鋼桁梁懸索橋平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

莊 開 偉

(四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司，四川 成都 610000)

鋼桁梁懸索橋平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

莊 開 偉

(四川公路橋梁建設(shè)集團有限公司，四川 成都 610000)

鋼桁梁懸索橋上平聯(lián)及橋面板安裝常規(guī)施工缺乏操作平臺，難于設(shè)置安全保護措施，給節(jié)段連接施工帶來相當(dāng)大的難度及安全隱患。葫蘆口大橋鋼桁梁施工首次自行設(shè)計并使用平聯(lián)安裝吊架，保證了施工安全的同時，節(jié)約了工期。該系統(tǒng)體現(xiàn)出較高的適用性，具有在同類橋梁施工中推廣意義。

橋梁工程；懸索橋；鋼桁梁；平聯(lián)安裝吊架

0工程背景

懸索橋加勁梁可以分為鋼箱梁、鋼桁架梁、預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁。大跨徑懸索橋一般采用鋼箱梁或者鋼桁梁架兩種形式[1]。

金沙江葫蘆口大橋為白鶴灘水電站蓄水前連接地方道路與水電站進場專用道路主要通道，電站建設(shè)所需的外來物資都需從此經(jīng)過；蓄水后其為連接川滇兩省的永久道路。葫蘆口大橋主跨656 m，加勁梁采用鋼桁架加勁梁形式。鋼桁架梁一般采用預(yù)制桿件現(xiàn)場拼裝成節(jié)段，然后吊裝就位后合攏成為整體加勁梁[2]。吊裝節(jié)段由主桁架，橫梁，上下平聯(lián)，鋼縱梁等幾部分組成[3]，如圖1。

鋼桁架式加勁梁分節(jié)段吊裝到位后，節(jié)段通過吊索、索夾與主纜連接[4]。節(jié)段間的連接就需要作業(yè)人員通過連接板和高強螺栓實現(xiàn)，節(jié)段吊裝按照從中間向兩岸順序?qū)ΨQ進行。在全部節(jié)段沒有吊裝完成期間，節(jié)段間暫時性使用連接板和50 cm銷栓進行鉸接，待全部節(jié)段吊裝完畢條件達到后使用高強螺栓剛結(jié)[5]。

圖1鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段Fig.1Standard section of steel truss girder

1施工要點

當(dāng)全部節(jié)段吊裝完成后，需要進行一項相當(dāng)重要，但是安全風(fēng)險大的工作項目，就是節(jié)段間平聯(lián)安裝[6]，如圖2。

圖2未進行平聯(lián)安裝的節(jié)段Fig.2Sections without flat coupling installation

節(jié)段間平聯(lián)安裝作為高空作業(yè)，受空間限制，可使用的施工機械相當(dāng)有限。因此常規(guī)施工主要采用人工施工方法安裝[7]。上平聯(lián)桿件較長，單根重量達到0.8 t，平聯(lián)框架中心部位有連接板，連接板重量有0.11 t，桿(板)件的尺寸及重量給人工作業(yè)造成了相當(dāng)大的困難。以往的懸索橋施工在上平聯(lián)安裝作業(yè)環(huán)節(jié)中，效率低，耗時長，安全風(fēng)險大給施工管理及工期帶來了很大壓力[8]。

由于葫蘆口大橋工期要求緊，采用常規(guī)施工方法達不到工期要求，在優(yōu)先使用自有材料條件下，筆者提出設(shè)計并加工制作鋼桁梁上平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)的構(gòu)想[9]。為方便安裝上平聯(lián)以及考慮到后續(xù)橋面板落位工序的使用，上平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)必須具備以下功能及要求：① 方便作業(yè)人員走動；② 具有小型化起重、吊運功能；③ 作業(yè)人員安全保障功能；④ 施工效率大于常規(guī)施工方法。

基于吊架功能要求，擬采用型鋼結(jié)構(gòu)以及電動葫蘆組成平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)。

2上平聯(lián)安裝吊架設(shè)計及計算

平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)初步設(shè)計驗算如圖3。

圖3吊架結(jié)構(gòu)Fig.3Flat coupling installation system structure

圖3中：系統(tǒng)主要由鋼結(jié)構(gòu)支架及電機行走軌道組成。支架主要由Φ426×5 mm鋼管立柱，2I56b工字鋼橫梁，H200×200型鋼平聯(lián)，14b槽鋼豎斜聯(lián)構(gòu)成；行走軌道由I45b工字鋼構(gòu)成。行走軌道工字鋼上安裝MD1-5型電動葫蘆，通過接線連接電源，形成整個鋼桁梁平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)[10]。吊架系統(tǒng)直接放置于加勁梁橫梁上弦頂面。吊架主要承受架體自重、平聯(lián)及拼接板重量、風(fēng)荷載、機械荷載、人荷載等，對吊架進行有限元軟件應(yīng)力模擬分析，結(jié)果如圖4。

圖4吊架應(yīng)力和位移Fig.4Flat coupling installation system stress and displacement

通過驗算，平聯(lián)安裝吊架受力及位移特性滿足使用要求及規(guī)范規(guī)定，整個吊架設(shè)計可行。

項目部及經(jīng)驗豐富的協(xié)作隊伍管理人員進行討論后對初步設(shè)計進行了優(yōu)化改進：由于上平聯(lián)及斜聯(lián)影響電動葫蘆，因此去除吊架上頂面平面連接系；截短軌道梁至上橫梁位置，減小軌道梁間距，改橫梁底面焊接為橫梁頂面與軌道梁焊接。形成最終的平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)方案[11]。最終吊架形式如圖5。

