闽江钢桁梁跨中合拢.docx
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闽江钢桁梁跨中合拢
闽江大桥钢桁梁跨中合拢施工
一、工程概况
闽江特大桥为新建铁路福厦线(福建段)站前工程Ⅰ标中一座铁路特大桥,主要跨越闽江,上部结构桥跨主跨结构为99+198+99)m连续钢桁拱。
钢梁总重为8448t,其中主桁6172t,连接系958t,桥面系1086t,高强螺栓415t,最大杆件重35t。
钢梁架设施工方案为:
边跨采用膺架法施工,中跨为全悬臂架设,跨中合拢。
二、跨中合拢的一般原理
闽江大桥钢梁三跨跨度分别L1=99m,L2=198m,L3=99m。
合拢点距43#(B)墩L2-1=96.68m,距44#(C)墩L2-2=101.32m,L2-1+L2-2=198m。
合拢处断面在左侧梁上为a-b,在右侧梁上为c-d。
钢梁在安装荷载作用下,左侧梁端断面a-b有转角
,右侧梁端断面c-d有转角
。
b、d两点均有垂直挠度和水平位移。
实现跨中无应力状态下自然地合拢有下列四个因素:
(1)消除转角的影响;
(2)消除b、d两点不同挠度、高差的影响;
(3)消除b、d两点顺桥向水平位移、里程不一致的影响;
(4)消除左、右两段钢梁平面中线不在一条直线上的影响。
消除转角影响:
有意识地将B、C墩支点顶高一个高度h,使a-b,c-d两断面接近处于竖直状态,转角的影响即可消除。
【根据计算北岸43#选取顶高值为h=0.991米(支座上垫高)、44#墩选取统一顶高值为h=1.052米(支座上垫高)】。
所以要消除转角影响,须将B、C墩支点顶高。
因此各墩顶均设置有一套完善的千斤顶顶落梁设备。
水平位移变化的影响:
通过计算,悬臂端点b、d两点有水平位移,变形后的L2-1与L2-2之和不等于L2。
又由于消除转角因素时对B、C墩各有顶高值,亦影响合拢点的水平位置。
此处还由于钢梁制造、安装、墩顶间水平距离测量等可能存在的误差,合拢时温度不同于设计温度等等原因,使b、d两点不能处在同一个里程,本桥经计算需要将钢梁顺桥向进行纵移【在44#墩单侧向福州侧纵移500mm(564.7mm)】,各墩顶均设置水平向千斤顶的纵移钢梁设备。
平面中线的影响:
两岸分别悬臂架梁,平面中线不可能完全处在一条直线上。
日照与风力均会使钢梁平面产生偏移,所以选择在无风和无日照影响的时间进行跨中合拢是十分必要的。
但为了满足跨中合拢的轴线一致,各墩顶均设置水平向千斤顶(横桥向),能使钢梁往上游或下游作横向移动。
三、合拢前钢梁的状态
福州侧钢梁悬臂拼装96.68m至A17、E17节间,43#墩为固定支座,42#墩为活动支座,两墩正式支座均已安装,福州侧42#~43#墩边跨9孔槽形梁现浇并架设完成。
架梁吊机位于A17节点后侧2.5m,施工临时荷载均未撤除,42#墩后锚索拆除。
厦门侧钢梁悬臂拼装101.32mm至A18、E18节点,44#墩临时锁定为固定支座,45#墩为活动支座,两墩正式支座均已安装,厦门侧45#~44#墩边跨9孔槽形梁现浇并架设完成。
架梁吊机位于A17节点后侧2.5m,施工临时荷载均未撤除,45#墩后锚索拆除。
此时南北岸荷载差异如下:
架梁吊机的位置差异(差1个节点)、合拢口杆件重量差异(南岸A18+E18+竖杆=30t)
墩顶反力:
墩号
42#墩
43#墩
44#墩
45#墩
墩顶反力(吨)
207
2370
2450
169
合拢前钢梁架设状态见下图:
四、合拢前准备工作
(1)墩顶布置
根据合拢需要,主墩43#、44#墩在设计标高的基础上进行顶高,43#、44#墩墩顶均设置千斤顶顶落梁和纵横移设备,可作上、下、左、右前后移动。
