顶推滑移法在钢结构桥梁安装工程中的应用

收稿日期:2007 - 01 - 30 基金项目:建设部科技攻关项目(05 - K1 - 9) 作者简介:张　健(1958 —) ,男,教授,主要从事施工技术与管理研究. 文章编号:1671 - 2021 (2007) 05 - 0764 - 04桥梁 顶推滑移法在钢结构桥梁安装工程中的应用 张　健1 ,胡　冲2 ,隋杰明1 ,铁大禹3 (1. 沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168 ;2. 北京首钢建设集团有限公司,北京100068 ; 3. 中铁九局集团有限公司,辽宁沈阳110013) 摘　要:目的在一些特定条件下,为使常规方法无法安装的钢结构桥梁钢箱梁能顺利安装完 成,提出了桥梁顶推滑移法的施工安装方法. 方法以某桥梁工程为例,根据工程现场的实际条件, 进行了相关的理论验算,考虑了各种可能的影响因素和不利情况,详细制定了桥梁顶推滑移法的施 工安装方案,并严格按方案要求在工程中进行实施. 结果解决了该桥梁工程施工安装过程中 的难题,降低了工程的施工成本,保证了工程质量和施工工期,取得了很好地效果. 结论通过 采用顶推滑移安装方法,对钢结构桥梁进行了成功的安装,达到了预期的目的,同时降低施工 造价. 实践表明钢结构桥梁安装在一些特殊条件下是可以采用桥梁顶推滑移法,该工程的成功施工 为类似工程提供了可借鉴的经验. 关键词:吊装;桥梁顶推;大构件滑移;钢梁就位;桥梁顶推滑移法 中图分类号: TU758. 15

文献标识码:A 钢结构桥梁的安装方法有很多,一般主要采 用大型吊车、架桥机吊装就位,但是在施工场地狭 小、施工作业面紧张、环境影响因素多等相关条件 的约束下,有些工程中的钢箱梁就无法采用常规 的吊装方法进行吊装就位. 笔者以北京车公庄西 延桥梁工程跨河段钢箱梁的施工为例,阐述桥梁顶推 滑移法的特点及在钢结构桥梁的钢箱梁工程施工 中的应用. 1 　工程概况 北京车公庄西延跨昆玉河桥梁工程,双向六 车道,其中有三跨为钢砼叠合梁,钢结构实物量约 2 400 t ,跨昆玉河部分钢箱梁共分4 段. 每段长度 为38 m ,宽度为4. 88 m ,重为110 t ,为当时北京 市众多钢桥中单段最长、最重的钢箱梁桥梁,此部 分钢梁两端与混凝土牛腿搭接,由于跨越昆玉河, 现场施工条件比较复杂,给钢梁的就位造成了很 大的困难. 钢箱梁的两侧装有扇形的装饰架,装饰架待 主箱梁吊装就位后再与其连接. 箱梁与箱梁之间 采用连梁进行连接,箱梁的横断面图如图1 所示. 图1 　钢箱梁横断面图

该工程安装过程中最大的难点在于现场约束 条件太多,钢箱梁横跨北京昆玉河,吊装现场平面 布置图(见图2) ,由于两侧的混凝土桥台没有经 过钢索张拉,无法给大型吊装设备提供站车位置, 所以吊车只能站位于河两岸桥台南北两侧进行吊 装作业,钢箱梁长度为38 m ,昆玉河宽约40 m ,吊 装半径大. 现场南北上空均有高压线,吊装必须避 开高压线的影响. 为了避免吊车在吊装回转的过 程中碰到高压线并且有利于钢箱梁构件的运输, 经过实地放样勘测,西北角、东北角及东南角都不 具备吊车站位吊装作业的条件. 吊车只能站位在 西南岸上进行吊装. 2 0 0 7 年0 9 月 第23卷第5 期　 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science) 　Sep . 　2007 Vol123 , No15 图2 　现场平面图 2 　吊装方案的确定 根据现场实际情况,经反复论证,可以采用的 吊装方案有以下3 种.