圖5吊架整體Fig.5Flat coupling installation system

3吊架施工作業(yè)

3.1上平聯(lián)安裝(圖6)

吊架輔助下的節(jié)段間上平聯(lián)安裝施工流程為：吊架就位→上平聯(lián)桿件移動就位→安裝連接板→高栓施工→吊架移位。

具體施工步驟如下：首先，吊架在橋墩處，拼裝焊接完成后，由纜索吊系統(tǒng)吊至第一處平聯(lián)安裝位置(第1節(jié)段與第2節(jié)段間)。吊架到達指定位置后，采用鏈子葫蘆將吊架下橫梁與鋼桁加勁梁橫梁進行連接，使其穩(wěn)固，然后松脫吊架與纜索吊系統(tǒng)連接。然后進行上平聯(lián)安裝，在吊架系統(tǒng)的下平聯(lián)頂面橫橋向放置人行走道(采用葫蘆口大橋檢修走道臨時使用)作為施工人員施工平臺。使用鋼繩連接電動葫蘆和上平聯(lián)桿件(吊裝節(jié)段時已臨時固定于吊裝節(jié)段間)，作業(yè)人員操作吊架軌道梁上電動葫蘆移動桿件使其到達指定位置。上平聯(lián)桿件就位后，人工進行上平聯(lián)連接板安裝及高栓施工。第1、2節(jié)段間上平聯(lián)安裝完成后，連接吊架與纜索吊系統(tǒng)，然后松開吊架與橫梁連接的鏈子葫蘆，利用纜索吊系統(tǒng)把吊架移動至2、3節(jié)段間上平聯(lián)安裝位置進行下一個施工循環(huán)。

吊架橫向?qū)挾刃∮谪埖篱g凈寬度，也小于桁梁寬度，利用纜索吊系統(tǒng)，吊架可不受影響的在桁梁上部和兩主纜間縱向移動，到達指定安裝位置。

采用安裝吊架進行施工后，上平聯(lián)安裝效率得到了有效提升。整體36段上平聯(lián)安裝時間縮短到至20 d。在工期縮短的同時，高空作業(yè)人員的安全也得到了一定程度的保證。

圖6安裝上平聯(lián)Fig.6Flat coupling installation

3.2橋面板安裝(圖7)

進行完上平聯(lián)安裝及鋼桁架上弦桿剛結(jié)工作后，下一步進行的工序為鋼縱梁安裝，再下一步進行的工序就是橋面板安裝(橋面板采用預(yù)制混凝土“π”形板)。這個工序施工中，平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)也起到了相當(dāng)大的作用。

與上平聯(lián)安裝施工基本類似，橋面板的起吊及落位均可使用改制后的平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)(去除吊架立柱間下部橫向連接，避免影響橋面板移動)?；臼┕ち鞒虨椋旱跫芫臀弧鷺蛎姘逡苿勇湮弧跫芤莆?。具體施工步驟為：首先利用纜索吊系統(tǒng)將吊架移動至指定位置，然后進行吊架與鋼縱梁臨時固定，固定好吊架后，松開吊架與纜索吊連接，操作人員利用吊架上的電動葫蘆和鋼束移動預(yù)制橋面板至縱梁上安裝位置，橋面板安裝好后，松開吊架臨時固定，通過纜索吊系統(tǒng)將吊架移動至下一個橋面板安裝位置。

圖7橋面板精準(zhǔn)就位Fig.7Precast slab in position

4結(jié)語

新型鋼桁梁平聯(lián)安裝吊架系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用，給葫蘆口大橋上平聯(lián)安裝及橋面板安裝提供了相當(dāng)大的便利。不僅節(jié)約了成本及工期，同時給高空作業(yè)人員提供了一個相對安全可靠的施工平臺。此種結(jié)構(gòu)措施可以推廣應(yīng)用到以后的鋼桁梁懸索橋施工中，或者作為參考指導(dǎo)后續(xù)懸索橋施工。

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(責(zé)任編輯：劉韜)

Design and Application of Flat Coupling Installation System Used in the Suspension Bridge with Steel Truss Girder

ZHUANG Kaiwei

(Sichuan Road & Bridge (Group) Co. Ltd., Chengdu 610000, Sichuan, P. R. China)

In the flat coupling and precast slab installation of steel truss girder suspension bridge, the regular construction lacks appropriate service platform; therefore, it is hard and dangerous for the construction of section connection because the safety protection measures are hard to set up. In the construction of steel truss girder of Hulukou Bridge, the flat coupling installation system was firstly designed and applied. The proposed system ensures the construction safety and saves the construction time, which has high applicability and promotion significance in the construction of similar bridges.

bridge engineering; suspension bridge; steel truss girder; flat coupling installation system

U445.469

A

1674-0696(2017)10-015-04

2016-05-17；

2016-11-18

莊開偉(1975—)，男，四川閬中人，工程師，主要從事橋梁吊裝施工及管理方面的工作。E-mail：23222358@qq.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.10.03