三跨钢桁顶推施工方案412.docx

1、三跨钢桁顶推施工方案412长兴县中央大道主桥三跨连续中承式钢桁拱桥顶推施工初步方案编制： 审核： 武桥重工集团建设股份有限公司二O一一年四月十一日长兴县中央大道主桥三跨连续中承式钢桁拱桥顶推施工初步方案一、工程概况长兴县中央大道主桥是一座三跨连续中承式钢桁拱桥，上跨杭宁高速，跨度布置为（30m100m30m），由四片钢桁架拼装组成2个主拱肋，每两片主桁架由平联连接形成一个主拱肋。上弦杆、下弦杆、竖杆、斜杆、系杆、上平联、下平联采用型钢或箱梁截面。桥面系采用钢箱截面形式，由纵向加劲板、局部加劲板、横隔板、U型肋组成;桥面宽46.9m，由机动车道、非机动车道、人行道、分隔带组成。主桥全桥钢结构总重

2、约3886T，主体结构钢材采用Q345D钢。二、钢结构安装方案总体思路长兴县中央大道主桥上跨杭宁高速，由于杭宁高速交通繁忙，为确保杭宁高速交通的畅通、施工的安全及杭宁高速保通净空的要求，采用顶推的施工方案。每半跨在杭宁高速的侧边现场拼装焊接，再对称向跨中顶推，在跨中合拢，跨中合拢位置基本在杭宁高速的中央分隔带附近，不影响杭宁高速的交通;但在施工过程中可能会对杭宁高速此桥跨越范围内的护坡、防护网、隔离带、路肩进行拆除或加固、占用。顶推关键时段可能采用临时中断行车。三、顶推方案拟投入本项目的机具设备表拟投入本项目的机具设备表序号设备名称单位数量备注1240t汽车吊台12150t汽车吊台1350t汽

3、车吊台24300吨滑车(滚轮)组80540t卧式千斤顶、油泵套86500t千斤顶、油泵套8750t手动液压千斤顶台4816-32t螺旋千斤顶台8935吨震动锤台1105T手动葫芦台411电焊机台1612全站仪台113水平仪台114限位导向装置套815托梁根816连接系结构件吨45.317起顶支墩块8四、顶推方案临时结构工程量顶推方案临时结构工程数量表名称单位数量备注60012螺纹管管吨1403.5钢管桩基础300T滚轮小车个80托梁吨300.234系杆下的托梁滑道吨289.38顶推滑道分配梁I40吨42.16钢管桩顶部分配梁连接系I20吨45.282钢管桩顶部分配梁40mm厚钢板吨40.2中央

4、分隔带钢管支撑荷载分散钢板五、顶推施工方案布置图顶推施工方案布置立面图顶推施工方案布置平面图以上布置图只画了半跨80m，整个布置图沿跨中对称布置。六、顶推施工方案的施工步骤：1、主桥下杭宁高速公路两侧的河道采用土方填平，碾压密实，作为现场施工场地;2、采用液压振动锤插打600*12的钢管桩，在四片主桁架下每隔4m插打2根600*12的钢管桩，横向间距2.5m，钢管桩的入土深度根据承载能力要求暂定为30m，钢管桩在地面之上约8m，每一根钢管桩的长度约38m，在杭宁高速公路边缘外侧的支撑点上加强钢管桩，每一个支撑点上布置6根钢管桩，间距为2.5m，再采用I40的双排工字钢作分配梁。由于钢管桩的自由

5、段长度较大，约8m，将每四根或六根钢管桩采用I20的工字型做连接系和剪力撑，与钢管焊接牢固，确保钢管桩的受力稳定性，钢管桩的布置示意图见施工布置图;3、在杭宁高速中央分隔带的附近中跨合拢的位置铺设40mm厚的钢板，作为跨中合拢时钢管支撑点的分配板，以分散支撑点的荷载，然后在分配板之上立600*12钢管并与分配板焊接，再在钢管顶部布设I60的双排工字钢分配梁，再在分配梁上摆滚轮小车，滚轮向上，滚轮小车反用;4、在杭宁高速两侧插打的钢管桩上布置双排I60的工字型钢作滑道，为确保滑道的刚度要求，在每个I60的工字钢腹板两侧各加一块14mm的纵向钢板做加强肋板，并与上下翼缘板焊接，在工字钢纵向每隔2m

