大跨度连续钢桁架拱桥半悬臂拼装临时墩合理标高计算.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年1月 第1期 JAN 2013 No．1 1钢桥梁节段拼装方法 随着我国钢桥技术的发展，整体节点栓焊连接 技术在钢桁梁桥中占据着绝对主导地位。 目前我国 普遍采用的栓焊钢梁是在工厂分别预制节点板、焊 接杆件及其它部件，通过预拼验收合格后运到工地， 用高强度螺栓连接拼装。 钢桁拱桥的现场主要安装 方法有满布临时支架，浮吊架设，整孔提升法，斜拉 扣挂施工，利用吊机从两岸的端部分别向主跨跨中 单向悬臂拼装至跨中合拢和从中支点向两侧对称悬 拼至跨中合拢等。 按在桥上拼装杆件的形式分为单 根杆件逐步安装和整节段吊装，前者是一种较传统 的方法，由于较整节段吊装而言，所需辅助设备吊装 能力较小，适用各种跨度桥梁，是我国现阶段较常用 的一种方法，朝天门长江大桥、东莞东江大桥和南京 大胜关长江大桥等均采用该法进行拼装。 对于大跨度连续钢桁拱组合结构桥梁，往往先 采用临时支架法配合拼装边跨，然后将其作为主跨的 平衡梁继续施工。 此时，对于高支架临时墩标高的合 理设置对大桥顺利施工具有重要的作用， 若设置过 高，则将导致拼装钢梁空间不足，若设置过低则需要 太多的抄垫板，施工过程中受风荷载等影响，将影响 结构的稳定性。 然而，由于临时支墩是临时结构，很 少受到专家学者的重视， 因而较系统地研究临时墩 高程的合理设置具有重要的工程意义。 2临时墩标高确定 临时墩标高的确定原则，一是要满足架设要求， 二是要满足拆除要求。因而，采用半悬臂拼装法架设 钢桁梁时， 临时墩高程的设置与大桥的架设线形直 接相关， 需要考虑架设时的挠度及边跨施工完后脱 空的挠度、 无应力状态时的钢梁线形 （即厂制预拱 度）和整个临时墩的受力变形。 2.1钢桁梁拼装 在支架上拼装钢梁时，除保证支架有足够的承载 力和预留压缩下沉量外，还应特别注意钢梁的拼装拱 大跨度连续钢桁架拱桥半悬臂拼装临时墩合理标高计算 胡广周谭庆波 （中交四航局第二工程有限公司广州510600） 摘要当大跨度连续钢桁架拱桥采用支架法施工时，其临时支墩标高的合理设定对大桥的拼装线形和安全顺利拼装具有 重要影响。 本文结合钢桁梁桥的制造线形和架设过程中的钢梁线形变化，较系统地研究了临时墩的标高计算，推导了实用的计 算公式，并将该法应用于某大跨度钢桁梁柔性拱组合结构桥梁，由现场拼装和拆除结果表明本文考虑预留50mm的设置方法， 能更方便临时墩拆除，同时验证了本文方法的合理性和可靠性，从而为类似桥梁施工计算提供借鉴。 关键词钢桁梁； 半悬臂； 临时墩； 标高 The Calculation of Temporary Pier Elevation of Long-span Steel Trussed Arch Bridges with Semi-cantilever Hu GuangzhouTan Qingbo （The 2nd Engineering Company of CCCC 4th Harbor Engineering Co.，Ltd.Guangzhou 510600，China） AbstractThe temporary pier elevation has significant influence on construction line and safety of long-span steel trussed arch bridges with semi-cantilever. The temporary pier elevation was studied systematically by the paper, and the practical function was deduced. Then， the calculation was applied to one long-span steel trussed arch bridge. The obtained result presents that 50mm preserving consid- ered by the paper is reasonable and reliable，which can provide convenience for removing the temporary pier. Keywordssteel truss girder；semi-cantilever；temporary pier；elevation 本课题为铁道部科技研究开发计划课题（2010G004-A）。 48 胡广周等 大跨度连续钢桁架拱桥半悬臂拼装临时墩合理标高计算JAN 2013No．12013年1月第1期 度曲线。架设钢梁杆件一般由下而上，先下平面，后立 面，要尽快形成闭合稳定的结构体系，然后安装上平 面，先装杆件不得妨碍后装杆件，上下游体系两桁对 称架设，避免偏载。 在拼装主桁前一节间时在自由 状态下进行，即下弦杆前端拼至前一支架的支点时， 不得受力，与支架支点保持2～3cm间隙，主桁杆件 闭合，节点高强度螺栓100终拧后，下弦杆前端节 点底面与支架支点垫块之间才能用钢板垫实。 该节 间高栓全部终拧后，再拼装下一节间。 2.2无应力线形 TB 1002.2-2005铁路桥梁钢结构设计规范规 定桥跨结构应预设上拱度，上拱度曲线应与恒载和 半个静活载产生的挠度曲线形状基本相同，即 f fp fk2⑴ 式中f的反向即为理论计算预拱度；fp、fk分别为 恒、活载挠度。 钢桁梁桥的预拱度值与上式计算结 果相反。 铁路列车竖向静活载采用我国铁路标准活 载，即“中-活载”。 