1、1福州鼓山大桥钢箱梁吊装的固定吊架设计与施工分析摘要:福州鼓山大桥主桥为独塔双索面自锚式悬索桥，主桥上部梁体主要采用钢箱梁，其中锚固段采用混凝土箱梁。主桥钢箱梁施工采用顶推法施工工艺,钢箱梁吊装装置为设计吊重 250t 的固定吊架.介绍固定吊架的设计理念、拼装工艺和钢箱梁吊装工艺。 关键词：悬索桥；钢箱梁；顶推法；吊装；施工工艺 Abstrct : Gushan bridge of fuzhouis one tower and double-cable self-anchored steel-box suspension bridge , the overhead subject of the
2、 main bridge used steel-box ,and the anchored subject used concrete-box . The steel-box of tha main bridge used incremental launching construction technology , the equipment of steel-box hoisting is a settle-hanger which is designed to haunch 250t . It is insructed the designing ideology ,assembing
3、technology and the hoisting technology . key words : suspension steel-boxincremental launching hoisting consruction technology 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 工程概况 2福州鼓山大桥主桥为独塔双索面自锚式悬索桥，跨度组成为：50+150+235+35470m。主桥按双向八车道设计，两侧设非机动车道、人行道，主桥桥面宽度 42 米。主桥的上部梁体主要采用钢箱梁，其中锚固段采用混凝土箱梁。自锚式悬索桥需要通过主梁承担主缆的水平力，施工时先架设主梁，接着架
4、设主缆，然后安装吊索，再逐步张拉吊索（使梁体自重逐步传递至主缆主跨主梁） ，从而形成悬吊结构。在考虑经济节约、施工进度、现场地况等因素最后主梁施工选用顶推法施工。 自锚式悬索桥主梁设计采用混合梁，即主要采用钢梁，其中钢梁顶推长度 371.5m，两侧边跨锚固段采用混凝土梁，这能充分发挥钢和混凝土材料的特性，有效地节省投资。桥梁中线处梁高 3.5m。两吊索在钢箱梁上横向间距是 34m，纵向索距 7.0m，因此钢箱梁的标准节段长度也是7.0m。全桥共分 53 个钢箱节段，包括 S20(块段重量 218.5t)、S19S2（边跨标准段,块段重量 122.9t） 、S1、S0、M1M31（中跨标准段，块
5、段重量 122.9t） 、M32(块段重量 295.6t)。其中钢梁竖向线形分两种，一种为 R=7500m 圆曲线上的标准段，一种为 2.05%斜坡上的标准段。 所有钢箱梁块段起吊采用以双层贝雷梁为吊装主梁拼装而成的固定吊架。固定吊架设计吊重 250t，跨度 30m，起吊高度 35m。 2、设计分析 图 1 固定吊架外观图 2.1 设计理念 3（1）确保钢箱梁顶推和锚跨箱梁同时施工，采用承台支撑钢管桩，架设贝雷梁方案； （2）根据贝雷梁力学特性，采用双层四排一组贝雷梁为吊架主横梁；（3）主梁与立柱连接采用铰接构件，释放弯矩，保证竖向荷载传递至承台上；（4）主梁上布置轨道，保证箱梁滑移方便、稳定
