長壽長江大橋鋼梁架設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)研究論文幻燈片

預(yù)祝我公司第2002年度技術(shù)交流會圓滿成功2002五公司技術(shù)交流會

渝懷線長壽長江大橋項目經(jīng)理部

2002五公司技術(shù)交流會長壽長江大橋鋼梁架設(shè)方案及關(guān)鍵技術(shù)研究發(fā)表人：李德坤

【摘要】長壽長江大橋鋼梁懸拼跨度達192米，位居國內(nèi)首位。同時由于地形等因素的影響，使得施工困難很大。中鐵大橋局集團五公司積極開展科技攻關(guān)，解決了一系列的關(guān)鍵技術(shù)問題，制訂了一套先進的施工方案。本文簡要地介紹了該方案的相關(guān)要點及關(guān)鍵技術(shù)研究

。【關(guān)鍵詞】鋼梁架設(shè)方案國內(nèi)首位困難科技攻關(guān)

2002五公司技術(shù)交流會1、工程概述

長壽長江特大橋是新建鐵路渝懷線上跨越長江的一座特大橋，位于長壽縣境內(nèi)，中心里程為DK89+623，橋跨布置為2x24m+3×32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁+(144+2×192+144)m下承式連續(xù)鋼梁+2×32m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁。橋梁全長898.36m，位于曲線及直線平坡上，橋高95m，按復(fù)線要求一次建成。鋼梁主桁桁式采用有豎桿三角形桁式，桁高18m，桁寬12m，節(jié)間長度12m，在中間支點處設(shè)有下加勁桁，支點處加高。主桁弦桿在工廠制造時與節(jié)點板焊成整體，安裝時與相鄰弦桿在節(jié)點外用高強度螺栓拼接。主桁上下弦桿及中間支點加勁弦桿均采用箱形截面。斜桿根據(jù)受力需要分為箱形截面及H型截面兩種情況。豎桿主要為H型截面。鋼梁架設(shè)采用從南岸（懷化岸）9#墩往北岸5#墩方向單頭架設(shè)的方案進行。鋼梁架設(shè)工期（含橋面系施工）僅一年。長壽長江特大橋為渝懷線重點控制工程，工期緊,技術(shù)復(fù)雜,關(guān)系到全線鋪架總工期。全橋施工由中鐵大橋局集團五公司承擔(dān)，七公司及橋機廠承擔(dān)鋼梁制造任務(wù)，施工監(jiān)測委托橋科院進行。2002五公司技術(shù)交流會2．施工特點及難點

橋位兩側(cè)施工場地狹窄，地形高差大，主橋鋼梁的進場、預(yù)拼及存放較困難,施工場地難于布置。(2)第一孔鋼梁采用臨時支墩半伸臂拼裝，臨時支墩受力大（豎向設(shè)計荷載超過1000噸/桁），且離地面較高，其中3、4#臨時支墩總高超過60米，自由長度大，還存在抗洪問題,規(guī)模龐大，設(shè)計難度大。同時，由于地形陡峭、高差大，更增加了支墩的施工難度；

2002五公司技術(shù)交流會長壽長江大橋鋼梁最大懸拼跨度達192米，為國內(nèi)第一，其架設(shè)施工主要有以下難點:(3)架設(shè)第二孔鋼梁時，為保證抗傾覆系數(shù)，需在9#墩后方拼裝60米平衡梁。由于南岸無條件設(shè)置平衡梁，如此龐大的壓重量實施起來又幾乎不可能，借鑒蕪湖長江大橋的成功經(jīng)驗，采用了后錨系統(tǒng)來代替壓重這一新工藝，是全橋鋼梁安全架設(shè)的“生命線”，施工需嚴(yán)格保證其施工質(zhì)量。（4）第2、3孔鋼梁需輔以單層吊索塔架進行架設(shè)，吊索塔架高達60米，吊索水平距離達108米，橫橋向跨度僅12米，索力達1350噸/桁，各項設(shè)計參數(shù)均創(chuàng)國內(nèi)記錄，設(shè)計及施工難度大。2002五公司技術(shù)交流會（5）懸拼跨度達192米，梁端變形也大，計算撓度達2.5米，給墩頂布置及頂落梁施工帶來了困難。由于寬跨比小，對鋼梁架設(shè)的橫向穩(wěn)定也帶來了不利影響。（6）主桁桁式為帶豎桿三角形，在支點處還設(shè)有加勁弦，節(jié)點交匯較多，部分桿件拼裝時需強行閉合，安裝困難。2002五公司技術(shù)交流會3.1鋼梁架設(shè)方案

