悬臂20米跨铁路钢箱梁顶推架设工法含计算书示意图.docx
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悬臂20米跨铁路钢箱梁顶推架设工法含计算书示意图
悬臂20米跨铁路钢箱梁
顶推架设工法
一、前言
随着我国桥梁建设的发展，中等跨度箱梁的顶推架设法已成为桥梁建设的一个重要发展方向。
我局承担的天津开发区泰达大街京山桥，由于主桥跨越京山铁路线,钢箱梁架设采用顶推法进行架设施工。
顶推是将钢箱梁在桥跨的一侧沿桥纵轴线方向逐段拼装，梁下及墩顶布设滑道和滑移装置，用千斤顶顶推钢箱梁，沿纵向滑移至预定桥孔，然后拆除辅助设施构件，移正钢梁，降落就位。
这是一种新的行之有效的钢箱梁架设方式。
二、工法特点
1、不需要大型机械设备，利用门式排架及其配套装置解决梁片的吊运、平移；利用简单提升设备及配套机具解决钢箱梁提升和拼装，经济合理。
2、采用普通工字钢与聚四氟乙烯滑块组成滑道，减小摩擦阻力，省力、省料，顶进速度快，平均达0.5m∕min。
3、顶推设备自动化程度高，循环周期短，施工进度快，梁体在顶推过程中运行平稳、安全可靠。
4、梁段运输与拼装架设平行作业，按流水作业安排工艺流程，既保证施工质量，又便于施工管理和合理安排机具人力。
5、操作简便，便于掌握，一般工人经过短时间培训即可达到熟练程度。
6、不受桥址地形条件及坡高的限制，不影响桥下交通。
三、适用范围
1、适应于公路、铁路中等跨度的等高度钢箱梁。
2、适应于有水桥、跨谷桥、跨线桥及城市立交桥。
当要求施工不影响桥下通航和交通时，本工法更能显出其优越性。
3、适应于工期紧张、用现有架梁设备很难完成的桥梁架设。
四、工艺原理
利用钢箱梁的可拼装性，在桥一端的拼装平台将钢梁进行逐段拼装；在钢梁拼装完成后，利用设置在墩顶上的水平千斤顶及其自动牵引装置牵引顶推传力索，通过主控台的集中控制，将整体顶推到位，再起梁，拆除滑道，安装支座，落梁，调整支座反力，完成钢箱梁顶推施工。
五、主要设备
1、主要机械设备。
主要机械设备表
序号
设备名称
单位
数量
1
ZLD150自动连续千斤顶
台
2
2
100t龙门吊
台
1
3
油泵
台
2
4
电动卷扬机
台
2
5
对讲机
台
10
2、主要材料
主要材料表
序号
名称
单位
数量
说明
1
贝雷梁
根
2
每根长70m
2
φ600mm钢管
根
8
每根长4m
3
滑道
根
2
每根长70m
4
聚氟乙烯滑块
块
44
90×90cm
5
钢铰线
M
490
6
黄油
Kg
10
六、施工准备
1、平整场地，设置钢梁拼装平台，铺设龙门吊走行线，组装龙门吊。
2、架设门式排架和移梁装置，安装吊运设备。
3、设置拼梁平台，安装连续滑道和顶推设备。
4、设置临时支墩，搭设钢梁拼装平台，制作、吊装、连接支承梁就位。
5、在墩顶设置滑道、滑块、纠偏装置。
6、安装顶推设备：
顶推设备油缸的同步事先调好，顶推油缸的一端连接在钢梁下尾端的拉锚器下，另一端连在锚固器上，然后加注液压油，连接管路和接通电源，试运转正常后待用。
七、施工工艺
1、工艺流程
施工准备
悬臂顶推
搭设顶推平台
龙门吊安装
铺设滑道
安装滑块
钢梁拼装
安装顶推设备
试顶推
钢梁就位
起落梁安装支座
纠偏
2、临时支墩、滑道支承梁
沿桥的纵向设置临时支墩，每个临时支墩采用4个φ600mm钢管组成，做为顶推滑道的支撑系统，临时支墩设置钢箱梁腹板下。
临时支墩上设滑道支承梁，滑道支承梁采用双层贝雷梁。
墩间空间布置碗扣式脚手架，上铺木板做施工平台。
为提高临时支墩的稳定性，防止临时支墩在箱梁顶推过程中产生较大的水平位移，将临时支墩与相邻的主桥墩进行撑拉连接，使水平方向加固。
计算：
⑴、临时支墩稳定性计算（4根Φ600钢管，壁厚14mm）
N=1450KN则每根柱受力363KN
则Ix=[πD4（1-α2）]/64α＝d/D=614/630
A=[πD2（1-α2）]/4
i=（Ix/A）1/2=219.93mm
