李松林
(中國市政工程中南設計研究總院有限公司,武漢 430014)
武漢全力二路A5 聯匝道橋為上跨東風大道高架的等高截面鋼箱連續梁,中跨底部凈空4.5 m,跨度布置為60 m,主梁斷面為單箱單式,中心處梁高2.6 m,橋面寬10.5 m,立面位于縱坡、平面位于平曲線上,如圖1 所示。中跨鋼結構總質量約290 t,材質為Q345q-D。
圖1 箱梁平立面布置圖
頂推法、吊裝法施工主要優缺點[1]見表1。吊裝法施工示意圖如圖2 所示。
表1 方案對比分析
圖2 吊裝法施工示意圖
中跨箱梁在現場二次拼裝后采用整體吊裝,吊裝半徑24 m,梁體分段重量約1 590 kN(159 t)。吊裝設備采用三一SCC4000A-2 型履帶吊單機作業[2],履帶踏面寬1.5 m,接地長度9.4 m。在HDB 超起主臂工況主要技術參數:主臂長度54 m,工作幅度24 m,超起重配重2 200 kN(220 t),后配重1 500 kN(150 t),中央配重400 kN(40 t)。
原施工區域主要為市政道路基礎[3],局部C30 混凝土硬化處理,履帶行走范圍鋪設30 mm 厚鋼板,材質Q235,長邊垂直于履帶吊放置。拼裝場地分兩側布置,單側安裝完成后更換至另一側,北側場地協調占用市政道路,如圖3 所示。
圖3 箱梁拼裝場地示意圖
鋼箱梁由13#墩向14#墩架設[4],在跨中設置臨時墩。每節箱梁分塊加工按順序運至拼裝場地,依次定位中心線、邊線,試拼滿足精度要求后進行焊接。
原東風高架橋梁為變截面混凝土現澆箱梁,橫向五箱室布置。梁底設置臨時鋼管支架,鋼管規格φ478 mm×10 mm,順橋向3 根、橫橋向2 根立柱,鋼管底部獨立擴大基礎面積1.8 m×3.5 m,混凝土厚度0.6 m,支架接觸高架橋位置應設置12 個厚度3 cm 的橡膠墊。支架主要技術參數:主分配梁2I40,平聯及斜撐槽鋼C16a,紗筒調節管φ273 mm×8 mm。橋面支架底面為11 m×1 m 矩形基礎,須占用2 股車道,車輛導行按相關規范布置。支架如圖4 所示。
圖4 支架結構設計圖(單位:mm)
計算箱梁吊裝施工過程中的支架滿布加載時強度,驗算其剛度,穩定性及支反力。由MIDAS Civil 建模計算(見圖5)。
圖5 計算模型
約束:立柱下支點處位移全約束。
載荷:(1)自重。(2)最大鋼梁節段重1 590 kN,使用12 個調節管作為支點,豎向施工荷載Fv=鋼箱梁吊裝轉換的節點荷載14.6 kN,水平施工荷載Fh=14.6×0.05=0.73 kN。(3)風荷載,根據JTG/T 3360-01—2018《公路橋梁抗風設計規范》鋼梁風載長度=26 m,鋼梁風荷載轉換的節點荷載Fh1=2.3×26/12(節點數)=5 kN,支架風荷載轉換的單元荷載Fh2=300 N/m。
風荷載分項系數取1.1,組合值系數取0.75。荷載組合=1.2×自重+1.4×施工荷載+0.825×風荷載,最大應力65 MPa≤0.8σ(σ 為鋼材強度,取215 MPa),最大應力在柱中處,如圖6所示。
圖6 荷載計算
位移結果:荷載組合=1×自重+1×施工荷載+1×風荷載,支架最大豎向位移1 mm,根據JTG D64—2015《公路鋼結構橋梁設計規范》,長度L=3 000 mm,1 mm≤L/500=6 mm;根據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》,H=5 m,最大水平位移4 mm<H/150=33 mm,滿足要求(見圖7)。反力計算:荷載組合=1×自重+1×施工荷載+1×風荷載,最大反力427 kN,有一根鋼管柱有上拔力30 kN(3 t),如圖8 所示。
圖7 豎向位移計算
圖8 反力計算
每個大節段拼接整體后焊接吊耳,吊耳固定在梁體腹板上,四點式對稱布置,單個吊耳按設計起重量500 kN(50 t)計算,制造廠根據計算確定構件中心,在場內進行試吊。吊耳材料為Q345qd,厚度δ1=30 mm,寬B=240 mm,高H=250 mm,安全系數30/12.5=2.4。
在拼裝場地將節段編號A5-D5D6、A5-D7D8 組拼為大節段[5],最大節段全尺寸為長26 m,寬10.03 m,高2.6 m,節段重量1 590 kN,用SCC4000-2 履帶吊超起主臂工況下,回轉半徑24 m,起吊高度54 m,起吊重量2 190 kN>1 590 kN,可滿足安全要求。在北側安裝D5D6,南側拼裝場地吊裝D7D8。實際吊裝加載至卸載完成,工期4 d。
為保證原有橋梁的安全,在東風大道橫向設置監測點,原有高架橋的水平位移、豎向位移監測數據較有代表性,位移點布置和觀測曲線如圖9、圖10 所示。
圖9 原橋梁北側點沉降及監測曲線
圖10 原橋梁南側點沉降及監測曲線
施工過程中從上部箱梁加載至卸載,東風大道高架橋沉降最大變量為(南側點)5.2 mm,施工完畢后東風大道高架橋最大殘余沉降為(南側點)0.1 mm;施工過程中東風大道高架橋水平位移最大變量為(北側點,向北)3.8 mm,施工完畢后東風大道高架橋最大殘余水平位移為(北側點,向南)1.0 mm。整個施工過程中,原橋梁變形在安全范圍。
以臨時支架加固原有橋梁,作為新建橋梁的臨時支點,實現上跨橋梁的整體性安裝,既能保證原有橋梁的安全,又能減少對社會交通的影響,在工期和經濟性上有較大的優勢,且切實可行。