步履式顶推钢箱梁高位落梁技术研究_李雁鸣.pdf

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·桥涵工程·步履式顶推钢箱梁高位落梁技术研究李雁鸣(中铁十五局集团有限公司上海200070)摘要结合沈阳绕城高速公路改扩建工程一标段后丁香特大桥工程实例，介绍一联4跨(38+61+61+48)跨铁路钢箱梁高位落梁施工技术。钢箱梁顶宽21．3m、底宽11．362m，受铁路限界、航空管制等周围环境限制，研究采用步履式顶推方案，在墩顶直接布设顶推装置，顶推到位后高位落梁2．1m，研究成果对类似工程具有很好的借鉴作用。关键词步履式顶推钢箱梁高位落梁中图分类号U445．462文献标识码A文章编号1009-4539(2016)07-0044-04TechnologyＲesearchforSteelBoxGirderDroppingBeamfromHighLocationbytheWalking-typeIncrementalLaunchingLiYanmingth(ChinaＲailway15BureauGroupCo．Ltd．，Shanghai200070，China)AbstractCombinedwiththeexampleofHoudingxiangExtra-largeBridgeinLot1ofShenyangaround-cityhighwayrecon-structionproject，thispaperintroducedtheconstructiontechnologyofsteelboxgirderacrossedtherailwaydroppingbeamfromhighlocationof4spansinonecontinuousunitwith(38+61+61+48)m，thetopwidthofthesteelboxgirderis21．3mandtheendwidthis11．362m．Beingrestrictedbyrailwayclearance，airtrafficcontrolandotherenvironmentalre-strictions，thispaperadoptedtheschemeofwalking-typeincrementallaunching，thethrustorwasdirectlyarrangedonthetopofthepierandthedroppingbeamfromhighlocationis2．1mafterpushinginplace，theresultscouldprovideagoodreferenceforsimilarprojects．Keywordswalking-typeincrementallaunching;steelboxgirder;droppingbeamfromhighlocation跨(38+61+61+48)，第3联(4号桥)为3跨(48+1工程概况61+38)。该桥处于机场飞机起降航道位置，钢箱1．1总体情况梁跨越大西进场线、秦沈上下行线等6股电气化铁沈阳绕城高速公路原为双向四车道，扩建为双向路，施工方案的选择受场地制约因素影响较大。为八车道。改扩建工程后丁香特大桥全长2823．8m，桥加快吊装设备作业效率，减少邻近铁路线搭设临时梁平面位于直线、缓和曲线、圆曲线上，线路单侧加结构的时间，降低铁路运营安全风险，经综合考虑、宽建新桥，外缘与既有桥距离1．4m，新建桥面比既##检算，在17～19墩间搭设支架平台，3、4号桥分别有桥高2～3m。桥上部结构为钢箱梁+预应力砼T向两方向顶推。永久桥墩顶部设置临时支撑，顶推梁结构，下部结构为景观式花瓶墩，承台，钻孔桩桩设备置于其上，原桥上大吨位吊车进行梁段的吊基础。钢箱梁设计3联，其中第2联(3号桥)为4装，钢箱梁拼装、步履式顶推［1］就位后采用高位落##梁方案。3、4号桥(18墩以左为3号桥，18墩以右收稿日期:20160418基金项目:中国铁建股份公司科技研究开发计划项目(13-C13);为4号桥)平面见图1。中铁十五局集团有限公司科技研究开发计划项目(2012A3)44铁道建筑技术ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(07) ·桥涵工程·4号桥钢箱梁总长147m，共分为17个梁段，前13个梁段(长111．5m)顶推到位后采用高位落梁方案，剩余4个梁段在平台上拼装后直接落梁就位。#4号桥总共布置12套顶推设备，其中，18墩2套、###19～20墩各4套、21墩2套。2．2落梁方案及设备3号桥钢箱梁落梁重1800t，4号桥落梁重1150t，落梁最大高差2．1m。高位落梁过程分3图13、4号桥平面图个阶段:第一阶段采用钢箱梁顶推设备落梁;第二阶1．