取柱高为８米，L=8000ｍｍ
λ＝L/i＝36.4
查表得：
ψ＝0.949
σ＝N/（ψ·A）=363000/14791.329=24.6N/mm2<[σ]=215N/mm2
符合要求
4×Φ600临时墩基础（3.6m×3.6m×0.6m）计算：
4×Φ600墩自重：
每个G1=4.9t
承台自重:
G2=3.6m×3.6m×0.6m×2.5=19.4t
贝雷梁和滑道自重:
G3=12.5m×（1.1+0.6）=21.3t
钢梁重:
G4=12.5×16/2=100t
总重量:
G=G1+G2+G3+G4=4.9+19.4+21.3+100=145.6t
承台面积：
S=3.6m×3.6m=12.96m2
所需地基承载力：
G/S=145.6t/12.96m2=11.2t/m2=112Kpa
取1.5倍安全系数，实际地基承载力应大于169Kpa
⑵、贝雷梁受力计算：
贝雷梁受力按12.5米简支梁计算，均布荷载为：
滑道自重6KN/m、贝雷梁自重11KN/m、滑块反力250KN。
弯矩图
剪力图
根据两种内力图得:
最大弯矩为1988.3KN·ｍ<[M]=8228.6KN·ｍ
最大剪力为731.3KN<[Q]=843.9KN
均满足要求。
3、顶推滑道、滑块
滑道要求钢度大，能均匀传递反力，结构简单，拆装方便。
截面形式为箱形，采用16mm和20mm厚普通钢板焊接而成，宽度为90cm，高度为70cm,每节长度为12米，连接采用套筒栓接，顶面铺设2mm厚不锈钢板作为滑道（见滑道图）。
在钢箱梁受力节点的位置，布置临时钢支撑（高度20cm--42cm不等），采用砂箱、千斤顶配合钢支撑调整每段钢箱梁的曲线线形，钢支撑下设四氟乙烯橡胶滑块，共设滑块44个（和钢支撑一一对应），通过滑块和滑道之间的滑动实现钢箱梁的顶推。
滑道和滑块之间涂抹黄油，用来降低摩擦系数。
滑道安装完成，吊装钢箱梁进行组拼。
滑道构造图
4、顶推设备的配置
顶推设备包括：
水平千斤顶及其配套的牵引装置、千斤顶支墩、集中控制装置等。
⑴、顶推千斤顶数量的确定和布置
根据顶推重量及设计滑道各支点顶推静摩擦因数可计算出连续钢梁顶推所需要的顶推力，从而确定顶推千斤顶的规格和数量，并按水平布置的原则将各千斤顶布置在主桥墩上，安装在该墩墩顶的顶推后背上。
本工法采用两台ZLD150自动连续千斤顶及与其配套的自动夹索式顶推牵引装置。
⑵、千斤顶后背
顶推千斤顶后背为钢结构，在主桥墩顶预埋钢板，并在钢板上焊接顶推牛腿形成的，顶推后背沿桥梁中心线对称布置。
千斤顶后背图
⑶、两点顶推的集中控制与同步运行
在主桥墩旁设一台主控台，与所有液压站联网，统一控制各液压站。
各水平千斤顶通过液压站在主控台的控制下，同时启动，同时停止，达到同步，实现两点顶推的集中控制和同步运行。
⑷、计算：
①、千斤顶顶推力验算：
钢梁重量G1=1200t，考虑不均匀效应及桥面临时施工荷载，增大系数取1.2，静摩擦系数为0.08，上坡坡度0.9%。
静摩擦力:
F=1200×1.2×（0.08+0.9%）=128.2t
选用两组150TZLD自动连续顶推千斤顶满足要求。
②、顶腿牛腿和拉锚器计算：
最大静摩擦力为128.2t
每个牛腿和拉锚器受到水平力为N=128.2t/2=64.1t
M=64.1×103Kg×24cm=1538400Kg·cm
工钢W=1090cm3×4=4360cm3
工钢受弯强度σ=M/W=1538400Kg·cm/4360cm3
=352.8Kg/cm2＜[1700Kg/cm2]
满足要求。
焊缝W=3450cm3
焊缝受弯强度σ=M/W=1538400Kg·cm/3450cm3
=445.9Kg/cm2＜[1600Kg/cm2]
满足要求。
焊缝受剪τ=64.1×103Kg/（0.7×0.8cm×331cm）
345.8Kg/cm2＜[1600Kg/cm2]
满足要求。
5、钢箱梁现场拼装
