浅析公路桥梁受限空间梁体液压横移及安装架设技术--中国期刊网

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浅析公路桥梁受限空间梁体液压横移及安装架设技术

发表时间：2020/8/6 来源：《基层建设》2020年第10期作者：姬海鹏

[导读] 摘要：随着我国高速公路网络迅速发展，公路桥梁作为高速公路跨沟跨河及调整高差的主要措施，是高速公路发展的重点之所在。

        中国水利水电第七工程局有限公司四川省成都市 610081
        摘要：随着我国高速公路网络迅速发展，公路桥梁作为高速公路跨沟跨河及调整高差的主要措施，是高速公路发展的重点之所在。随着国内公路桥梁建设步伐的加快，预制混凝土梁以其制造质量易于控制、不受桥下部工程工期影响而越来越广泛被采用。而由于高速公路规划受地形等条件限制的特殊性，如洞内、桥梁与洞口连接段、匝道桥、小弧线桥等受地理环境影响无法采用公路公用架桥机架设到位，加之受环境影响限制，也无法采用其他吊装设备施工。
        目前，国内多采用手动葫芦加钢棒等简易工具横移施工，难以保证梁体横移、垂直安装过程中的稳定性，且安全风险极高，容易造成安全事故。
        本文在结合现场实际情况的基础上，提出了公路桥梁在受限空间中利用滑轨理念结合液压设备实现T梁横移及安装技术。为公路桥在受限空间进行梁体架设提供参考和借鉴。
        关键词：受限空间；梁体液压横移；安装架设技术
        根据对设计图纸、梁型、设备结构尺寸及对周边环境的调查，并对该跨施工进行深入分析研究，结合上述情况，通过不断优化横移设计方案，确定合理的设计方案，通过精心组织实施，最终安全实现架设任务。
        1、工程概况
        雅康高速天全右线大桥全长321.0m，为跨天全河及G318国道而设，全桥共3联：（1×30）+（4×40+1×30）+（1×40+2×30）；上部结构采用预应力砼（后张）简支T梁，桥面连续；下部结构0、9号桥台采用柱式台，桥墩采用钢筋砼柱式墩，墩台采用桩基础。
        由于该大桥0号桥台位于天全隧道洞内，且梁场设在0号桥台方向，因此必须采取洞内架梁的方案。受桥机结构外轮廓尺寸限制，无法采用现有桥机架设到位，也无法利用吊车施工，因此需对桥机进行局部改造。改造后的架桥机在完成过跨后，将梁体放置在中梁部位，通过专门设计的梁体横移滑轨装置分别架设5号、4号、1号、2号梁，最后架设3号梁。
        2、工程特点
        （1）桥机改造不改变原有结构受力情况。
        （2）桥机改造后，只进行第一跨梁体的喂梁、提梁，不进行整机横移动作。
        3、主要设计思路
        3.1 架桥机结构尺寸调整设计
        天全隧道净高7.2m，隧洞5.3m高处净宽7.66m。结合实际情况，为满足架桥机在洞内施工需要，根据架桥机实际情况结合结构受力计算，主要对架桥机横移中托轨道及天车横梁进行调整设计，以降低架桥机整机高度。调整设计以不改变原有桥机桁架受力为原则，即重新设计加工一套桥机横移中托轨道及天车横梁。
        大桥第一跨跨径30.0m，一榀T梁总重81.65t（混凝土73.95t，钢筋7.7t），天车横梁每套两根，考虑特种设备的特殊性，单根横梁荷载工况L-整体Z轴-集中Q按-700kN计，跨度长度5000mm，D1：2500mm，左、右端支座均为竖向固接，计算时叠加自重，采用《钢结构设计规范 GB 50017-2003》进行验算。
        设计资料
        示意图如下

        活载下的荷载示意图如下：

        长度：5000mm，截面：BOX-350*18-Q345
        左端支座为：竖向固接；右端支座为：竖向固接；
        荷载：工况L-整体Z轴-集中Q：-700kN D1：2500mm
        计算时叠加自重；
        采用《钢结构设计规范 GB 50017-2003》进行验算；
        2轴的挠度限值为：L/150；
        3轴的挠度限值为：L/200；
        2轴的刚度限值为：200；
        3轴的刚度限值为：200；
        强度计算净截面系数：0.98
        绕2轴的计算长度为：5000mm；
        绕3轴的计算长度为：5000mm；
        采用楼面梁标准组合验算挠度；
        是否进行抗震设计：否
        腹板屈曲后强度：不考虑
        加劲肋设置间距：0 - 不设置
        验算结果一览