3．施工方案及總體布置

第一孔鋼梁采用臨時支墩半伸臂拼裝，從第二孔鋼梁開始，采用全伸臂拼裝，其中二、三孔鋼梁由于跨度較大(192米），需借助單層吊索塔架輔助進行拼裝。首先在9#墩與11#臺之間搭設(shè)棧橋以便運輸鋼梁，在9#墩與8#墩間拼裝4個臨時支墩在膺架上拼裝及半懸臂拼裝安裝架設(shè)144m跨鋼梁（第一孔），再將單層吊索塔架移至8#墩頂處，懸臂安裝7#與8#墩之間192m跨鋼梁（需設(shè)置預(yù)應(yīng)力后錨裝置）。接著將單層吊索塔架移至7#墩頂處，懸臂拼裝7#與6#墩之間192m跨鋼梁，然后懸臂拼裝6#與5#墩之間144m跨鋼梁（不使用吊索塔架），吊索塔架退至9#墩附近拆除。2002五公司技術(shù)交流會附圖一：

2002五公司技術(shù)交流會圖3.2場地布置

南岸預(yù)拼場設(shè)置在懷化岸11#臺后，面積約6400m2左右，設(shè)置預(yù)拼臺座和存放臺座，預(yù)拼場配備40t龍門吊機2臺、汽車吊1臺。由于施工場地較小，僅能存放5孔鋼梁。鋼桁梁桿件由水運至南岸（懷化岸）棧橋碼頭后，由CWQ50/16型碼頭吊機起吊，放置于下棧橋運梁平車上，然后經(jīng)過直、曲線軌道運至9#墩處鋼梁提升站下，再由提升站QLY50/16型吊機起吊至上棧橋運梁平車上，再運至預(yù)拼場預(yù)拼。鋼梁預(yù)拼好后，用運梁平車通過上棧橋及鋼梁上運梁道運輸至架設(shè)點架設(shè)。具體布置見附圖一：鋼梁架設(shè)場地布置圖。鋼梁第1、2個節(jié)間利用9#墩處鋼梁提升站吊機安裝，然后在其上安裝另一臺可走行QLY50/16型架梁吊機進行鋼梁拼裝。吊索塔架拼裝用ZSC5012型吊機完成。具體布置見附圖二：鋼梁安裝橋上主要大型設(shè)備布置圖。2002五公司技術(shù)交流會4．關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1施工監(jiān)控

4.1.1施工監(jiān)控的必要性

主橋鋼梁具有懸拼跨度大，寬跨比小，安裝應(yīng)力水平高，撓度大等特點，在施工過程中又輔以臨時支墩（單桁受力達1300t）、吊索塔架（塔高60m，索力達1350t/桁）、臨時后錨系統(tǒng)（拉力達1000t/桁）等關(guān)鍵設(shè)備，構(gòu)成了全橋鋼梁架設(shè)的三條生命線,另外鋼梁安裝產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力直接影響到成橋后結(jié)構(gòu)受力。為了安全、優(yōu)質(zhì)地架設(shè)鋼梁，非常有必要在施工過程中對主體結(jié)構(gòu)鋼梁及上述輔助結(jié)構(gòu)實施有效的監(jiān)測、控制，掌握其在拼裝過程中的使用情況及安全度，確保萬無一失。