6、；（5）支腿下同样布置钢轨，保证箱梁顶推过程产生最小的摩擦力，不至于破坏支腿结构，顶推过程形成梁走架不移的受力结构；（6）吊装S20、M32，采用双线吊装，即采用四组千斤顶，对荷载内力分配，减小集中力产生内力值；（7）新制支撑架和组间连接的设计保证贝雷梁横向弯曲挠度最小；（8）钢管桩和墩身加固，采用框架结构形式，采用安装墩身附着进行加固，但是受拉杆抗拉强度的限制，应考虑在墩顶利用垫石加固。 2.2 结构计算分析 2.21 荷载分项计算 设计荷载包括：恒载、钢箱梁起吊荷载、风荷载、水平冲击力。 主梁恒载：包括贝雷主梁、新制支 撑架和组间连接、分配梁、分配梁加强支撑 ，按均布荷载计算其荷载集度。
7、钢箱梁起吊荷载（集中荷载）分为 标准块段和非标准块段。 风荷载（均布荷载）：极限风速取 40m/s 计算公式： 工作风速作用力计算 按 6 级风考虑，此时最大容许起吊风速为 20.7m/s。根据贝雷梁实际布置情况，单位迎风面积系数4取 0.4，考虑风荷载作用的方向重叠性，故取增大系数 1.3 单位面积风荷载： 水平荷载：大型临时吊装结构水平 冲击荷载计算包括纵向和横向计算，根据建筑结构荷载规范5-5.1吊车竖向和水平向荷载计算规定，计算水平荷载如下： 纵向水平荷载：按照最大吊重的 10%取值 横向水平荷载作为贝雷架横向变形控制计算荷载 吊挂系统荷载（集中荷载） 吊挂系统提升分配梁、连续千斤顶、
8、箱梁提升吊具 荷载组合计算中各种系数如下： 荷载动力系数：1.05 偏载系数：=1.15 组合 I： 恒载+台风期风荷载 （停止作业） 组合 II：恒载+风荷载 （顶推过程） 组合 III：恒载+风荷载+起吊荷载 （吊装过程） 计算过程中集中力计算考虑冲击荷载和偏载影响，固定吊架设计按组合三控制设计。 2.22 结构受力分析 固定吊架结构受力分析从整体稳定性 和局部结构受力分析两个角度进行计算验证，整体稳定性利用 MIDAS软件进行建立模型分析，局部结构受力从贝雷组主梁、吊架门腿立柱、铰接构件、墩身附着、吊挂系统进行设计检算。 2.221 局部结构受力分析 51）主梁受力分析验算包括走行轨道验
9、算、枕梁验算、贝雷梁所受内力验算。钢轨型号为 P50，根据天车接触有效长度计算荷载作用下的剪切应力满足设计要求。枕梁计算时，由于枕梁作用于悬空的贝雷主梁上，为空间结构受力体系，需要进行三维立体建立模型分析，算得弯曲应力和剪切应力均满足要求，此外钢轨作用于枕梁上所产生的局部压应力根据钢结构局部承压验算满足要求。贝雷梁受力计算根据其力学特性，在不考虑旁弯变形基础上单组主梁（共四组）所抵抗弯距为 6530.8KN?m，抵抗剪力 981KN。根据工况三进行控制分析： 钢梁标准块段吊装： 图 2 产生弯距 5256 KN?m 图 3 产生剪力 658KN 所以在吊装标准应力计算如下： 弯曲应力 剪切应力
10、： 非标准块段吊装： 集中力：（按 S20 取值 一个吊点）每组设置两个吊点，吊点间距控制在 2m。 6图 4 产生弯距 6141 KN?m 图 5 产生剪力 796 KN 内力值满足要求。 2）吊架立柱受力验算 立柱下部采用直径 1000mm 壁厚 10mm，上部 14m 采用 1200mm 壁厚14mm 钢管。 图 6 立柱模型 水平力按照荷载 10%计算取值，经 MIDAS 建 立模型分析，最大应力为 89MPa，满足要求。 3）铰接构件受力计算 图 7 铰接构件 销子计算：销子采用 80 直径，40CrMnTi 材料，受力为双剪切状态，则 满足要求 7对铰接面进行挤压计算 满足要求 铰