2钢箱梁结构概况段采用单向千斤顶组合落梁(实际落梁时，3号桥布###以第2联为例，设计为单箱三室钢箱梁，桥面板置4组20套，其中在14、17墩顶各布置4套，15、#是正交异性板结构，钢箱梁中心线处梁高3．1125m，16墩顶各布置6套;4号桥布置3组14套，其中在###桥面全宽21．3m，箱室底板外缘宽11．25m，腹板处19、21墩顶各布置4套，20墩顶布置6套);第三阶梁高3m、间距3．75m，钢箱梁腹板呈竖直状态，底段采用三向千斤顶组合落梁(3号桥总共布置三向千［2］9板水平，本桥处于超高渐变段中，顶板顶面横坡斤顶4组16套，每个墩顶各4套;4号桥总共布置三［2］10－11同路线横坡2．0%～4．0%。钢箱梁箱内设横隔板、向千斤顶3组12套，每个墩顶各4套)。［3］竖向加劲肋，纵向加劲肋等，箱梁主体采用3落梁前的准备Q345qENH钢，见图2。(1)落梁过程中由于需要不断更换、安装梁底垫板、千斤顶等钢结构物件，而且重量都较大，人力无法搬动，需要在梁底设置吊环，利用倒链进行重物的安装及拆除。(2)顶推与落梁过程中千斤顶与梁底接触面之间设置钢板支垫。墩顶设置方木垛临时支撑，方木垛顶部设置2cm厚钢板，分配千斤顶传递的集中图2钢箱梁横断面(单位:mm)力，保证方木垛及梁底板均匀受力。2落梁方案及设备配置(3)方木均采用落叶松，根据试验数据，高度14cm的方木，横纹向抗压强度达到5．45MPa，变形量为22．1落梁前顶推设备5mm。1m的支垛高度达到1m时，变形按照线性比例3号桥钢箱梁总长208m，共分为24个梁段，前估算，180t千斤顶达到最大压力时支垛变形为7mm。20个梁段(长172．5m)顶推到位后采用高位落梁(4)在钢箱梁底板下部受力处加设2cm×方案，剩余4个梁段在平台上拼装后直接落梁就85cm×85cm钢垫板，以减小钢箱梁底板局部应［4］力［2］10，同时在箱梁内部支座隔板两侧增加3道加位，不存在高位落梁问题。3号桥梁段划分见图［5－6］3。3号桥总共布置16套顶推设备，其中，14#墩2劲板，保证梁体局部稳定。套、15#～17#墩各4套、18#墩2套，顶推设备置于桥(5)各个墩顶的顶推、落梁设备均采用1套液压油泵，以保证各个设备的同步性，各个墩之间油支座垫石上。［7－9］压差控制保持一致。4逐层落梁方法以3号桥钢箱梁为例，顶推到位后落梁高度图33号桥梁段划分示意(单位:mm)2.1m，采用小行程循环落梁法，分三阶段逐步落梁。铁道建筑技术ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(07)45 ·桥涵工程·4．1第一阶段(1)顶推到位后，采用顶推设备的竖向千斤顶配合逐层抽换垫木，钢箱梁落梁29cm置于顶推设备临时支撑的箱形垫块上，见图4。图6方木支垫及180t千斤顶布置4．3第三阶段(1)由于梁体高度的不断下降，原180t千斤顶图4使用顶推设备逐步落梁(单位:mm)由于高度太大，不能在落梁后期的狭小空间内使(2)去掉顶推设备蘑菇头滑块，拆除机械结构用，且落梁后期需要对梁体的轴线位置等进行修部分，用顶推设备下部顶升装置配合纵横交错布设正，故选用高20cm的200t三向千斤顶替换180t的4层方木支垫，分4次落梁51cm，钢箱梁落在单向千斤顶。56工字钢垫梁上。(2)三向千斤顶通过5个循环落梁20cm，并进4．2第二阶段行纵横向精确调整落梁到位，见图7。(1)在顶推设备下部(横桥向盖梁纵向)穿入横向工字钢，用作骑马梁，横向直至旧桥护栏边，见图5。图7使用200t三向千斤顶落梁图5骑马梁的放置5仿真分析简述(2)利用倒链将顶推设备下部油缸逐个拉出，3号桥跨径长、自重大，在落梁的过程中安全技在旧桥护栏边采用汽车吊吊出。术要求高，为了防止在落梁的过程中出现梁体损(3)拆除骑马梁工字钢，在墩顶支座垫石间用方坏，需要对落梁过程进行受力分析，以保证结构安木搭设3个垫墩，每个垫墩尺寸长100cm、宽150cm、全。3号桥前20段(长172．5m)在顶推到位后进高100cm，垫墩上安放单向千斤顶有效高55cm，送行高位落梁，剩下的4段在拼装场平台上直接拼装，油将箱梁顶起，锁死油缸。不存在落梁问题，本文使用有限元软件ABAQUS对［11］79－80(4)拆除悬臂梁支架，在墩顶支座垫石上搭设4前20段梁段的落梁进行分析。#个方木支垫，与前面垫墩交替落梁，每个支垫长前20段在顶推到位后，在16墩上面产生最大100cm、宽150cm、高120cm，见图6。的支反力，根据计算支反力达到727t，选取该状况(5)千斤顶回油使箱梁落在支座垫石上的方木来分析落梁过程中梁体的受力。落梁的第一阶段支垫上，首次落梁10cm;以后交替抽出垫墩和支垫方与顶推阶段的梁体临时搁置受力一样，梁体满足顶［10］木每次落梁15cm，总计循环7次，落梁100cm，垫推受力要求。落梁过程中仿真分析分为3部分:墩方木全部抽出。