上海长江大桥钢箱梁安装技术Word文档格式.docx
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bridge;
ShanghaiYangtzeRiverBridge;
steelboxgirder;
hoisting;
temporaryfixing;
constructiontechnology
[收稿日期]2008209216
1 工程概况
上海崇明越江通道工程位于上海市东部,由南港隧道工程和北港桥梁工程组成,总长2515km,是目前世界上最长的隧桥结合工程。
北港桥梁工程全长
16155km,其中主通航孔桥为主跨730m的双塔双索面
钢箱梁斜拉桥,跨径布置为92+258+730+258+92=
1430m（见图1
。
图1 主通航孔桥构造
Fig.1 Structureofmainnavigationopeningbridge
主梁为扁平闭口流线形钢箱梁,梁体采用分离式双主梁形式,梁高410m、宽20175m,两主梁间距1010m,中间采用横系梁联结（TA梁段除外,横系梁间距15m,为矩形箱梁断面,梁高410m、宽3175m,顶、底板厚
14mm,腹板厚12mm,钢箱梁标准节段结构如图2所示。
2 施工难点
1箱梁全宽5115m,目前为国内最宽,且梁体采用
分离式双主梁形式,中间采用横系梁联结,横系梁相对于梁体较弱,吊装及运输过程中极易发生变形。
2主塔为人字形结构,
独柱结构从分离式双主梁
图2 钢箱梁标准节段结构
Fig.2 Standardsegmentstructureofsteelboxgirder
中间穿过,因此导致0号块梁段无法锚固（以往桥梁,0号块梁段均锚固在下横梁上。
3双悬臂和单悬臂施工距离长（最大双悬臂258m,最大单悬臂365m,在最大双悬臂和最大单悬臂
施工时,不平衡荷载会对主梁产生巨大的不平衡竖、横
向力矩和纵向力。
4临时墩位于中跨侧,墩位处水深流急,且临时墩
支架受力非常大。
5工程地处长江入海口,施工环境比较恶劣。
3 关键施工技术
311 支架区钢箱梁节段吊装
根据钢箱梁制作进度,支架区钢箱梁吊装分3阶段进行:
①吊装0号块梁段,共计12块;
②吊装临时墩
2009年5月第38卷 第5期施 工 技 术
CONSTRUCTIONTECHNOLOGY
51
顶梁段,共计2块;
③吊装辅、边墩墩顶梁段,共计6块。
钢箱梁标准节段长15m,宽5115m,最大重量602t,
0号块处最大吊装高度约64m（未计吊具高度,辅、边
墩墩顶梁段最大吊装高度约56m（未计吊具高度,临时墩顶梁段最大吊装高度小于40m,钢箱梁横桥向两排吊耳之间的距离为271364m,吊装角度按45°
计算,吊具部分高度将达到15m,整个钢箱梁吊装高度将达到
79m和71m。
31111 吊装设备选择
通过市场调查并结合工程特点,选用稳强3号浮吊进行支架区0号块梁段的安装。
吊具采用苏通大桥钢箱梁吊装用吊具进行改造,该吊具特点:
将主吊索
（吊具与吊钩连接的吊索和次吊索（吊具与钢箱梁连
接的吊索设计在同一断面上,产生弯矩,,,可以,拆装方便,适于本桥中间比较弱的分体式钢箱梁吊装。
若要降低此吊具高度,只能考虑降低主吊索与次吊索的高度。
经研究,将次吊索改造成全钢结构,吊具高度降低了2m,主吊索全部取消,用次吊索直接与浮吊大钩连接,即利用浮吊吊索代替主吊索,吊具高度大大降低,完全能够采用此浮吊安装钢箱梁（见图3
图3 吊具示意
Fig.3 Spreaderstructure
31112 0号块梁段吊装、调整
浮吊及运梁船按照预定位置进行抛锚定位,浮吊逐块起吊钢箱梁节段,放置在临时支架顶面并利用支架顶的轨道滑移就位。
一个墩所有梁段均吊装完毕后采用三向千斤顶进行梁段调整,三向千斤顶可实现钢箱梁竖向、纵向和横向任意移动,能够确保钢箱梁按照预定位置调整到位。
梁段调整时,按照先调整轴线,再调整里程,最后调整标高的顺序进行。
调整好后,在支架上打支墩,支承起钢箱梁,再进行复测,直至梁段标高、四角相对高差、轴线符合要求后,在支座上进行临时固定作为起始梁段（以防止其它梁段调整时影响起始段。
然后依次进行其它梁段的调整并与已施工完梁段焊接。
312 0号块梁段锚固
0号块梁段焊接成整体后,通常与下横梁进行锚
固。