42#、45#墩同样布置有顶落梁和纵横移设备,但由于此时钢梁已落于正式支座上,顶落梁设备此处仅为备用。
纵横移滑道采用聚四氟乙烯板结合不锈钢板组成。
(2)测试工作
测试工作包括中线、挠度、大气和钢梁温度、钢梁应力测量。
钢梁悬臂架设前对钢梁中线进行一次调整;钢梁悬臂架设阶段,每拼出一个节间需进行一次中线、节间平面对角线尺寸、挠度、应力测量并和电算值进行比较,发现偏差,及时研究原因,作出对策,迅速调整,对钢梁架设质量进行监控,为钢梁合拢提供数据,同时绘出一昼夜内温度-时间曲线,通过同步观测,测出不同温度、日照下钢梁中线、挠度变化资料,以供选择适当的合拢时间。
控制安装荷载处于对称、平衡、均匀理想状态,除了为调整位移,在桥上按规定坐标堆放预定荷载外,其它位置均不得乱堆乱放荷载。
(3)计算工作
计算工况:
通过计算比较,先通过试算确定墩顶顶高值,以达到合拢口转角及竖向高差最接近合拢要求,确定北岸钢梁顶高0.991m,南岸钢梁顶高1.052m,后进行下列工况组合:
、在A18节点竖向加载10t;
、在A18节点向边跨水平加载100t;
、在A18、E18节点向边跨各水平加载50t;
、钢梁整体升温10℃。
(计算中考虑的施工荷载包括:
1、安装荷载(每桁)假定如下:
钢梁自重按设计统计
p1-架梁吊机70t/每桁个。
p2-拼装脚手1.5t/每桁个。
p3-初拧脚手1.5t/每桁个(后一个节间)。
p4-终拧脚手1.5t/每桁个(后三个节间)。
q1-上弦人工走道0.3t/每桁.m。
q2-下弦人工走道、安全网0.4t/每桁.m。
q3-架梁吊机走道0.15t/每桁.m(考虑33m)。
2、计算结果水平、竖向位移单位米,转角单位米为弧度。
3、计算结果为理论计算结果,仅供现场参考,由于现场条件变化以及钢梁刚度系数取值不同,实际变形情况应以实测结果为准。
)
计算结果:
北岸计算工况图式:
a、北岸在各工况下18、38节点的位移值如下:
北岸合拢口A18E18施工组合位移汇总表
节点号
荷载工况
水平位移(m)
竖向位移(m)
转角位移(rad)
18
43#墩起顶0.991m
-2.715e-001
5.027e-001
1.202e-003
38
-2.735e-001
4.973e-001
6.312e-004
18
43#墩顶
0.991m
竖向加载10t
-2.672e-001
4.802e-001
8.932e-004
38
-2.733e-001
4.747e-001
3.369e-004
18
43#墩顶
0.991m
A18水平
加载100t
-2.856e-001
5.462e-001
1.802e-003
38
-2.788e-001
5.404e-001
1.186e-003
18
43#墩顶
0.991m
A18、E18各
水平加载50t
-2.812e-001
5.259e-001
1.459e-003
38
-2.795e-001
5.204e-001
8.759e-004
18
43#墩顶
0.991m
整体升温10℃
-2.621e-001
5.072e-001
1.217e-003
38
-2.639e-001
5.003e-001
6.464e-004
说明:
节点号18为合拢口A18的相关数据,节点号38为合拢口E18的相关数据。
b、南岸在各工况下18、38节点的位移值如下:
南岸计算图示:
南岸合拢口A18E18施工组合位移汇总表
节点号
荷载工况
水平位移(m)
竖向位移(m)
转角位移(rad)
18
44#墩起顶1.052m
-2.778e-001
4.805e-001
2.450e-004
38
-2.914e-001
