fā)生。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)使得頂推時(shí)結(jié)構(gòu)處于一種或多種失控

    狀態(tài),因此必須采取措施加以限制或消除。

    由于本橋頂推結(jié)構(gòu)比較特殊的單滑道結(jié)構(gòu),即L=0,因此合轉(zhuǎn)矩為0即理論上鋼箱梁在頂推過程中不會(huì)發(fā)生

    偏轉(zhuǎn)。即使由于加工的差異、重量分配的差異出現(xiàn)重心偏移,其偏移量也在可控范圍內(nèi)甚至可以通過增加

    配重的方式人為的加以消除,因此可以做到鋼箱梁在頂推過程中不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

    5. 頂推過程

    鋼箱梁長508.58m,分成53個(gè)節(jié)段制造,12個(gè)拼接頂推輪次。其中第一輪次和第七輪次拼接頂推5節(jié)段,

    其余輪次均拼接頂推4個(gè)節(jié)段。具體為:從北岸第一個(gè)輪次吊上拼接平臺,將5個(gè)箱梁間的環(huán)形接頭焊縫

    拼焊完成,檢查合格后,啟動(dòng)頂推程序,將第一輪往前頂推上2號臨時(shí)支墩。然后吊第二拼接頂推輪次4

    個(gè)梁段上拼接頂推平臺,將第二輪節(jié)段相互之間以及與第一輪最后一個(gè)夾斷間的焊縫拼焊合格,再啟動(dòng)

    設(shè)于平臺及2號臨時(shí)墩的頂推設(shè)備將第一、第二輪梁段一起頂推上3號臨時(shí)支墩。依次操作,直至第12輪

    拼接完成,全橋頂推到位。頂推流程見圖5.1~5.3。

     

    \

    圖5.1導(dǎo)梁上頂推拼接平臺拼接

    \

    圖5.2第一頂推輪次鋼箱梁節(jié)段上拼接頂推平臺

    \

    圖5.3第十二輪鋼箱梁段上拼接頂推平臺


    6. 結(jié)

    柳州雙擁道橋頂推架設(shè)施工始于2010年11月,完成于2011年4月。架設(shè)施工使用了遞進(jìn)式柔性頂推技術(shù),工程

    架設(shè)質(zhì)量通過架設(shè)過程中的監(jiān)控量測得到了有效控制。在頂推施工過程中未發(fā)生任何安全事故。每個(gè)遞進(jìn)頂推

    輪次花費(fèi)時(shí)間為兩段拼焊8d,頂推作業(yè)3d,施工進(jìn)度得到了有效的保證。本技術(shù)在本鋼橋架設(shè)上得到了成功應(yīng)

    用,并取得了一定的經(jīng)驗(yàn),可以推廣應(yīng)用到更多的長大重結(jié)構(gòu)施工中。


    參考文獻(xiàn)
    [1].張曉東  橋梁頂推施工技術(shù) 《公路》2003年9月 第9期
    [2].鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50017-2003
    [3].程慧琳 曲線橋頂推施工技術(shù) 《鐵道建筑技術(shù)》2004年2月 第2期
    [4].劉業(yè)雄  公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)探討 《中國新技術(shù)新產(chǎn)品》2009年第9期
    [5].馬茂華 、張麗君 京山橋鋼箱梁頂推施工技術(shù) 《鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)》2008年第5期

    (中鐵四局集團(tuán)合肥中鐵鋼結(jié)構(gòu)有限公司,合肥 230023)
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