        受弯强度验算
        最不利工况为：1.2D+1.4L
        最不利截面位于第1个分段尾端
        绕x轴弯矩：Mx=（-617.191）kN•m
        计算γ：
        截面塑性发展系数
        γ2=1.05
        γ3=1.05
        验算强度：
        考虑净截面折减：
        Wnx=2466.37cm^3
        Wny=2466.37cm^3
        An=234.2592cm^2
        σ1=（（-617.1912））/2466.37/1.05×10^3=（-238.3264）N/mm^2
        σ2=（（-617.1912））/2466.37/1.05×10^3=（-238.3264）N/mm^2
        σ3=-（（-617.1912））/2466.37/1.05×10^3=238.3264N/mm^2
        σ4=-（（-617.1912））/2466.37/1.05×10^3=238.3264N/mm^2
        238.3264≤295，合格！
        y轴受剪强度验算
        最不利工况为：1.2D+1.4L
        最不利截面位于第1个分段尾端
        剪力：V= 495.6294kN
        τ=495.6294×1489.482/3.6/44042.32×10=46.56071N/mm^2
        46.56071≤170，合格！
        整稳验算
        最不利工况为：1.2D+1.4L
        区段内最大内力为：
        绕x轴弯矩：Mx=（-617.1912）kN•m
        计算φx：
        计算γ：
        截面塑性发展系数
        γ2=1.05
        γ3=1.05
        验算整稳：
        φb=1
        γy=1.05
        σ1=σ2=（1*（-617.2））/2517/1×1000=（-245.2）N/mm^2
        σ3=σ4=-（1*（-617.2））/2517/1×1000=245.2N/mm^2
        245.2≤295，合格！
        翼缘宽厚比验算
        最不利工况为：1.2D+1.4L
        最不利截面位于第1个分段首端
        绕x轴弯矩：Mx=（-617.2）kN•m
        剪力：=（-495.6）kN
        截面塑性发展系数
        γ2=1.05
        γ3=1.05
        翼缘宽厚比：b0/Tf1=314/18=17.44
        翼缘宽厚比限值：[b0/t]=40×（235/fy）^0.5=33.01
        17.44≤33.01，合格！
        腹板高厚比验算
        最不利工况为：1.2D+1.4L
        最不利截面位于第1个分段首端
        绕x轴弯矩：Mx=（-617.2）kN•m
        剪力：=（-495.6）kN
        截面塑性发展系数
        γ2=1.05
        γ3=1.05
        腹板计算高度：h0=314 mm
        腹板高厚比：h0/Tw=314/18=17.44
        腹板高厚比限值：[h0/t]=80
        17.44≤80，合格！
        2轴挠度验算
        最不利工况为：D+L
        最不利截面位于第1个分段离开首端2500mm处
        挠度为：5.278mm
        5.278≤33.33，合格！

        设计调整后天车横梁高0.35m，长6.4m，天车满足架桥机工况需求。安装后整机高度5.3m，满足洞内运行需要。
        3.2 桥机整机拖运
        由于洞内吊装受洞径影响，根据实际情况，采用炮车拖运的方式进行。将桥机拆解运输至隧道洞口广场，进行拼接。原桥机全长67米，考虑大桥第一跨跨径为30.0m，综合过跨配重因素，此次桥机拼装按54.0m考虑，即拼接4×12m+1×6m，满足过跨及配重需求。
        对拖运炮车进行改装，在炮车承重转托两端铺焊两组（每组4个）25#工字钢，上部焊接2条40#工字钢，作为桥机的承重托梁，并在两侧加装临时型钢支撑，下支垫方木。
        承重托梁安装完成后，借助桥机后托及临时型钢支撑进行桥机主梁拼装，考虑桥机洞口就位需要，桥机主架在前车外外挑14.0m，后车距桥机主架末端8.0m。主架拼装完成后，采用型钢进行加固，并完成主梁外两侧加劲肋板焊接进行限位。加固完成后，逐步拆除前车、后车及其他临时性钢支撑，保证拖车正常运行。
        进入隧道后，车速不得大于2km/h，前后车采用对讲机沟通，安全员随时检查限位肋板及整体情况。
        3.3 桥机初步就位及天车、前支安装
        拖运桥机主架端头至隧道出口后托处时，暂停前进，待调整后托高度、位置后，缓慢向前行驶，保证桥机主架进入后托滚轴顶部，前车行至桥机后支处时停止前进，调整后托高度，托起桥机主架，前车后移至合适位置，加固后继续前行，依次重复，直至送主架进入中托滚轴顶部，加装桥机后支腿，移除前、后车型钢加固支撑，顶升后托，桥机主架脱离前后车后，拖车向后行驶，驶出桥机主架范围。
        桥机初步就位后，进行前支行走系统及天车系统安装，后天车安装完成后通电向洞内行驶，至后托处，再进行前天车的安装，天车安装完成后组装前支。
        3.4 架桥机试车及过孔施工
        为检验整机组装后的运行性能，待整机调试完成后，采用试车的方式进行检查。试车时先由前天车提梁，离开前炮，起升高度不大于30mm，检查桥机天车横梁等工况无异常后，落梁并支垫牢固。由前、后天车分别提梁前端，天车向前运行检查天车运行工况。完成上述试验并检查确认无异常后，前后天车提梁进行行走试验，检查前后天车挠度。
        完成试车并待架桥机检验合格后即可进行过孔作业，过孔作业按原桥机操作程序进行。
        3.5 大桥T梁横移系统结构设计
        由于架桥机长度受隧道影响，大桥第一跨1#、2#、4#、5#梁无法采用桥机架设到位，需设计横移系统将梁体移至指定位置。
        大桥T梁横移系统结构由上部落梁横移结构、下部滑轨支撑结构、油缸顶推系统及T梁支撑系统组成。