顶推钢箱梁分段拼装，根据现场情况，从一端向另一端进行拼装，钢支撑和滑块放在两侧滑道上，龙门吊每吊装一节，放在钢支撑上，安装后可拆卸牛腿，采用两台ZLD150自动连续千斤顶（固定在主桥墩顶上，并沿桥梁中心线对称布置）通过钢绞线拖拉至滑道东端，拖不到位时，换用两个5吨倒链微调到设定位置。
循环作业，直至完成拼装。
利用钢支撑和25吨千斤顶调整每节钢梁的线位，满足要求后进行钢梁的焊接。
5、顶推纠偏
为防止钢梁在顶推过程中出现过大的偏斜，在钢梁下设置限位钢板，限制箱梁的横向移动。
每个钢支撑的左右和后面在钢梁底部焊接限位钢板，避免顶推时梁体和支撑之间相互滑动。
钢板采用10mm普通钢板并设加劲肋。
在钢支撑后面焊接限位钢板，保证滑块跟着支撑一起滑动；同时在钢支撑的左右两边焊接限位钢板，位置在滑道梁上翼缘两侧50mm处，保证钢梁和滑道之间左右最大偏差不超过50mm。
6、顶推工艺
顶推横断面图
⑴、安装纠偏装置、拉锚器和顶推传力拉索，使14根钢绞线松紧一致。
⑵、一台千斤顶内的多根钢绞线应左、右旋向搭配使用，避免同一旋向钢绞线而使千斤顶活塞旋转，损坏自动工具锚，或者造成千斤顶行程损失。
⑶、千斤顶与拉锚器的施力点应尽量在一直线上并与梁轴线平行。
顶推前要对钢绞线进行预张，使多根钢绞线受力均匀，以免造成拉断和对千斤顶内缸偏心摩损。
⑷、检查滑道标高，检查顶推梁段与操作平台的连接是否已全部解除。
⑸、工作人员各就各位，准备好顶推所用的滑块和纠偏调整垫板及千斤顶。
各液压站操作工起动液压站，检查设备运行情况，对液压站按设计要求进行调压，然后，通知主控台该机准备就绪。
⑹、钢梁顶推时，在平台上设置两道滑道和安装两套千斤顶，通过钢绞线拖拉钢梁底部拉锚器，由桥梁的一端沿设计轴线连续拖拉至另一端。
⑺、顶推时，两台顶推千斤顶油泵均由主控台统一控制。
⑻、按下主控台工作按钮，各液压站同时起动。
⑼、按下主控台顶推按钮，各液压站按设计调压的最低一级向各千斤顶供油。
按从小到大的顺序依次按下主控台控制各液压站等级的按钮，各液压站向各千斤顶的供油压力逐级增大，最后达到设计值。
此时，各千斤顶推力也达到设计值，梁体开始向前移动。
⑽、在梁体前进的同时，各墩顶接滑块人员不断地将随梁体前移从滑道前端滑出的滑块接住备用。
⑾、在顶推过程中对钢梁的中线、墩顶纵向水平位移、悬臂端挠度进行监测。
钢梁的中线、墩顶纵向水平位移每半小时观测一次，悬臂端挠度在接近大悬臂状态时进行监测。
钢梁中线用全站仪进行监测，限位器纠偏；墩顶纵向水平位移采用在墩顶轴线延长线上悬挂垂球进行监测；悬臂端挠度用水准仪进行监测。
当梁体中线偏移值大于20mm时，进行纠偏，使箱梁正位。
若墩顶纵向水平位移接近计算值时，调整该墩前后钢铰线的拉力，减小其水平位移。
⑿、作好顶推记录和应力监测，每顶推4m测试一次梁段内力，发现异常，及时处理。
⒀、全联梁顶推就位时，将箱梁纵、横向准确就位；拆除顶推滑道，安装正式支座，然后落梁，调整支反力，复核梁底标高，锁定支座。
整联梁顶推完毕。
⒁、施工中严禁在铁路上空进行危及铁路运营安全的作业，在两条滑道的内侧分别搭设马道，钢箱梁顶推出拼装平台后,随即拆除铁路上空的钢支撑和滑块，边滑边拆，将钢支撑和滑块顺着马道安全的溜到地面。
其它钢支撑和滑块在钢箱梁顶推就位后再行拆除。
悬臂20米钢梁挠度计算：
①、计算参数
钢材弹性模量和强度（MPa）
钢材种类
Q345qD
Q235B
弹性模量ES
206000
206000
剪切模量GS
81000
81000
轴向容许应力[σ]
200
140
弯曲容许应力[σw]
210
145
剪切容许应力[
]
120
85
屈服应力σy
340
240
泊桑比γ=0.3；热膨胀系数=0.000012/℃
②、计算结果
梁端挠度施工时程图
最大梁段挠度为50mm。
7、钢梁起落和支反力调整
起落梁采取分墩起落、高差限位、实测梁重、全联调整的方法。
起顶设备采用YSD2000-30型和YD5000-160型两种千斤顶。
为降低造价，确保安全并考虑运输和安装方便，采用钢支撑块作安全支撑。