但由于塔柱为人字形,在桥面处塔柱以独柱形式穿过桥面,没有用来锚固0号块梁段的下横梁,因此,0号块梁段竖向只能锚固在临时支架上,而纵、横向可锚固在塔柱上。
31211 0号块锚固受力计算
在斜拉桥主桥悬臂施工过程中,索塔两侧的梁体因自重荷载、临时荷载或出现落梁工况等原因导致荷载不平衡会产生一定的倾覆力矩,且两侧斜拉索不对称张拉力或风荷载等也会对主梁产生一定的水平或纵向推力。
一般在施工中都,待主桥合龙后号块梁段锚固计算需考虑在最最大单悬臂钢箱梁吊装时出现落梁工况和不平衡风荷载引起的临时约束反力。
经计算,各临时约束点的反力为:
①0号块支架竖向力落梁工况下压力21151kN,拉力11334kN;
②塔梁纵向临时约束在最大单悬臂Π落梁工况下压力4103kN,拉力1998kN;
③塔梁横向临时约束在最大单悬臂工况下压力19179kN。
31212 0号块临时锚固结构3121211 竖向锚固结构设计
1钢管桩处理 在落梁工况下,0号块锚固处受到
的竖向力较大,承台顶面至钢箱梁底面的距离达56m,如果单纯采用传统的钢管桩作为支撑,钢管桩的直径必将很大,造成施工费用增加,而且受承台顶面空间限制,钢管桩的直径也不宜过大,因此,必须对钢管桩进行处理,使其在适宜的桩径下满足变形要求。
可选处理方法:
①在钢管桩内部填充混凝土,利用钢管混凝土
良好的抗压性能达到减少竖向变形的目的,利用钢结构的良好抗拉性能抵抗竖向拉力;
但缺点是钢管内部填充混凝土后给拆除带来了麻烦,而且钢管桩无法二次利用,从长远考虑不经济。
②在钢管桩内部施加预应力,靠预应力消除钢管桩的塑性变形和减小部分弹性变形,从而达到减小整个变形的目的。
经比较,方法②无论是从经济方面还是从施工的难易程度方面都较优,因此确定将方法②作为0号块梁段锚固结构设计的出发点。
2锚固钢立柱结构形式 根据计算结果,在塔柱
南北各14125m处设置4根<
1500mm×
18mm钢管作为锚固钢立柱,每根锚固钢立柱内设12根预应力钢筋,预应力钢筋下端锚固在承台内部,上端锚固在钢管桩顶面,每根预应力钢筋施加300kN的预紧力;
同时,为防止在重复拉压荷载作用下锚固螺母松弛,在桩顶锚
52 施工技术第38卷
固处填充砂浆进行固定,如图4
所示。
4 锚固钢立柱结构示意
Fig.4 Structureofanchoringsteelcolumns
3121212 纵向锚固结构设计
利用纵向阻尼器的位置,在塔柱与钢横梁之间设置了两端铰接的钢管支撑,如图5所示。
为防止混凝土受拉时开裂,在顺桥向对钢管支撑施加预应力,将一边的拉力转换为对面的压力,铰接结构保证了轴心受力和便于塔梁竖向出现微量位移
图5 纵向约束示意
Fig.5 Longitudinalconstraints
3121213 横向锚固结构
塔梁横向支座位于塔柱横向轴线上,仅依靠其抵抗横向力,在不平衡风荷载作用下,梁端位移较大,不能满足梁端位移要求,故将塔柱四角倒角位置补齐,设置间距9m纵、横轴线对称的横向临时限位支座,如图6所示。
在塔柱与钢梁之间设置混凝土限位支座,该结构只受压,不产生拉力,
充分发挥混凝土塔柱的特性。
图6 横向约束示意
Fig.6 Transverseconstraints
313 标准梁段吊装与匹配31311 桥面吊机结构形式确定
上海长江大桥主梁宽5115m、标准梁段最重约
400t,且为分体式结构,如仍采用传统的单桥面吊机系
统,吊机支点反力巨大,可能导致钢箱梁局部强度和稳定性问题。
另外,由于支撑条件不一致,已安梁段与吊装梁段间局部变形较大,不仅匹配困难,还可能产生残余变形和应力,影响构件无应力线形,对匹配质量和成桥线形不利。
因此,有必要采用分离式双桥面吊机结构,分散吊机支点反力,减小梁段间局部应力和变形,保证匹配质量。
经过考察,,该桥面:
劳动强度;
确保两吊机同步、横向及倾斜角度的,使钢箱梁匹配操作更加简单;
后锚点设计为铰接结构,与梁上后锚点吊耳连接更容易。
31312 桥面吊机布置
为达到桥面吊机对已成梁段变形影响最小的目的,桥面吊机前支点和后锚点通常分别布置在相邻两个梁段拉索横隔板处,而横桥向则应尽量靠近拉索锚固点,使吊机的前支点压力最大限度地转移到斜拉索上,减少已成梁段的变形。
31313 桥面吊机荷载试验
桥面吊机在正式使用前需进行荷载试验,分111G