        大桥T梁横移系统结构设计图
        T梁横移系统落梁横移结构采用双16#工字钢，上下分别设置连接钢板；滑轨支撑结构采用36#槽钢，滑轨为分段式，采用M18螺栓连接；滑轨安置于垫石上，下部设置方木支垫；落梁横移结构连接液压油缸，支撑系统采用60型双向螺栓外套100型无缝钢管。
        （1）设计计算
        荷载确定
        30mT梁重量
        P=81.65t≈82.0t；
        单侧重量为
        P单=P/2=82.0t/2=41.0t=410kN；
        作用在横移机构线荷载为
        Pl =P/L=410kN/3.27m=125.38kN/m；
        作用于落梁机构线荷载为
        P2=P/L=410kN/0.6m=683.34kN/m；
        滑轨支撑结构承重力计算

        受力简化为简支状态：
        P/2=125.38kN/m/2=62.69kN/m；
        强度校核

        其中y为轨道高度的一半即y=d/2=0.1/2=0.05m；
        IZ为轨道转动惯量，

        其中S为轨道截面积
        强度满足要求。
        刚度校核

        刚度满足要求。
        横移推力油缸推力值计算
        2Fx=μ×P0
        其中：滑轨采用钢对钢，且之间涂抹润滑油，则查表得：μ=0.1；
        P0为单侧压力；P0=P单=P/2=82.0t/2=41.0t=410kN；
        则：2Fx=410×0.1kN=4.1t
        因此采用15t双耳环长行程千斤顶可满足要求。

        图样
        梁体抗倾覆力计算
        假定T梁在横隔板以及边梁翼缘板加宽的作用下，梁体重心线偏离梁体中心线χm（外侧为正，内侧为负），如下图所示：

        依据力矩平衡可得：
        G3•d3+G2•d2-G1•d1 =0
        则G3•d3+G2•d2 =G1•d1
        其中——G2表示梁体主体部分重力，为中心对称结构，其重心在中心线上；
        G3表示横隔板重力，30m梁共7块（其中两端和中间分属两种型号）；
        G1表示边梁加宽部分重力。
        已知
        G=ρ•V
        V=L•S
        可得
        30×S2×χ+[（0.28×2）×S3-A（χ+0.4）+（0.18×5）×S3-B（χ+0.45）]=30×（1.0125-χ）
        将各截面积带入计算
        即30×0.79×χ+[（0.28×2）×1.2×（χ+0.4）+（0.18×5）×1.32×（χ+0.45）]=30×（1.0125-χ）
        得：X=11mm
        可知边梁重心偏向于外侧11mm，采用斜撑进行预紧加固，两侧设竖向拉杆。对斜撑强度不做计算。
        落梁液压千斤顶选型
        梁体横移结构高度为193mm，落梁液压千斤顶本体顶高位于橡胶支座面以下30mm处，有效液压行程需满足160mm，其工作能力需﹥P单= 41.0t，因此选定落梁液压千斤顶工作参数见下表；