拆除顶推滑道、换上正式支座后，利用设在各布顶墩上的起落千斤顶将箱梁顶起（各墩起顶高度相同），则箱梁的全部重量由千斤顶支承。
根据各千斤顶的油压值，计算出各千斤顶的起顶力，即可得到各墩的实测支反力Ri′，然后计算出梁的重量G′=∑Ri′，再根据计算梁重G、设计支反力Ri、实测梁重G′，计算出各支点的理想支反力（即在实测梁重情况下各支点应该承受的支反力）Ri″，Ri″=RiG′/G。
通过实测支反力Ri′与理想支反力Ri″比较，找出支反力偏小的支点，然后采取在这些支点的支座下面加垫钢板的方法，调整支座标高，从而调整其支反力。
由于调整部分支座的标高后，所有支点的反力值都将产生变化，所以，经过一次调整不一定能达到目的，需要重复进行多次的实测和调整，直到各支点反力均达到或接近理想支反力。
八、劳动力组织
本工法劳动力组织见下表：
劳动力组织表
序号
工作名称
人数
工作内容
备注
1
指挥人员
3
负责全面工作
2
顶推设备司机
3
控制台操作
3
电工
2
负责电缆及电器设备
4
监测工
8
负责偏移监测
5
纠偏工
20
负责纠偏工作
6
安全员
4
负责安全工作
九、质量控制
根据《铁路桥涵施工规范》（TBJ203—96）、《铁路钢桥制造规范》（TBJ10212—98）和《铁路钢桥高强度螺栓连接施工规定》（TBJ214—92）及其他有关规定，制定质量标准如下：
（1）、钢梁进场时严格进行验收，检查钢梁出厂合格证、钢梁材质试验报告、拼装图、拼接板摩擦面抗滑移系数试验报告、焊缝重大修补记录、试拼装记录、杆件发送表清单等。
（2）、钢梁前后段连接时，严格控制梁底标高，不经测量人员核实、技术人员同意，严禁拼接。
做好拼接记录。
（3）、滑道顶面标高误差不得大于±1mm，同墩滑道顶面高差不得大于1mm。
（4）、钢梁阶段顶推结束时，箱梁首尾横向就位误差不得大于2mm。
十、安全措施
1、对职工进行安全教育，牢固树立安全第一思想。
2、施工操作人员定岗定位，上岗前要经过培训和技术考核，考核不合格者严禁上岗。
3、顶推、拖拉过程中既要注意观察临时支墩，发现变形等异常情况及时加固；又要注意梁段，拼接板处上滑道前及时加垫调整垫块，避免损坏滑块。
4、在钢梁拼装平台上设防护栏和安全网，各墩顶设围栏。
5、起落梁时，要注意箱梁变形的“滞后”现象，绝不可操之过急。
6、配齐安全防护用品，高空作业人员要系好安全带，夜晚灯光暗淡处不得进行高空作业。
7、施工现场设专人站岗，严禁非施工人员人内。
8、工地全天设安全员，负责检查，督促工人按安全规则施工，严禁违章作业。
十一、效益分析
1、施工进度快，以天津开发区xx大街xx桥改建工程为例，平均每段梁吊运、拼装循环周期为2.2d，仅用45d时间完成67m钢箱梁的拼装、顶推架设。
2、用顶推法架梁，在合理安排下部主体工程施工后，顶推施工可与墩台施工同时进行，从而缩短整个大桥的施工工期。
3、顶推法架梁，将现场拼梁架设的复杂工作，化为各工序的周期循环作业，既不需要大型机械设备，又最大限度地缩短了架梁时间。
4、外界干扰小，桥下通车不影响钢梁吊运、拼装、顶推施工。
5、节省劳力，机具设备能重复使用，可节省费用，降低造价。
十二、工程实例
天津开发区xx大街xx桥，全长600m，主桥为双跨独塔双索面钢斜拉桥，跨径2×62.5m。
加劲梁整体式正交异性板钢箱梁，断面呈弧型。
梁高2m，高跨比1/31.25。
全桥总重1976.5吨。
设计要求用拖拉法施工。
中铁xx局集团xx公司，应用本工法，根据现场的实际情况，制定了门式排架吊运、逐段拼装拖拉、整体顶推就位、整体落梁的施工方案，将顶推钢梁部分分成22个节段，现场分片吊运，逐段拼装拖拉、整体顶推就位。
在工期紧、任务重的情况下，合理组织、精心施工，保质保量地完成了钢箱梁的顶推架设，工期比预计提前25天，保证了天津开发区xx大街xx桥顺利通车，受到甲方和地方政府的好评，创造了显著的经济效益和社会效益。
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