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(huì)圓滿成功2002五公司技術(shù)交流會(huì)

渝懷線長壽長江大橋項(xiàng)目經(jīng)理部

2002五公司技術(shù)交流會(huì)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(dá)192米，位居國內(nèi)首位。同時(shí)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(tuán)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(jìn)的施工方案。本文簡要地介紹了該方案的相關(guān)要點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)研究

?！娟P(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(huì)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(diǎn)處設(shè)有下加勁桁，支點(diǎn)處加高。主桁弦桿在工廠制造時(shí)與節(jié)點(diǎn)板焊成整體，安裝時(shí)與相鄰弦桿在節(jié)點(diǎn)外用高強(qiáng)度螺栓拼接。主桁上下弦桿及中間支點(diǎn)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(jìn)行。鋼梁架設(shè)工期（含橋面系施工）僅一年。長壽長江特大橋?yàn)橛鍛丫€重點(diǎn)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(tuán)五公司承擔(dān)，七公司及橋機(jī)廠承擔(dān)鋼梁制造任務(wù)，施工監(jiān)測(cè)委托橋科院進(jìn)行。2002五公司技術(shù)交流會(huì)2．施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

橋位兩側(cè)施工場(chǎng)地狹窄，地形高差大，主橋鋼梁的進(jìn)場(chǎng)、預(yù)拼及存放較困難,施工場(chǎng)地難于布置。(2)第一孔鋼梁采用臨時(shí)支墩半伸臂拼裝，臨時(shí)支墩受力大（豎向設(shè)計(jì)荷載超過1000噸/桁），且離地面較高，其中3、4#臨時(shí)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(jì)難度大。同時(shí)，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(huì)長壽長江大橋鋼梁最大懸拼跨度達(dá)192米，為國內(nèi)第一，其架設(shè)施工主要有以下難點(diǎn):(3)架設(shè)第二孔鋼梁時(shí)，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(shí)施起來又幾乎不可能，借鑒蕪湖長江大橋的成功經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行架設(shè)，吊索塔架高達(dá)60米，吊索水平距離達(dá)108米，橫橋向跨度僅12米，索力達(dá)1350噸/桁，各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)均創(chuàng)國內(nèi)記錄，設(shè)計(jì)及施工難度大。2002五公司技術(shù)交流會(huì)（5）懸拼跨度達(dá)192米，梁端變形也大，計(jì)算撓度達(dá)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(duì)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(diǎn)處還設(shè)有加勁弦，節(jié)點(diǎn)交匯較多，部分桿件拼裝時(shí)需強(qiáng)行閉合，安裝困難。2002五公司技術(shù)交流會(huì)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(shí)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(jìn)行拼裝。首先在9#墩與11#臺(tái)之間搭設(shè)棧橋以便運(yùn)輸鋼梁，在9#墩與8#墩間拼裝4個(gè)臨時(shí)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(huì)附圖一：

2002五公司技術(shù)交流會(huì)圖3.2場(chǎng)地布置

南岸預(yù)拼場(chǎng)設(shè)置在懷化岸11#臺(tái)后，面積約6400m2左右，設(shè)置預(yù)拼臺(tái)座和存放臺(tái)座，預(yù)拼場(chǎng)配備40t龍門吊機(jī)2臺(tái)、汽車吊1臺(tái)。由于施工場(chǎng)地較小，僅能存放5孔鋼梁。鋼桁梁桿件由水運(yùn)至南岸（懷化岸）棧橋碼頭后，由CWQ50/16型碼頭吊機(jī)起吊，放置于下棧橋運(yùn)梁平車上，然后經(jīng)過直、曲線軌道運(yùn)至9#墩處鋼梁提升站下，再由提升站QLY50/16型吊機(jī)起吊至上棧橋運(yùn)梁平車上，再運(yùn)至預(yù)拼場(chǎng)預(yù)拼。鋼梁預(yù)拼好后，用運(yùn)梁平車通過上棧橋及鋼梁上運(yùn)梁道運(yùn)輸至架設(shè)點(diǎn)架設(shè)。具體布置見附圖一：鋼梁架設(shè)場(chǎng)地布置圖。鋼梁第1、2個(gè)節(jié)間利用9#墩處鋼梁提升站吊機(jī)安裝，然后在其上安裝另一臺(tái)可走行QLY50/16型架梁吊機(jī)進(jìn)行鋼梁拼裝。吊索塔架拼裝用ZSC5012型吊機(jī)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(huì)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(diǎn)，在施工過程中又輔以臨時(shí)支墩（單桁受力達(dá)1300t）、吊索塔架（塔高60m，索力達(dá)1350t/桁）、臨時(shí)后錨系統(tǒng)（拉力達(dá)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(duì)主體結(jié)構(gòu)鋼梁及上述輔助結(jié)構(gòu)實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)、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(huì)4.1.2施工監(jiān)控的內(nèi)容