(1)180t单向千斤顶作用时的受力;(2)200t三向46铁道建筑技术ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(07) ·桥涵工程·千斤顶作用时的受力;(3)支垫作用时的梁体受力。所用的梁体模型与前节所用一样，千斤顶由6个变5．1180t单向千斤顶作用时为4个，千斤顶的作用位置也发生改变。在落梁过程中，6个180t的千斤顶属于临时支对于荷载施加的底板处，由于合理的加劲，使承，作用在类型为hg1的横隔板底部，该作用点不属其不会发生失稳。模拟梁体受力状态，分析结果显于设计的梁体支承点，作用点也不位于腹板上，梁示，梁体中的最大Mises应力为170MPa，比使用6体此处对支承力的抵抗能力较弱。个千斤顶时增加了36MPa，最大Mises应力发生的采用有限元软件ABAQUS对局部模型进行分位置为梁体最外侧的2个千斤顶作用处，在安全范#［11］79－81析，对16墩上的梁段进行建模，模型采用围内。结构最大变形2．14mm发生在梁体底部，为shell单元，由于梁体上部的悬挑部分在落梁分析中可恢复的弹性变形。该落梁阶段，结构安全。无影响，所以对梁段的建模只用建立中间梁体部5．3当支垫顶作用时分;在箱梁底板受力位置增设2cm×85cm×85cm当使用180t以及200t千斤顶落梁的时候，需的钢板建模采用实体单元。同样千斤顶也以实体要把梁体临时搁置在长100cm、宽150cm由松木搭单元建立，千斤顶顶帽与2cm厚钢板使用Tie连成的落梁支垫上，由于该支承位置为梁体设计支承接，钢板与梁体之间的作用采用法向硬接触，切向处，在该支撑处设有加强板，梁底有2cm厚的钢板，无摩擦。所有的千斤顶使用Ｒigidybody约束，对控梁体承载力足够，只需进行一般分析即可。制千斤顶的参考点施加727t的力，模拟梁体落梁时计算结果显示，梁体中最大Mises应力为75MPa，受到的支座反力。这得益于梁底20mm钢板对支承反力的分散作用，使用子空间迭代法求解特征值，通过计算得避免荷载直接施加在梁体底部的薄钢板上，避免了出，结构横隔板底部在作用荷载的情况下，其横隔梁体损坏。梁体中最大变形为1．5mm，见图9，结板加劲较疏的地方最容易发生屈曲失稳。在获取构变形为弹性变形，在该落梁过程中，结构受力满结构特征值后，进行后屈曲分析，对千斤顶的参考足要求，处于安全状态。点施加727t的力，分析梁体在落梁过程中受到该支承反力时的响应，经过计算，结构中最大的Mises应力为134MPa，出现在与千斤顶作用的位置，最大的变形是横隔板的突起，其最大变形为2mm。结构的应力云图见图8。图9结构变形云图6结束语高位落梁方案经过阶段多、箱梁重量大、安全风险较大，每个环节必须经过充分考虑，方案中采图8结构内部Mises应力云图用的关键设备都应进行最不利工况进行设计和检［12－13］计算结果显示，结构中的最大应力处于许用范算，并根据桥位周边环境和选用的施工设备综围内，3号桥在落梁过程中，当180t单向千斤顶作合考虑需要采取的安全保障措施。后丁香特大桥用时，结构的强度刚度满足要求。高位落梁方案通过细心设计检算，精心做好施工准5．2200t三向千斤顶作用时备，并在落梁过程中认真控制，整个施工过程比较在此落梁阶段，桥墩上只有4个三向千斤顶，每顺利，3号桥10d、4号桥7d完成落梁，这为同类桥个千斤顶给梁体横隔板带给的支反力更大，要保证梁施工积累了宝贵经验。落梁的顺利进行，需对此工况进行受力分析。计算(下转第52页)铁道建筑技术ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(07)47 ·桥涵工程·状态，特别是薄壁钢箱梁在顶推过程中由于支撑对建筑技术，2014(1):58－62．梁底的集中力的影响而导致的屈曲。因此无法事［6］ZhangYezhi，LuoＲudeng．Patchloadingandimprovedmeasuresofincrementallaunchingofsteelboxgirder先分析施工过程中的局部屈曲现象。［J］．JournalofConstructionalSteelＲesearch，2012，68(2)采用ABAQUS软件，提出了三维实体模型(1):11－19．的建模方法，提出了使用参考点的约束方式、采用［7］ＲosignoliM．Thrustandguidedeviceforlaunchedbridges梁不动、垫块移动的顶推方式行进模拟。结果表［J］．JournalofBridgeEngineering，2008，5(1):75－83．明，其建模方法、分析方法与实际情况相符。本文［8］AriciM，GranataMF．