2002五公司技術(shù)交流會4.1.2施工監(jiān)控的內(nèi)容

(1)施工控制計算；(2)鋼梁桿件應(yīng)力測試；(3)位移測量；(4)后錨索索力測試；(5)吊索塔架索力測試；(6)臨時支墩監(jiān)測。2002五公司技術(shù)交流會4.1.3施工控制計算

本橋施工控制計算利用西南交大編制的“橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)”（簡稱BSAS）程序進行。程序具備考慮結(jié)構(gòu)自重、公鐵路活載、溫度變化、支座位移、施工臨時荷載等常規(guī)功能，并能自動生成結(jié)構(gòu)簡圖及恒載內(nèi)力、位移圖，輸出各施工階段和運營階段的恒載內(nèi)力和支點反力、位移等。對斜拉索，程序自動處理為軸向受力單元，并按Ernst公式對彈性橫量進折減，以計入拉索幾何非線性的影響。計算時依照桿件截面特性，將全橋離散成274個單元，建立平面模型。按照施工順序的進行，進行前進分析，計算出每一階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)（幾何狀態(tài)、內(nèi)力狀態(tài)），并與實測值進行比較，分析偏差產(chǎn)生的原因，修正計算參數(shù)，為下一階段的施工提出更為準(zhǔn)確的計算結(jié)果。2002五公司技術(shù)交流會4.1.4監(jiān)測方法鋼梁安裝桿件的應(yīng)力監(jiān)測采用瑞士產(chǎn)的手持式應(yīng)變儀，每一測試斷面布置八個測點，其中溫度補償兩測點，中性軸兩個測點，上下緣對稱于中性軸布置四個測點。吊索塔架索力監(jiān)測采用頻譜分析法，利用緊固在纜索上的高靈敏度傳感器，拾取索在環(huán)境振動激勵下的自振動信號，經(jīng)過濾波、放大、譜分析，得出纜索的自振頻率，根據(jù)自振頻率與索力的關(guān)系，確定索力。后錨索力監(jiān)測采用錨下安裝壓力環(huán)的方法，通過環(huán)行測力測力計獲取可靠的索力值。鋼梁安裝位移監(jiān)測和臨時支墩監(jiān)測均采用全站儀和水準(zhǔn)儀。鋼梁安裝主要監(jiān)測撓度、中線、水平位移等；臨時支墩監(jiān)測支架變形、下沉量等。2002五公司技術(shù)交流會4.2.1設(shè)計特點

本橋臨時支墩規(guī)模龐大，國內(nèi)罕見。其設(shè)計主要有以下特點:(1)

承受荷載大。其中3、4#支墩單桁設(shè)計反力均超過1000t；(2)

自由度高。3、4#支墩總高度均超過60米，穩(wěn)定問題十分突出；(3)

同一支墩上、下游側(cè)支腿高低不一，受力不均。最大高差達10米；(4)施工難度大。1、2、3#支墩基礎(chǔ)位于陡坡上，如果采用爆破法施工將損壞巖石的整體性,同時周圍還有長壽區(qū)重點文物保護建筑-龍王廟和民房，因此嚴(yán)禁放炮,僅能人工開挖，工作量巨大。(5)

支墩頂部布置復(fù)雜。由于支點反力大，需設(shè)置強大的分配梁體系才能將巨大的集中力均勻地傳到各個柱腳上。此外還要考慮起頂千斤頂?shù)牟贾茫?#支墩位于水中，存在抗洪問題。4.2大型臨時支墩設(shè)計

