1-50 m 單箱雙室鋼箱梁橋吊運(yùn)與承載能力驗算分析

杜虎明 ，申鐵軍

（1.山西路橋橋隧工程有限公司，山西 朔州 036000；2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

引言

青蘭國家高速公路長治至延安聯(lián)絡(luò)線（G2211）采用分離式路基，設(shè)計行車速度80 km/h，山西境G341 大橋，上部結(jié)構(gòu)為1×50 m 簡支鋼箱梁，單幅橋梁寬度為12.5 m。G341 鋼箱梁橋鋼箱梁孔跨布置為1-50 m，采用全焊接單箱雙室鋼箱梁橋。全橋采用Q355qD 鋼板,分為左右兩幅，每幅橋用鋼量為345 t，合計用鋼量690 t。采用場內(nèi)節(jié)段制作，使用大平板運(yùn)輸至橋位。鋼箱梁節(jié)段屬于超重超限構(gòu)件，且運(yùn)輸路程較遠(yuǎn)，運(yùn)輸線路上干擾多，需提前勘測路線，保證運(yùn)輸路線暢通。在運(yùn)梁車上做運(yùn)梁支架及其他安全措施，專人負(fù)責(zé)，科學(xué)編制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)跹b順序，保證各工序協(xié)調(diào)、高效、安全施工。

1 鋼箱梁運(yùn)輸

根據(jù)本橋所在位置，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，加工場地設(shè)置在距離橋位3.5 km 的本高速服務(wù)區(qū)施工臨時場地內(nèi)。經(jīng)沿途實際現(xiàn)場勘察，根據(jù)橋梁承重、架空路線凈高及彎道半徑，運(yùn)輸線路內(nèi)道路滿足運(yùn)梁板車行駛要求，根據(jù)以前類似性質(zhì)工程的經(jīng)驗以及本工程的特點，鋼梁全部節(jié)段及零部件均采用低平板重型半掛車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場橋位。從鋼梁加工場地出發(fā)，經(jīng)由施工便道右轉(zhuǎn)至新程線，然后再右轉(zhuǎn)上運(yùn)至吊裝施工現(xiàn)場，運(yùn)輸車輛選擇重型平板式半掛車。

1.1 封閉交通措施

鋼梁作業(yè)前，組織運(yùn)輸板車司機(jī)及前相關(guān)人員對線路實施預(yù)演，熟悉運(yùn)輸線路，預(yù)測可能發(fā)生的情況。從施工便道進(jìn)入G341 運(yùn)至吊裝現(xiàn)場約1.5 km，國道G341 凈寬7.5 m，應(yīng)與當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T協(xié)調(diào)，采取臨時封閉交通措施。運(yùn)輸過程服從當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T的協(xié)調(diào)指揮，正常運(yùn)輸速度必須控制在10 km/h 以下，施工便道不平整道路控制在5 km/h 以下。

1.2 進(jìn)行捆扎加固

從運(yùn)輸構(gòu)件橫向?qū)摻z繩進(jìn)行捆扎加固，每個構(gòu)件橫向捆扎三道，用3 ～5 t 手動葫蘆進(jìn)行捆扎緊固。為防止鋼梁運(yùn)輸過程中橫向失穩(wěn)傾覆，保持鋼梁的穩(wěn)定，在鋼梁的懸挑側(cè)利用工字鋼加工2 個臨時支撐，并與鋼梁進(jìn)行焊接，確保運(yùn)輸安全可靠。

1.3 構(gòu)件節(jié)段包裝

構(gòu)件節(jié)段的包裝必須在涂裝干燥后進(jìn)行，并應(yīng)防止損傷漆面。構(gòu)件上、下都安裝警示燈。構(gòu)件節(jié)段應(yīng)標(biāo)明編號、分類以免混淆。重大構(gòu)件出廠前應(yīng)進(jìn)行稱重，并標(biāo)明重心，重量位置和定位標(biāo)記。

2 鋼箱梁吊裝及地基承載力驗算

本橋鋼箱梁采用支架法吊裝方式。將節(jié)段從工廠轉(zhuǎn)運(yùn)至橋位后，依照設(shè)計要求，將節(jié)段用吊車吊至橋墩上，進(jìn)行合龍焊接。鋼箱梁安裝前，應(yīng)對墩頂高程、中線及每孔跨徑進(jìn)行復(fù)測，不超過允許偏差紅線方可安裝。