方案1 　采用1 250 t 履带吊直接吊装就 位[1 ] ,此方案的优点是所有钢梁可以一次吊装就 位,工期较短,质量也有保障,但1 250 t 履带吊进 出场费用及租金相当昂贵,成本太高. 方案2 　在河中打设钢管桩[1 ,3 ] ,架设50 m 跨,120 t 架桥机进行钢桥架设. 此方案也可以将 钢桥直接吊装就位,成本相对方案1 要低,但由于 在架设钢桥前要在河中打设架桥机的钢管桩,工 期较长,架桥机利用率也不高,同时还存在架桥机 吊装作业完成后的拆除问题. 方案3 　采用曼尼托沃克4 100 WS 型272 t 履带起重机(181 t 履带吊) 先进行构件吊装,然后 再将钢箱梁滑移就位. 此方案可以依次把钢梁吊 装滑移到位[1 ,2 ] ,与方案1 和2 相比,成本可大大 降低,同时,工期能满足要求,质量也可以保证,在 3 个方案中效果最好. 但此方案在钢箱梁施工安 装过程中从没有使用过,没有经验可以借鉴,技术 上也有许多需要研究解决的问题. 综合分析3 种方案,在兼顾工程工期、成本、 质量3 大因素的基础上,本工程最终决定采用吊 装v桥梁顶推滑移v降落的施工方案. 根据吊车技术性能及现场情况,该工程中选 用吊重性能较好的曼尼托沃克4100WS 型272 t 履带起重机(181 t 履带吊) ,181 t 履带吊站位于 西南岸时仅能够把最南端的钢梁吊装到位. 那么 吊装顺序应该是由北向南进行,先把最北端的钢 梁吊装至最南端的就位位置,然后依次向北进行 滑移,最后吊装最南端的钢梁直接就位. 采用滑移法有几个关键的技术问题必须解 决. 首先就是要确定滑移轨道的结构形式,然后是 如何进行滑移,滑移之后钢箱梁如何落位等等. 下 面就是对该方案这几个关键性问题的解决方法. 3 　滑移轨道的结构形式 钢梁与混凝土桥台之间是采用牛腿搭接的方 式连接,混凝土牛腿部分仅有300 mm 的长度,滑 移的轨道不可能搁置在牛腿上,只能搁置在混凝 土桥台的上表面上. 但是两侧的桥台分别由4 个 混凝土桥墩支撑(图2 中的圆圈) ,在全桥的预应 力张拉前两个桥墩之间的桥台不允许受力,因此 滑移轨道最终设置在了混凝土桥墩上,轨道形式 采用了如图3 所示的轨道托梁形式. 上部槽钢为 滑移轨道,以防构件滑偏,下部H 型钢垫梁为主 要受力构件. 图3 　滑移用导轨与托梁

经过挠度与抗弯强度的验算[1 ] ,导轨及托梁 均符合受力要求. 验算过程如下: ①挠度验算: Δy = αpl 3 GEI α= 7 48 = 0. 145 8 　G = 0. 85 P = 5. 5 ×105N 　E = 206 ×103MPa I = 8. 19 ×1010mm4 　l = 1. 371 ×104mm 由上述公式得:Δy = 14. 41 mm ②抗弯强度验算: Mmax = 1/ 2 ·Pl = 5. 5 ×105 × 13 710 2 = 37. 675 ×105MPa σ = M Wmax = M I/ ymax = 37. 675 ×105 8. 19 ×1010/ 406. 6 = 187MPa < 215MPa 满足要求. 滑移轨道的形式确定之后,将托梁置于混凝 土桥面上. 为了让钢箱梁在导轨中能顺利滑移,在 第23 卷张 健等:桥梁顶推滑移法在钢结构桥梁安装工程中的应用 7 65 加工厂制作钢箱梁时专门在钢箱梁下增加了滑 块,滑块由钢板切割而成并打磨成光滑的船形焊 接于底板上. 如果轨道搁置于桥面上,需要将原设 计的钢箱梁在工厂制作时加长一段[1 - 4 ] ,钢箱梁 落在轨道上. 导轨、托梁、钢箱梁两端滑块、混凝土 梁四者之间的位置关系如图4 所示. 图4 导轨、托梁、钢箱梁、混凝土梁之间关系