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

本橋施工控制計(jì)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(jìn)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(shí)荷載等常規(guī)功能，并能自動(dòng)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(yùn)營階段的恒載內(nèi)力和支點(diǎn)反力、位移等。對(duì)斜拉索，程序自動(dòng)處理為軸向受力單元，并按Ernst公式對(duì)彈性橫量進(jìn)折減，以計(jì)入拉索幾何非線性的影響。計(jì)算時(shí)依照桿件截面特性，將全橋離散成274個(gè)單元，建立平面模型。按照施工順序的進(jìn)行，進(jìn)行前進(jìn)分析，計(jì)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(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，分析偏差產(chǎn)生的原因，修正計(jì)算參數(shù)，為下一階段的施工提出更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。2002五公司技術(shù)交流會(huì)4.1.4監(jiān)測(cè)方法鋼梁安裝桿件的應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用瑞士產(chǎn)的手持式應(yīng)變儀，每一測(cè)試斷面布置八個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中溫度補(bǔ)償兩測(cè)點(diǎn)，中性軸兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，上下緣對(duì)稱于中性軸布置四個(gè)測(cè)點(diǎn)。吊索塔架索力監(jiān)測(cè)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(dòng)激勵(lì)下的自振動(dòng)信號(hào)，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(cè)采用錨下安裝壓力環(huán)的方法，通過環(huán)行測(cè)力測(cè)力計(jì)獲取可靠的索力值。鋼梁安裝位移監(jiān)測(cè)和臨時(shí)支墩監(jiān)測(cè)均采用全站儀和水準(zhǔn)儀。鋼梁安裝主要監(jiān)測(cè)撓度、中線、水平位移等；臨時(shí)支墩監(jiān)測(cè)支架變形、下沉量等。2002五公司技術(shù)交流會(huì)4.2.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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

承受荷載大。其中3、4#支墩單桁設(shè)計(jì)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(dá)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(shí)周圍還有長壽區(qū)重點(diǎn)文物保護(hù)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(diǎn)反力大，需設(shè)置強(qiáng)大的分配梁體系才能將巨大的集中力均勻地傳到各個(gè)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(shí)支墩設(shè)計(jì)

2002五公司技術(shù)交流會(huì)4.2.2技術(shù)措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)情況及各臨時(shí)支墩的設(shè)計(jì)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(gè)支墩均采用擴(kuò)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(diǎn)高程，在3、4#支墩上每桁下還布置了4臺(tái)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(jì)出4個(gè)臨時(shí)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(huì)

長壽長江大橋架梁用吊索塔架是一臺(tái)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(xiàng)設(shè)計(jì)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(jì)

計(jì)算高度吊索距支點(diǎn)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(huì)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(diǎn)拉板；輔助結(jié)構(gòu)，即主、副萬能桿件系統(tǒng)和走行機(jī)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(qiáng)鋼絲（бb=1670MPa）91根，設(shè)計(jì)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(jì)算按斜拉索的長度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)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(diǎn)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(shí)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(jī)構(gòu)分4個(gè)支點(diǎn)，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(jì)值為25t，整臺(tái)吊索塔架走行重量按800t控制。

2002五公司技術(shù)交流會(huì)懸臂架設(shè)第二孔鋼梁時(shí)，在保證傾覆穩(wěn)定系數(shù)K=M穩(wěn)/M傾＞1.3的條件下，計(jì)算出后錨固索索力T=1000噸。經(jīng)過多次與設(shè)計(jì)院的研究、探討，確定后錨系統(tǒng)由二部分組成，一部分是對(duì)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(qiáng)鋼絲束。高強(qiáng)鋼絲束一端錨固于予埋在9#墩頂實(shí)體段內(nèi)的錨墊板上，另一端固定于鋼桁梁節(jié)點(diǎn)上。由于鋼絲束需穿過節(jié)點(diǎn)下支座，并且根據(jù)施工需要9#墩頂節(jié)點(diǎn)下支座必須為固定支座，為了不損壞正式支座，還