2.1 吊裝最不利工況分析及地基承載力驗算

鋼箱梁每幅共分為6 個吊裝段，最大尺寸為19.2 m，最大重量60 t，吊裝高度最高19 m。

2.1.1 吊裝最不利工況分析及地基承載力驗算

針對鋼箱梁吊裝最不利工況進(jìn)行分析，最大重量箱體重60 t。箱體尺寸：長19.2 m，寬6.4 m，高2.5 m。根據(jù)現(xiàn)場情況，吊車起吊高度最高為19 m，吊裝半徑9 m。300 t 汽車吊在吊裝半徑為9 m，臂長40.25 m 時，可以吊裝75 t 重，所以選擇一臺300 t 汽車吊作為起重機(jī)。

（1）300 t 汽車吊自重為72 t，配重為100 t，最大吊重為60 t，吊鉤重量為2 t。（2）單個汽車吊的最大支腿反力為117 t，汽車吊支腿下設(shè)置2.8 m×2.8 m×15 cm 的基板。汽車吊支腿下最大的地基承載力為149.2 kPa。（3）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068—2001），考慮1.5 倍的可變荷載分項系數(shù)，最大的地基承載力為223.8 kPa。（4）驗算結(jié)論：在吊裝前，需對地面進(jìn)行地基承載力試驗，保證地基承載力＞223.8 kPa。對于承載力不足的地面，進(jìn)行混凝土鋪裝硬化。

2.1.2 吊耳的選擇

吊耳采用與鋼混組合梁同材質(zhì)的Q355qD 鋼板，最大吊裝段重量為60 t，吊裝時3 點受力，即每個吊耳承重為20 t。吊耳選取根據(jù)《船體分段吊耳制作安裝技術(shù)要求》（JS/S-006—2007），為保證現(xiàn)場吊裝安全，擴(kuò)大安全系數(shù)，吊裝選取D30 t 吊耳（即單個吊耳承重為30 t）。此吊耳采用厚度為30 mm 鋼板，吊耳長度為280 mm，吊耳孔直徑為80 mm，吊耳與箱梁頂板全熔透焊接。每段鋼箱梁采用4個吊耳吊裝，吊耳布置圖原則同主線橋吊耳布置。吊耳材質(zhì)與鋼箱梁材質(zhì)相同，均采用Q355qD 鋼板，吊耳選用大連船舶重工集團(tuán)有限公司船舶及海洋工程設(shè)計研究所D30 型標(biāo)準(zhǔn)板眼。

2.1.3 焊縫的驗算

Q355 焊縫強(qiáng)度設(shè)計值σfw=200 N/mm2，對于對接T 型焊縫強(qiáng)度：

式中：σw—焊縫應(yīng)力，N/mm2；Lw—焊縫有效計算長度，mm，Lw=240 mm（減去兩端頭各20 mm 熱影響區(qū)）；t—熱影響區(qū)，mm，t=30 mm?？紤]1.3 倍不均衡系數(shù)，則焊縫應(yīng)力σw=36.11 N/mm2＜σfw=200 N/mm2，滿足要求。

利用拉曼公式計算吊耳孔壁擠壓應(yīng)力，滿足d-d1 ≤0.02d的先決條件，應(yīng)用拉曼公式板孔校核：

式中：k—動載系數(shù)，k=1.1；σ—板孔壁承壓應(yīng)力，MPa；P—吊耳板所受外力，N；δ—板孔壁厚度，mm；d—板孔孔徑，mm；d1—吊軸直徑，mm；R—吊耳板外緣有效半徑，mm；r—板孔半徑，mm；fw—吊耳板材料抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，N/mm2；

驗算結(jié)論為焊縫許用應(yīng)力σ=53.9 N/mm2＜fw=355 N/mm2，滿足要求。

2.1.4 鋼絲繩承載力驗算

選取Φ56 mm 纖維芯鋼絲繩，公稱抗拉強(qiáng)度1 960 MPa，查《重要用途鋼絲繩》（GB/T8918—2006），其破斷拉力為2 030 kN。本工程最重節(jié)段為60 t，每個吊點采用單根鋼絲繩，單根鋼絲繩受力F=253 kN（吊裝時按3 點受力計算）單根鋼絲繩安全系數(shù)K=6.58 ＞6，滿足要求。經(jīng)過驗算，鋼絲繩的選型滿足要求。鋼繩的拉力為25.29 t，為安全起見卸扣選取30 t 的卸扣。