（G为桥面吊机吊装的最重梁段自重的动载试验和1125G的静载试验,试验荷载通常采取第1对悬臂吊
装的钢箱梁顶面再施加部分荷载的方法。
31314 标准梁段吊装
桥面吊机安装调试完成后,在桥塔两侧对称、同步
进行标准梁段的悬拼施工。
标准梁段的悬拼施工顺序为:
运梁船抛锚定位→桥面吊机扁担梁与钢箱梁连接起吊→钢箱梁临时匹配→钢箱梁精确定位→梁段间栓焊连接→挂索并第1次张拉→前移桥面吊机就位→斜拉索第2次张拉→吊装下一梁段。
运梁船初步定位后,桥面吊机下放扁担梁吊具至运梁船上方距钢箱梁顶面约50cm处,运梁船经过二次精确定位后,将吊具与吊耳顺利销接,启动提升系统,将钢箱梁节段平稳提升至桥面高度（见图7。
为避免梁段间相互碰撞,吊装梁段与已安装梁段之间保留约
10cm的间隙,当钢箱梁被吊至桥面高度时,通过调整
扁担梁上的C形夹位置改变吊点中心与梁段重心的相
对距离,从而改变被吊梁段的坡度;
然后再调节卷线盘撬座位置,使被吊梁段与已成梁段紧密接触;
而后安装
2009No.5曲洪春等:
上海长江大桥钢箱梁安装技术53
临时匹配件,
待夜间温差较小时段进行梁段精确匹配。
图7 标准梁段双悬臂吊装
Fig.7 Double2cantileverhoistingofstandardsegment
31315 梁段匹配
1梁段接口变形计算 钢箱梁吊装阶段,已成梁
段由于吊机支点反力作用,局部产生横向变形,接口处与被吊梁段会产生凸凹错台,通过建立有限元模型对其仿真分析计算得出:
被吊梁段接口断面的最大挠度
4mm,位置靠近风嘴处;
52mm,2的变形一致,实现。
经计算,在已成梁段及吊装梁段上施加1250kN的顶升力可将两梁段接口的变形差消除,外力作用位置如图8所示
图8 外力作用位置示意
Fig.8 Actingpositionsofexternalforces
实际施工时,由于内腹板刚度较小,不能采用大千斤顶施加顶升力,因此将两个梁段的内腹板采用小千斤顶调平后焊接码板进行固定。
内腹板调平后,接口错台误差全部累积到外腹板,此时最大高差31mm（理论分析最大高差48mm,然后在外腹板处箱梁内部和顶面各用50t千斤顶进行高差调整,最终将两端外腹板接口错台调整至2mm内,满足设计及规范要求。
内外腹板全部调平并焊接完码板后,在夜间气温比较稳定时段,通过起、降桥面吊机扁担梁进行梁段标高调整。
314 临时墩施工
临时墩支架顶标高为60m,支架处泥面标高约
-16m,则泥面以上支架高度达76m,如果临时墩支架
搭建一步到位,则在墩顶钢箱梁吊装到位过程中（桥面吊机吊装前,需要浮吊的起重高度达82m左右（其墩顶块钢箱梁到水面约高60m,吊具及吊索约22m,临时墩处于大悬臂（约76m状态。
钢箱梁重约400t,且尺寸大（5115m×
4m×
15m,易受风荷载及其它外荷载作用
而使墩顶产生较大位移（计算很难通过,产生不安全因素。
如果采用先将临时墩搭设至水面以上20m左右,将墩顶钢箱梁用浮吊安装,用桥面吊机将钢箱梁吊起,再用浮吊或其它设备搭设临时墩方案,不仅工期长,而且由于墩顶上空有钢箱梁,限制了起重设备的使用,施工非常困难。
经过反复研究,最后确定将临时墩设计成承插式
结构,即在临时墩基础<
115m的大钢管桩内插入<
018m的小钢管桩,同时分两组（每组4根将小钢管桩桩顶用2道平联及锚固梁焊接成刚性墩,搁置在大钢管桩上。
在钢箱梁短暂搁置阶段,悬臂吊装完成临时墩墩顶的钢箱梁安装后,,采用液压,,并连接相应平联施工快捷。
同时也达到了临时墩支架快速安装的目的。
4 结语
1通过对浮吊结构的研究,充分利用了浮吊大、小
钩最高点以上的部分,达到了减少吊具高度的目的,使浮吊的使用费用大大降低。
20号块纵向、横向、竖向锚固科学、合理,达到了
预期目的。
3通过分析计算及工艺研究,确保了已成梁段与
被吊梁段良好匹配。
4临时墩高墩低用,降低了墩顶段钢箱梁的安装
难度。
同时,临时墩支架上部结构承插式结构设计,保证了临时墩支架迅速安装到位,确保了钢箱梁悬臂吊装连续进行。
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54 施工技术第38卷
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