6、加设一块横隔板;5、在杭宁高速两侧现场拼装半跨80m的钢桁拱桥结构体系，拼装的先后顺序为先桥面系后钢桁架拱结构。从边跨逐节段向跨中推进，直至半跨结构拼装全部结束，相关的高强螺栓和焊接全部完成，整个半跨钢桁结构体系形成一个整体（不拼装桥面系以下拱脚钢桁结构）;6、在四片主桁架系杆下安装托梁，托梁与系杆间采用螺栓连结，托梁长83m，挑出系杆3m当导梁使用。托梁采用600mm600mm箱型截面，由厚度为20mm的钢板焊接组成，并沿纵向等间距加4块厚20mm钢板作为加劲板，以提高托梁的刚度，减小顶推过程的变形;7、在四个托梁之下安装滚轮小车，每隔5m设置一个滚轮小车。滚轮小车设在中横梁和系梁交接点处，

7、在离跨中19m的位置再加设2个滚轮小车，由于顶推到最大悬挑位置19m的时候，此处的支反力较大，增加滚轮小车，增大接触面积，减小局部受压应力，以防止局部变形，影响顶推工艺的连续性或继续推进;8、在边跨端头的系杆处各焊接一个40mm厚度临时连接钢板以及一个吊耳，以便与油顶相接;9、边跨端头系杆处采用4台40T油顶（行程2m）同时向前顶推整个已拼装完毕的半跨结构体系，在顶推过程中跟踪观测滑道的变形，悬挑最前端的挠度以及结构体系轴线的偏位，以便及时进行调整和修正;10、两侧顶推到位，托梁搭在中央分隔带上的钢管支架上后，开始合拢前的准备工作;11、两侧半跨结构的轴线和标高的调整，以及预抬量的设置，预抬量

8、按3cm考虑，当调整达到合拢的精度要求后开始合拢，高强螺栓的对孔、初拧、终拧，桥面系的焊接;12、合拢后，拼装桥面系之下的钢桁拱脚结构体系;13、支座安装及灌浆;14、临时结构的拆除;七、施工方案的推演过程1、桩基、支架及滑道搭设，如下示意图:2、80m半跨结构拼装，拼装完毕后结构体系示意图如下：3、顶推过程，示意图如下：4、悬挑19M最危险工况，示意图如下：5、悬挑19M前端托梁搭在支撑点上，示意图如下：6、顶推到位合拢前，示意图如下：7、跨中合拢，示意图如下：8、拱脚处支架拆除，示意图如下：9、拱脚处桁架杆件安装，示意图如下：10、墩身施工及支座安装，示意图如下：11、临时结构的拆除，示意

9、图如下：八、顶推方案受力分析结果汇总两个最危险工况受力汇总表工况最大组合应力（Mpa）悬臂端最大挠度（mm）最大支反力（T）悬挑19M最危险工况151.283.3324.6悬挑19M端部刚好搭在中央分隔带支撑架上工况152.421.5190其最大组合应力值为152.4Mpa，小于材料的允许应力200Mpa。前10阶钢管桩基失稳模态特征值表模态特征值121.022172-25.644328.42898428.42898532.36183632.61948732.61948832.68955933.0582710-35.0408顶推过程中，钢管桩基第一阶失稳模态的特征值为21，大于4，满足受力要求