2002五公司技術(shù)交流會4.2.2技術(shù)措施

根據(jù)現(xiàn)場實際地形地質(zhì)情況及各臨時支墩的設(shè)計反力，除3#支墩采用挖孔樁基礎(chǔ)、支架為鋼管柱外，其余3個支墩均采用擴大基礎(chǔ)、萬能桿件支架。1＃、2＃、3＃支墩之間設(shè)2道萬能桿件平聯(lián)。支架頂均設(shè)有分配梁、鋼墊塊等，為了調(diào)節(jié)鋼梁架設(shè)過程中的節(jié)點高程，在3、4#支墩上每桁下還布置了4臺500噸千斤頂。本橋采用萬能桿件及鋼管柱兩種常備構(gòu)件作材料，因地制宜，設(shè)計出4個臨時支墩。既滿足了受力要求，又利于安裝及拆除，減小了投入，創(chuàng)造了一定的效益。2002五公司技術(shù)交流會

長壽長江大橋架梁用吊索塔架是一臺龐大的專用設(shè)備，它受力大、精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。塔架各項設(shè)計參數(shù)均創(chuàng)國內(nèi)之最,主要技術(shù)指標(biāo)如下:

4.3吊索塔架設(shè)計

計算高度吊索距支點水平距離吊索索力吊索傾角吊索初張力橫橋向跨度順橋向跨度60米108米1350噸/桁29.055o650噸/桁12米17.6米2002五公司技術(shù)交流會吊索塔架高60m，為鋼梁跨度192m的1/3.2，與斜拉橋相比高度較大。吊索塔架由三部分組成：主結(jié)構(gòu)，即中心立柱、支承座及墊座；張拉系統(tǒng)，即吊索、錨箱、塔頂拉板、鋼梁節(jié)點拉板；輔助結(jié)構(gòu)，即主、副萬能桿件系統(tǒng)和走行機構(gòu)。中心立柱的橫截面為6根焊接H形鋼及連接綴桿組成的格構(gòu)式壓桿，綴桿采用萬能桿件。主結(jié)構(gòu)各部分之間均采用精制螺栓連接，萬能桿件部分采用粗制螺栓連接。吊索塔架共用了4組拉纜：前方2組和后方2組。每組拉纜受力為1350t，由6根吊索組成。每根吊索均含φ7高強鋼絲（бb=1670MPa）91根，設(shè)計索力225t。吊索采用PESM7-91型冷鑄錨具，吊索兩端均為該型的張拉端錨具。吊索索長計算按斜拉索的長度計算公式進行計算，需考慮拉索彈性伸長、垂曲及鋼梁架設(shè)坡度、撓度等因素的影響。吊索上端通過上錨箱與塔頂頂部拉板銷接,下端通過下錨箱與鋼梁節(jié)點拉板銷接。萬能桿件系統(tǒng)與中心立柱連接組成完整的吊索塔架結(jié)構(gòu)，同時也與走行結(jié)構(gòu)結(jié)合，成為可走行的吊索塔架結(jié)構(gòu)。走行機構(gòu)分4個支點，由車輪、輪箱、分配梁和主梁四部分組成，為套箱結(jié)構(gòu)，車輪直徑700mm，輪壓設(shè)計值為25t，整臺吊索塔架走行重量按800t控制。

2002五公司技術(shù)交流會懸臂架設(shè)第二孔鋼梁時，在保證傾覆穩(wěn)定系數(shù)K=M穩(wěn)/M傾＞1.3的條件下，計算出后錨固索索力T=1000噸。經(jīng)過多次與設(shè)計院的研究、探討，確定后錨系統(tǒng)由二部分組成，一部分是對墩身施加預(yù)壓力的4束19φ15.72鋼絞線束，另一部分是用來錨固鋼桁梁的8束84φ7高強鋼絲束。高強鋼絲束一端錨固于予埋在9#墩頂實體段內(nèi)的錨墊板上，另一端固定于鋼桁梁節(jié)點上。由于鋼絲束需穿過節(jié)點下支座，并且根據(jù)施工需要9#墩頂節(jié)點下支座必須為固定支座，為了不損壞正式支座，還