                 图样
        4、T梁横移安装
        4.1施工工艺流程

        4.2施工过程
        （1）施工准备
        按设计图纸尺寸，凿除盖梁两侧部分挡块、垫石及盖梁混凝土，用于铺设横移轨道及安装落梁千斤顶。制备尺寸为30×60×1cm钢板备用。
        根据测量放样点线，在垫石面及梁端底部分别标画支座纵横中心延长线。
        检查梁底距端头82cm处中心部位是否平整，清除杂物。
        检查桥机骑马螺栓、后支安装支垫情况。铺设横移轨道，紧固轨道连接螺栓，并检查接缝是否严密，底部涂刷黄油。按设计30cm间距采用方木进行支垫，1#、5#梁位轨道应略高于3#梁位，但高差不得大于30mm。连接液压泵，因新千斤顶油缸内存有较多空气，为避免活塞杆可能出现微小的突跳现象，将千斤顶空载往复运动2-3次，排除腔内的空气，并检查推力千斤顶工作行程是否一致。
        安装落梁液压千斤顶。按设计要求，临时支承范围在梁头1500mm，根据实际情况，选定距梁端头820mm处，符合设计要求。安置千斤顶底部要平整，并加垫10mm硬木板防滑。
        由于该横移、垂直落梁技术实操无参考数据，因此选择在实施前做试验，以检验设备工况，培训操作人员，以便总结形成实操手册，试验选在存梁场进行。
        （2）架桥机喂梁
        运梁车沿天全右线隧道将该跨5#梁运至架桥机处，辅助过跨后，架桥机提梁运至3#梁位，天车横移至偏中1.6m处落梁于液压横移系统，检查梁底接触面是否严密，采用T梁支撑系统进行加固，在端头加棉布防滑，天车吊钩下降50mm，检查梁体稳定性；启动液压油泵，横移推力油缸往、复动作一次，行程20mm，检查梁体稳定及横移系统工况；天车吊钩下降100mm，推力千斤顶往、复动作一次，行程50mm，检查梁体稳定及横移系统工况，如无异常，解除起吊钢绳，完成喂梁。
        （3）横移T梁
        正式启动T梁横移前，在T梁于桥机前支、中托间，采用钢丝绳+5t手拉葫芦进行牵引，使通过桥机前支、桥机中托向待横移5#梁提供水平锚固和限位。
        T梁横移由7人组成，一人负责整体指挥，梁体两端各三人，一人观察油缸行程、梁体稳定等情况，一人负责信号兼辅助更换千斤顶后支座，一人随梁体移动操作手动葫芦，使得牵引钢绳不能拉紧也不至于过于松弛。
        5#梁横移油缸行程3350mm，预计行程2小时；滑轨支撑结构为两节拼装，可一次性将5#梁移至到指定位置。
        横移时，两端信号人员在推力千斤顶行程每50mm时报告一次，以保证前后两端同步前进。
        梁体进入支座范围，由技术人员按照纵横中心延长线，核对调整无误后，关闭液压油缸。
        （4）落梁就位
        启动1#桥台落梁千斤顶液压油泵，千斤顶顶部与梁底加设一层10mm硬木板，进行试顶，千斤顶往、复动作一次，顶升高度5mm，对顶升过程中的千斤顶是否有倾斜等进行检查。
        拆除1#横移滑轨及横移推力油缸。正式顶升时，顶升高度不得大于10mm，以保证顺利拆除横移滑轨为宜。顶升到位后，立即拆除梁底横移系统，并在梁体两侧加装可调节支撑系统，同时在梁端底部支垫竹胶合板。随落梁千斤顶高度降低，逐步抽除胶合板及收缩可调节支撑，保证梁底距胶合板顶面不大于10mm。梁底距离垫石100mm时，全部抽除胶合板，安装滑板支座，安装完成校核无误后，缓慢落梁于滑板支座上，两侧加设斜撑稳固梁片。
        5、结语
        本方案主要在于解决现有梁体横移、安装技术容易受地理环境限制且安全隐患极大的问题，从而提供一种操作便利、安全性高梁体横移、垂直安装系统方案。
        该技术稳定性高，安全可靠，安装调试简单，适用于不同部位各类桥梁的梁体横移，并可实现横移、垂直落梁架设一步到位，并且梁体支撑固定体系在架梁期间不需要拆除，进一步保证了架梁过程的施工安全。
        采用该液压横移及垂直安装架梁系统，梁体横移过程辅助人员少，施工过程简单，易于操作，安全可靠。解决了目前桥梁特殊部位梁体横移及垂直落梁时施工难度大、安全风险高的问题，对洞内、桥梁与洞口连接段、匝道桥、小弧线桥等受地理环境影响无法采用公用架桥机架设到位梁体施工有一定借鉴意义。