4 顶 推 钢梁顶推要解决的主要技术问题是桥梁顶推力大 小及顶推设备问题,即如何降低钢箱梁下部滑块 与滑移轨道之间的摩擦力. 为减少滑移过程中的 摩擦力我们在滑块及滑移轨道中抹了润滑用的黄 油. 先借助吊车把钢梁准确放置在托梁上的轨道 里,并且在钢梁的两端分别做好标记,防止滑移过 程中钢梁滑偏. 如图5 所示. 图5 顶推滑移平面示意图 为保证顶推过程中的稳定性,工程中采用的 顶推工具为千斤顶. 用两块专用挡板卡在托梁翼 缘上,千斤顶放在挡板和钢梁之间,逐步顶推,顶 推过程中钢梁两端同步进行. 通过工程实际测算, 钢箱梁顶推过程中所产生的摩擦系数在0. 05 ～0. 1 左右,即每侧所需的顶推力在3～6 t 之间, 实际选用了10t 的千斤顶来完成该作业. 5 钢梁下落 钢梁顶推至就位位置之后需要下落至混凝土 牛腿上,这一步是整个滑移过程中关键的一步,因 为滑移的轨道在混凝土梁上面,钢梁在滑移的过 程中远远的高出了混凝土牛腿的标高,混凝土牛 腿只有300 mm 宽,无法放置千斤顶将钢梁落至 牛腿上. 为此,在钢箱梁的两端各焊两个刀把型的 假头, 为下降钢梁至混凝土的牛腿上而设置 的[7 - 9 ] .

假头在整个钢梁下降过程中为主要受力部 件,制作前必须计算设计好尺寸. 计算过程如下. ①杆件最大弯距 Mmax = 7. 48 ×108N·mm σ = M Wmax = 108. 93MPa < 215MPa 满足 要求. ②套板上侧受剪核算 F = 205 ×20 ×120 × 2 = 9. 84 ×105N P2 = 6. 7 ×105N < 9. 84 ×105N F/ P2 = 98. 4/ 67 = 1. 469 满足要求. ③套板受拉 F = 200 ×20 ×215 ×2 = 1 720 000N = 17. 2 ×105N P2 = 6. 7 ×105N < 17. 2 ×105N F/ P2 = 172/ 67 = 2. 567 满足要求. ④套板下部焊缝采用焊角高度为12 毫米的 双面角焊缝 F = 1. 34 ×700 ×2 = 1876kN = 18. 76 ×105N P2 = 6. 7 ×105N < 18. 76 ×105N F/ P2 = 187. 6/ 67 = 2. 8 满足要求. 假头在工厂制作成型之后,在现场与钢箱梁 之间焊接固定,待钢箱梁滑移至就位位置之后,在 假头下方设置支架与千斤顶,下落支架由纵横交 错的工字钢层层搭设而成,如图6 所示. 图6 钢箱梁下落就位示意 7 66 沈 阳 建 筑 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 23卷 千斤顶首先将钢梁顶起来,然后切割掉钢梁 加长段和桥台上的滑移托梁,再抽掉外侧支架的 一层工字钢,将钢梁下落一层. 此时假头搁置在外 侧支架上,将放置千斤顶的支架再抽掉一层,将钢 梁再顶起来,再抽掉外侧支架一层. 同理,一直把 钢梁降到位. 落至最后,撤除千斤顶、支架及临时假头,钢 梁就位完成. 支架及假头的高度一定要满足钢梁 下落要求. 至此,钢梁就位基本完成. 其他的连梁、装饰架等因重量较轻,均能采用 181 t 履带吊吊装完成. 最后,进行各结构部件的 焊接、测量校正、完成安装工作.

6 结 语 该施工方案在技术可行性和降低成本上效果 明显,且桥梁钢箱梁工程的现场安装工程,当现场 条件约束较多,在工期、成本允许范围之内无法采 用常规方式吊装时,可通过合理的设计、严格的现 场操作,创造出新的可行的施工方法. 该工程顶推 滑移法的实施为类似工程的施工提供了相关的经 验和数据,对同类工程具有一定的借鉴和推广作 用. 参考文献: [ 1 ] 江正荣. 建筑施工计算手册[M] . 北京:中国建筑工 业出版社,2001. [ 2 ] 赵英泰. 现代空间钢结构高空滑移法施工技术[J ] . 建筑结构进展,2006 , (11) :23 - 28. [ 3 ] Lu Kekuan. structural design and installation of the whole unit hoising of 1800 ton steel structure of Bei2 jing west railway station[J ] . Journal of Constructional Steel Research ,1998 ,46 (1) :121 - 126. [ 4 ] Mokowski Z S ,Analysis. design and construction of2 doubly - Layer grid [ M ] . London. Applied science publishers ,1981. [ 5 ] Ding Dajun. Thin , long - span slabs in China [ J ] . Concrete International ,1996 ,18 (8) :35 - 38. [ 6 ] Cuocu D A. Long - span roof structures [J ] . Modern Steel Construction ,1994 ,34 (5) :46 - 50. [ 7 ] Petersen. J Erection and constructability issues For long - span roofs [ J ] . Modern Steel Construction , 1994 ,34 (2) :18 - 24. [ 8 ] 林郁. 网架的高空滑移法施工[J ] .

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