4.799e-001
2.588e-004
18
44#墩顶
1.052m
竖向加载10t
-2.734e-001
4.579e-001
-5.781e-005
38
-2.912e-001
4.573e-001
-3.353e-005
18
44#墩顶
1.052m
A18水平
加载100t
-2.918e-001
5.240e-001
8.425e-004
38
-2.967e-001
5.234e-001
8.553e-004
18
44#墩顶
1.052m
A18、E18各
水平加载50t
-2.874e-001
5.037e-001
5.004e-004
38
-2.974e-001
5.031e-001
5.145e-004
18
44#墩顶
1.52m
整体升温10℃
-2.683e-001
4.850e-001
2.602e-004
38
-2.818e-001
4.829e-001
2.739e-004
说明:
节点号18为合拢口A18的相关数据,节点号38为合拢口E18的相关数据。
计算分析:
1)采用主墩墩顶顶高结合合拢口少量压重(北岸压重10t)以调整合拢口转角及挠度影响;调整后计算结果如下:
标高的差值为:
上弦A18(18)节点:
Δy=4.802e-001m-4.805e-001m=0.0003m
下弦E18(38)节点:
Δy=4.973e-001m-4.747e-001m=0.0226m
此时合拢口18、38节点的转角位移也非常小,可以通过其他措施微调进行合拢。
2)水平距离
钢梁合拢口的在此时的开口宽度为:
上弦A18(18)节点处:
Δx=2.672e-001m+2.778e-001m=0.545m
下弦E18(38)节点处:
Δx=2.733e-001m+2.914e-001m=0.5647m
通过墩顶纵向偏移调整0.5m,再通过其他措施微调64.7mm进行合拢。
3)温度调整:
温度变化对水平位移影响较明显:
当温度升高10℃时钢梁向跨中的伸长量为:
北岸:
上弦A18(18)节点:
Δx=2.715e-001m-2.621e-001m=0.0094m
下弦E18(38)节点:
Δx=2.735e-001m-2.639e-001m=0.0096m
南岸:
上弦A18(18)节点:
Δx=2.778e-001m-2.683e-001m=0.0095
下弦E18(38)节点:
Δx=2.914e-001m-2.818e-001m=0.0096
综合以上知,每升高1℃钢梁向跨中的平均伸长量为:
Δ=(0.0094+0.0096+0.0095+0.0096)/40=0.0009525m=0.9525mm
本桥合拢孔跨度大,受日照影响,钢梁平面弯曲变形、温度伸缩量亦大。
合拢孔位于江心高空,气候变化因素复杂,全桥合拢时应统一指挥,严密分工;选定无风、无日照影响,气温变化不大的一段时间(如傍晚或清晨)连续作战,抓紧在最短时间内一气呵成。
4)合拢口顶推调整:
通过计算知在钢梁的上下弦进行顶推较只在上弦顶推合理,此时上、下弦各顶推50t时钢梁的压缩量为:
对于北岸:
上弦A18(18)节点:
Δx=2.812e-001m-2.715e-001m=0.0097m=9.7mm
下弦E18(38)节点:
Δx=2.795e-001m-2.735e-001m=0.006m=6mm
对于南岸:
上弦A18(18)节点:
Δx=2.874e-001m-2.778e-001m=0.0096m=9.6mm
下弦E18(38)节点:
Δx=2.974e-001m-2.914e-001m=0.006m=6mm
(4)合拢结构设计
a)合拢口的位置:
在距A18、E18节点2.4m处设合拢口,斜杆在A18节点合拢。
b)合拢铰的设计:
参考芜湖桥设计,合拢杆件合拢点采用长圆孔加圆孔合龙铰的措施,规定先调整横桥向(Z方向)位置,然后调整竖向(Y方向),在长圆孔内穿入φ79mm锥形销栓,使Y方向受到约束,再调X方向距离,在圆孔内穿入φ119mm锥形销栓,抽去长圆孔铰轴,使合龙节点保持铰接。
为确保钢梁的设计拱度,防止在合拢处造成局部下凹,拼装过程中要求下弦尽量保持负公差。
c)合拢口顶推设计:
设计顶推装置备用,用于合拢口钢梁水平间距的微调。
四、合拢施工:
(一)通过上述计算分析,并对钢梁进行顶高、对中线、纵移测量合拢口距离等宏观调整后,对钢梁合拢口进行精确的测量和观察后即可进行钢梁合拢。
合拢顺序:
施工时上弦杆、下弦杆和斜杆一起安装就位,斜杆下口打上冲钉,上口带上拼接板,待上弦杆合龙完成,再合龙斜杆,最后合龙下弦杆;主桁杆件合拢后,安装下平联及纵横梁等。
实际施工时上、下弦的合拢顺序可根据实际情况调整。
钢梁合拢口的调整措施主要包括:
Z向(上下游方向):
上下游用导链对拉。
Y向(竖向):
采用压重(包括吊机)来调整。
X向(顺桥向):
用特制顶拉设备来调整。
(二)合拢步骤:
1、横向调整中线
2、43#、44#墩墩顶顶高,并结合压重调整合拢口转角及标高;
3、测量合拢口间距,解除44#墩支座锁定,在44#墩分步纵移,同时调整45#墩支座位置;
起顶钢梁使支座脱空约1cm,纵向顶推钢梁使纵移250mm,同时44#支座分步向前滑行250mm(相对底板),45#墩钢梁落于支座上,钢梁和支座在底板上滑行250mm;45#墩钢梁起顶,使支座(带底板)前移250mm,落于支座上;44#墩落梁与支座上,调整顶位后再次起顶钢梁,纵向顶推钢梁使纵移250mm,此时支座中线与钢梁支点偏差为250mm,45#墩钢梁和支座在底板上继续滑行250mm;钢梁纵移结束。
4、安装弦杆合拢口长圆孔及圆孔;
5、安装弦杆合拢口拼接板;
6、拼装合拢口斜杆;
7、按照《架梁规则》施拧合拢口高栓。
五、合龙机具设备配备
上下弦合龙处及斜杆合龙处均设顶拉设施,可顶可拉。
另备数台1000kN、300~500kN手动顶以及100kN导链等设备。
墩号
合拢设备
数量
备注
42#墩
LGZJ11000DX-150
2
安装到位
500t千斤顶
4
墩顶起顶布置
200t千斤顶
2
墩顶横移布置
钢垫块
43#墩
LGZJ65000GD
2
安装到位
500t千斤顶
8
200t千斤顶
2
钢垫块
44#墩
LGZJ65000DX-250
2
安装到位,合拢过程中需调整
500t千斤顶
8
200t千斤顶
4
钢垫块
45#墩
LGZJ11000DX-350
2
安装到位,合拢过程中需调整
500t千斤顶
4
200t千斤顶
2
钢垫块
实际测量结果同计算结果差7mm
根据南岸1123,重新计算43#墩起顶高度
确定南岸纵移措施
合龙顺序的确定(先下弦?
先上弦)
计划6月15日合龙
临时设施提前加工制造
拱顶合拢的可行性,拱脚合拢的可行性
李总:
合拢顺序:
下-上-斜
纵移的问题,纵移量的分解
与设计院的沟通
北岸槽形梁的施工滞后,对合拢的影响(北岸4跨,南岸9跨,槽形梁施工1块/10天)
童总:
合拢设计近期完成
纵移可否提前进行?
预偏
南岸必须完成9块槽形梁,北岸按4块槽形梁考虑
架梁吊机站位确定
农总:
施工荷载的影响(对现场施工荷载确认)
增加架梁吊机不同的站位(给出范围),对挠度的影响,吊机距离节点中心为4米。
(南岸架梁吊机站在A16节点,北岸架梁吊机站在A15节点)
连续梁合拢方案5月15日完成
拱的施工及合拢5月20日完成