Analysisofcurvedincrementally提出的分析方法可直观表现顶推过程中应力、变形launchedboxconcretebridgesusingthetransfermatrix的变化过程，可用于施工过程的模拟与监测。method［J］．BridgeStruct，2007，3(3):165－181．(3)根据后屈曲分析，提出了顶推时支座的荷［9］TianyongJiang，ZhongchuTian，JinghuaXu．Keytech-载控制法，可有效控制支座的反力，避免出现与施nologiesofwholeincrementallaunchingconstructioncon-工方案不符的工况。trolforinclinedcontinuousboxgirderwithsteeplongitu-dinalgradient［J］．AppliedMechanicsandMaterials，参考文献2012(208):2034－2039．［1］ＲosignoliM．BridgeLaunching［M］．London:Thomas［10］YezhiZhang，ＲudengLuo．PatchloadingandimprovedTelfordLtd，2002:142－185．measuresofincrementallaunchingofsteelboxgirder［J］．［2］MarzoukMohamed，El-DeinHishamZein，El-SaidMo-JournalofConstructionalSteelＲesearch，2012(68):11heeb．Applicationofcomputersimulationtoconstruction－19．ofincrementallaunchingbridges［J］．JournalofCivilEn-［11］JinfengWang，JianpingLin，ChunleiChen，etal．Simula-gineeringandManagement，2007，13(1):27－36．tionanalysisandcontrolresearchoflongmulti-spancom-［3］陈天艳．黄河路高架桥顶推施工分析及现场监测研究positebridgewithincrementallaunchingconstruction［C］．［J］．铁道建筑技术，2015(9):18－21．Proceedingsofthe11thInternationalConferenceofChi-［4］黄峻梅．新黄河特大桥156m简支钢桁梁顶推施工技neseTransportationProfessionals，2011:3078－3090．术［J］．铁道建筑技术，2014(5):64－67．［12］周大兴．顶推施工钢箱梁局部加固技术［J］．铁道建筑［5］阎永风．步履式顶推跨铁路钢箱梁施工技术［J］．铁道技术，2013(11):1－4．檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第47页)施工关键技术及设计要点探讨［J］．公路交通技术，2015(2):99－101．参考文献［7］郭宏伟．箱梁高位拼架落梁就位施工技术［J］．铁道标准设计，2004(9):76．［1］叶翰松．大跨度竖曲线钢箱梁顶推施工技术［J］．铁［8］陈孝姚，王昱馨，郑文杰．某旧桥改造工程高位落梁安道建筑技术，2014(1):27－28．装施工技术［J］．重庆建筑，2010(10):8．［2］褚冰纯．后丁香特大桥高位落梁施工［J］．北方交通，［9］胡永生．公铁合建段公路大跨度钢箱梁施工技术［J］．2014(2)．桥梁建设，2014(2):98．［3］阎永风．步履式顶推跨铁路钢箱梁施工技术［J］．铁［10］冶树平．公路钢箱梁高位落梁施工技术探讨［J］．科技道建筑技术，2014(1):59．与企业，2014(15):231．［4］高纪兵，朱浩．崇启大桥大节段钢箱梁施工技术研究［11］邹宇，魏华，王海军．钢箱梁顶推施工过程数值模拟［C］∥中国土木工程学会．第十九届全国桥梁学术会议［J］．低温建筑技术，2015(1)．论文集:上册．北京:人民交通出版社，2010:480－484．［12］马劲松．桥梁施工中高位落梁施工技术及安全质量措［5］周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册［M］．北施［J］．上海铁道科技，2011(3):85．京:人民交通出版社，2001．［13］彭波．预应力混凝土箱梁支架钢绞线法高位落梁施工［6］余茂峰，余茂科，叶建龙．钢箱梁步履式多点连续顶推技术［J］．铁道标准设计，2012(7):97．52铁道建筑技术ＲAILWAYCONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2016(07)