2.2 吊裝技術(shù)分析

2.2.1 吊裝順序分析

吊裝順序為先吊裝右幅，由大里程側(cè)向小里程側(cè)吊裝，右幅依次：A →E →C；左幅依次：B →F →D。吊車占位在臨時支架外側(cè)，運(yùn)梁車?？吭诘踯嚺?，運(yùn)梁車到場后立即吊裝，以免二次倒運(yùn)。吊車一次占位吊裝一片梁。吊車工作半徑9 m，吊裝高度最高19 m，最低17 m。吊車占位與吊耳布置見圖1。

圖1 吊車占位與吊耳布置

2.2.2 吊裝工藝分析

（1）拼裝

鋼梁拼裝過程中，項目測量人員應(yīng)在鋼箱梁上布設(shè)固定的測量控制點，對其進(jìn)行全過程檢測。張忠伍等[1]認(rèn)為：鋼梁在吊裝前，測量人員提前在臨時支架頂部放出鋼梁邊線及中心線，便于鋼梁吊裝定位；同時復(fù)核臨時支架頂部高程（即鋼梁底板高程）是否準(zhǔn)確，如果誤差超過規(guī)范要求，及時進(jìn)行調(diào)整。鋼梁每拼裝完畢一節(jié)后，測量人員對安裝完畢的鋼梁頂板進(jìn)行十字測量放線，同時進(jìn)行高程測量，復(fù)核鋼梁平面方向和垂直方向是否安裝正確，如果誤差超過規(guī)范要求，及時進(jìn)行調(diào)整。

（2）定位

當(dāng)分段吊鉤與鋼梁頂板四個吊點掛好結(jié)束后，安全員對其進(jìn)行檢查驗收，合格后，再由吊裝指揮員指揮吊車司機(jī)將分段緩慢起升（吊裝前在分段箱體上系設(shè)好2 根防風(fēng)麻繩，以控制分段在空中時的狀態(tài)）。張聰[2]試驗，在達(dá)到預(yù)定起升高度時（超過臨時支架頂表面1 m 以上），吊裝指揮指揮吊車緩慢轉(zhuǎn)動吊臂到預(yù)定安裝位置上方后，吊車緩慢落鉤將分段吊運(yùn)至臨時支架頂面20 cm 左右停下，然后人工參照事先放出鋼梁底板邊線、中心線將鋼梁初步定位后吊車再繼續(xù)落鉤至安裝位置。

2.2.3 吊裝注意事項與吊裝工況

申鐵軍[3]認(rèn)為，在承載鋼梁分段的H 型鋼上焊接一個千斤頂反力點，通過千斤頂?shù)捻斖屏硗瓿射摿鹤笥椅恢玫恼{(diào)整?，F(xiàn)場使用的所有鋼繩、卸扣、掛鉤等吊裝用具都應(yīng)按照本方案中計算后所要求的規(guī)格，只允許超出此規(guī)格，不允許減?。桓鞣N吊具購買后要有質(zhì)量合格證書，自有的吊具要按照相關(guān)要求進(jìn)行保養(yǎng)，要達(dá)到使用要求，方可使用；進(jìn)場的吊具要嚴(yán)格檢驗是否符合吊裝要求，對斷絲的鋼絲繩要及時更換，掛鉤、卸扣要在使用過程中隨時檢查是否出現(xiàn)安全隱患，如果有發(fā)生安全隱患，要及時修補(bǔ)、更換。300 t 汽車吊裝工況分析見表1、圖2。

表1 300 t 汽車吊裝工況

鋼梁正式起吊前，每段鋼梁必須試吊一次。同時，需注意兩點：首先，鋼箱梁需由運(yùn)梁車選取合適的路徑由鋼梁廠運(yùn)輸?shù)降跹b指定位置；其次吊裝工作開始前，要提前勘察吊裝場地，探明吊車占位處地下有無陰溝、暗井，避免吊裝時吊車傾覆，造成危險。

3 結(jié)語

以青蘭國家高速公路長治至延安聯(lián)絡(luò)線（G2211）山西境G341 大橋，上部結(jié)構(gòu)為1×50 m 簡支鋼箱梁為研究對象，進(jìn)行了鋼箱梁吊裝及地基承載力驗算。對300 t 汽車吊裝不同工況參數(shù)進(jìn)行對比分析，結(jié)合施工難度、吊車站位確定合理的鋼箱梁吊裝方案：先吊裝右幅，由大里程側(cè)向小里程側(cè)吊裝，右幅依次：A →E →C；左幅依次：B →F →D。