实际制造预拱度还得兼顾杆件伸 缩的统一性，将可能与理论预拱度略有不同，实际厂 制预拱度才是大桥的无应力线形。 2.3钢桁梁挠度 临时支墩的预留空间（抄垫部分高度）需要考虑 钢梁拼装过程中的挠度和腾空后的挠度，以方便拼 装钢梁和拆除临时支墩。 其中简临支钢桁梁的跨中 挠度可用结构力学方法计算 g∑N1N0l（EA）⑵ 式中g为钢梁挠度；N1为单位集中荷载作用在跨中 时使各杆件产生的内力；N0为沿全跨有10kN m的 均布荷载时， 使各杆件产生的内力；l、A分别为桁架 各杆件的长度和毛截面积；E为钢材的弹性模量。 在 实际工程计算中，由于结构一般较为复杂，施工过程 和成桥计算借用有限元软件MIDAS或ANSYS，往 往能够得到更加精确的结果。 2.4临时墩高程计算 由大桥的制造无应力线形和钢梁挠 度可以得到临时墩的理论高程为 H f0gmax△h⑶ 式中H为临时墩标高；f0为按照制造线 形计算得到的钢梁梁底标高（厂制预拱度 值）；gmax为钢梁架设过程中和折除临时 墩时的较大挠度；△h为方便临时墩的预 留高度，凭笔者经验取50mm较为合理。 3计算结果与分析 3.1工程概述 拟建厦门至深圳客运专线榕江特大桥， 全长 7686m，主桥为110m2220m110m下承式等高连续 刚性梁柔性拱，全长662m,在同类桥型中为国内最 大跨度。 钢桁梁采用带竖杆N型三角桁架，节间长 度11m，其中边跨10个节间，桁高15m、桁宽15m， 斜腹杆倾角53.7；柔性拱肋按二次抛物线布置，矢高 （上弦以上）44.0m，矢跨比1 5。结构主要由主桁及拱 肋、钢桥面系、纵向联结系、桥门架及横联等组成。设 计总重量约16000t，单根杆件最大重量约60t。 主桥 主桁结构分布及主桥设计效果分别如图1～2所示。 本桥施工采用临时支墩配合全回转架梁起重机 对称拼装方案。其中边跨采用半悬臂拼装法施工，共 设有5组临时支墩，其中a～c临时墩分别位于下弦 E1～E3节点处，d、e临时墩分别位于下弦E5、E8节 点处。 前面3个节间利用塔吊拼装，然后在拼装完的 钢梁上进行回转吊机的安装， 剩下的节间通过回转 图1榕江特大桥主桥主桁结构分布图 1011m110m 15m 44m 2011m220m 15m15m 对 称 中 心 图2主桥效果图 图3主梁总体施工示意图 abcde 輪輷訛 輫輮訛輫輯訛輫輰訛輫輱訛輫輲訛 輫輳訛 cba ed f f 图4厂设预拱度 33.7 0.0 57.2 70.4 73.3 66.0 48.4 30.8 16.1 8.8 8.8 23.5 45.5 70.4 95.3 120.3 145.2 170.1 192.1 206.8 214.1 206.8 192.1 170.1 145.2 120.3 95.3 70.4 45.5 23.5 8.8 E0E1E2E3E4E5E6E7E8E9E10 E11 E12 E13 E14 E15 E16 E17 E18 E19 E20 E21 E22 E23 E24 E25 E26 E27 E28 E29 E30 49 图7挠度分布计算结果 图6边跨下弦节点中心的相对架设线形 节点号 节点中心相对标高mm E0E1E2E3E4E5E6E7E8E9 -150 -100 -50 0 50 100 图5施工阶段计算模型 广东土木与建筑JAN 2013No．12013年1月第1期 吊机逐个拼装。 主梁总体施工方案如图3，桥体下弦 厂制预拱值如图4。 3.2拼装线形计算 采用有限元软件MIDAS CIVIL能比较方便地 模拟桥梁施工进程。 以北岸上游墩角处为原点，沿 桥向为X轴，横桥向为Y轴，竖向为Z轴；桁架杆件 和临时支架均以梁单元模拟；加劲桥面板单元按面 积等效计算面内厚度，按刚度等效计算面外厚度，桥 面板和横梁以铰接连接；临时支墩以只受压不受拉 的弹性支撑模拟， 由MIDAS CIVIL 2006建立的梁 板计算模型如图5所示。 经计算，得出边跨下弦节点中心的相对架设线 形如图6所示。 边跨腾空后，将钢梁视为简支结构，在自重和悬 拼吊机的作用下的挠度分布如图7所示。 起始节点E0底面标高为42.545m，按照式⑶可 以得到边跨各临时墩ae的墩顶设置标高分别为 （42.490，42.467，42.444，42.422，42.403）m。 按照上述数据设置， 本桥钢梁拼装和临时支墩 拆除均较为顺利，现已合拢。 4结语 结合钢梁设计和现场施工， 较系统地推导了临 时支墩标高的计算公式，由实际应用结果证明，预留 50mm经验公式， 能够防止测量系统误差给钢梁拼 装带来不便， 同时也为临时支墩拆除留有一定的空 间。 由榕江特大桥的成功架设验证了本文方法的合 理性，从而为类似桥梁施工提供借鉴。 参考文献 ［1］ 黄永辉，王荣辉，甘泉.钢桁梁桥整体节点焊接残余应力 试验［J］.中国公路学报，2001（1） ［2］ 孙莉，刘祚波，姚莉.重庆朝天门长江大桥主桥边跨钢梁 半伸臂安装技术［J］.公路交通技术，2008（5） ［3］ 潘东发，李军堂.南京大胜关长江大桥钢梁安装方案研 究［ J］.桥梁建设，2007（3） 3结语 本文利用高度尺的原理，研制了一款累计误差 小、测量时间短、测量范围大、测量结果准确的新型 马歇尔试件高度测定仪，弥补了传统的游标卡尺法 测量马歇尔试件高度时存在的不足与缺陷，目前该 成果已广泛应用于马歇尔试验中,并取得良好的经 济和社会效益。 参考文献 ［1］JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］ ［2］JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［S］ （上接第61 页） 50