11、接构件与分配梁焊接焊缝长度计算： 水平力在铰接点引起的剪力 V=54.6KN 引起的弯矩 M=54.60.22=12.01KN?m 全部焊缝有效截面对中和轴的惯性矩为 焊缝由弯矩作用引起的最大应力： 焊缝由剪力作用引起的最大应力： 则所受的共同应力为： 满足要求 4）墩身附着计算 根据钢管桩以墩身为附着对象进行反力计算，验算附着拉杆受力，由建立模型计算得最大反力为 52.6t，拉杆采用精轧螺纹钢 25，墩顶处布置上下两层共 6 根拉杆，326.5t=80t52.6t,拉杆受力满足要求。 82.222 整体建立模型分析 图 8 固定吊架 MIDAS 模型 图 8 固定吊架 MIDAS 模型 最大
12、应力出现在贝雷主梁上为 130MPa，满足受力要求。 3、固定吊架拼装工艺 3.1 固定吊架制作 固定吊架制作分为贝雷主梁组拼、立柱焊接、支腿制作、分配梁焊接、铰接构件制作。其中贝雷梁采用双层贝雷片按四排一组组拼，每排12 片，每组共计 96 片，共 4 组，端头采用新制支撑架连接，贝雷片组之间采用组间连接加以固定保证控制横向弯曲。 分配梁采用工 40 型钢焊接而成，在确保尺寸准确情况下与支腿立柱焊接。钢管桩立柱根据受力特点采用两种直径管桩焊接，上部管桩处于悬臂状态，受力复杂，故采用直径 1.2m ，壁厚 14mm 管桩（由 2.2m 废弃护筒改制） 。铰接构件确保开孔准确，焊接牢固，焊缝质量
13、保证。 3.2 吊架拼装步骤 3.21 准备工作 固定吊架施工前准备工作主要从以下几个方面进行；1）对图纸的审核，根据图纸定出施工的优化方案；2）根据现场实际情况，进行机械和9人力的布置；3）根据现场状况进行附属加固设施的设计；4）现场安全设施的布置，避免高空作业带来危险损失；5）方便施工的基础上进行布置步梯；6）方便吊装要进行加宽栈桥。 3.22 墩身附着安装 墩身附着安装在作业机械履带吊配合下，采用打设临时作业平台方式进行空中作业施工，首先拉杆保证穿插到位，其次型钢焊接焊缝质量满足要求，为了防止锈蚀，对墩身造成外观污染需要粉刷油漆。 3.23 立柱、支腿吊装焊接 立柱在加工完毕，由运输车运
14、至现场，由履带吊配合作业，进行吊装施工。立柱施工时要从顺桥向和横桥向在测量组配合下控制其垂直度，并在异型接头处加焊加劲板保证受力满足。立柱安装完毕要测量桩顶标高，保证桩顶高度统一，为安装分配梁做准备。 支腿吊装一样由履带吊配合作业，首先由测量组在顶推平台上放处具体位置点，位置点根据吊架设计跨度（30m）而定，保证其在顺桥向和横桥向上下游支腿的位置相对应，为组间连接和贝雷梁准确安装做铺垫。3.24 贝雷主梁吊装 图 9 固定吊架主梁吊装图 吊装解决问题：吊装机械的吊高和有效吊重是否能够满足要求、施工场地的空间范围是否能够满足起吊的要求、贝雷梁的拼装合理顺序10（满足机械作业允许值） 、高空作业的
15、安全防护措施。 图 10 固定吊架主梁吊装图 采用两台 50t 履带吊进行固定吊架主梁的吊装，根据履带吊的作业性能指标，在考虑现场场地布置情况而进行吊装。一次吊装一组贝雷梁48 片，共计 15.7t。50t 履带吊在吊装时，吊高扒杆 43m，控制在最大角度，最小幅度值进行作业。为了保证履带吊有充足作业空间，要对临时栈桥在原有 6m 基础上进行加宽至 10m。 3.25、附属结构安装 附属结构安装包括枕梁和钢轨的安装，在进行枕梁安装过程中，由于贝雷梁的挠曲变形导致螺栓眼孔位置偏差，所以要配置小 5t 导链进行纠偏。此外还有天车和连续千斤顶的安装和钢铰线的穿束，以及动力系统的调试安装工作，所以需要在吊架上部合适的位置搭设工作平台和吊架提升控制操作平台。贝雷主梁的两边设置人行走道，便于检查维修人员工作。 4、结语 福州鼓山大桥钢箱梁顶推工作的重要一环就是钢箱梁的吊装，所以固定吊架的设计合理性是顶推工作能否顺利进行的关键所在。设计过程中，充分利用了贝雷梁的力学特性和拼装方便的优势，采用端部设置成铰接构件从而释放弯距保证荷载竖直传递，保证受力合理。此外施工中根据履带吊作业性能，采用抬吊的吊装方式，大大缩短施工工期，降低