10、，在受压过程中不会产生失稳。拼装过程中，吊杆最大轴向压力为8.66吨，吊杆最大长度为：19.58m，吊杆最大压应力为：11.0Mpa，最大压应力11.0Mpa小于允许应力=150MPa，应力满足要求，不会产生失稳。九、顶推方案安全注意事项1、所有液压顶升设备必须经过检查、检验，工作可靠；2、注意靠近高速公路作业和在高速公路中央分隔带上作业安全；3、拱的安装必须采取高空防坠物措施；4、顶推作业必须白天进行，顶推过程对中心支点受力进行详细观察、观测；5、本工程对周边环境无污染，无其他不良影响。十、结论及建议通过采用大型有限元软件MIDAS 2006对整个半跨结构顶推的三维受力仿真模拟分析，以计算结

11、果来分析，此顶推方案能满足受力要求，其最大组合应力值为152.4Mpa，小于材料的允许应力200Mpa，最危险工况的最大挠度为83.3mm，最大支反力为323吨，对顶推方案上存在的不足提出以下几点建议：、从受力分析上顶推方案能够满足要求，但顶推方案所用的临时结构用钢量比较大，约2077吨，整个顶推方案成本比较高，初步估算比正常安装费用多1800万;、通过顶推受力的分析可知，由于钢结构自重较大，桥面系宽度较大，横向变形加大，主拱有向内变形趋势，建议在两内侧主桁架之间加两道桁架风撑，增加横向的稳定性和变形，对其结构的受力比较好和稳定性比较高；、行车道比较宽，中横梁和端横梁的自重比较大，端横梁自重约

12、38吨，中横梁自重约18吨，对吊机的起吊能力要求较高，建议将中横梁和端横梁进行分块处理，减小起吊重量并且能够在施工过程设横向的预拱度，有利于成桥后的桥面的坡度和线形;、顶推在最危险工况（悬挑19M）时，悬挑根部支点的支反力比较大，约323吨，按1.3的偏载系数考虑，悬挑根部每个支点的桩基的承载能力必须不小于420T，前排支点需用多根钢管来共同承担这些荷载。顶推方案对前排支点钢管桩的要求比较，而且桩的沉降量对整个顶推方案的影响比较大，建议增大悬挑根部支点的承载安全系数；、由于桥梁净空高度只有5.3M，根据设计规范，高速公路通行净空高度必须不小5M，顶推方案中的托梁占掉了一部分通行净空高度。为保证

13、交通通行的安全，建议将桥梁整体抬高50cm;十一、顶推方案受力计算书附件（见后）顶推方案受力计算书一、模型介绍长兴县中央大道主桥是三跨连续中承式钢桁拱桥，顶推方案全过程的受力分析采用MIDAS 2006大型有限元软件进行三维仿真分析，所有杆件采用梁单元，截面采用实际截面尺寸，桥面系的端横梁、中横梁、次梁、纵梁、边纵梁采用刚度等效换算成梁单元，全桥的三维模型示意图如下:三维模型示意图计算中采用半跨三维模型，取杭宁高速左侧80m半跨结构进行计算、分析，左侧最大悬挑19M，由于右侧顶推的工况没有左侧顶推工况危险，所以就只以左侧半跨结构进行受力分析。二、MIDAS验算模型计算结果本模型的验算采用MID

14、AS 2006大型有限元程序计算。下面是最危险的2种工况的最大组合应力、悬臂前端的最大挠度及悬挑根部最大支反力、桩基稳定性、吊杆稳定性的分析结果。（1）悬挑19M最危险工况分析结果 、组合应力结果示意图如下：组合应力结果示意图杆件最大应力为：151.2Mpa，最小应力为：-86Mpa ;最大应力151.2Mpa，小于材料允许应力=200MPa，应力满足要求。、最大悬臂端挠度结果示意图如下：悬臂端挠度结果示意图悬臂端最大挠度值为：83.3mm。、最大支反力结果示意图如下：最大支反力结果示意图顶推过程中，支反力最大值为：324.6吨。（2）悬挑19M前端刚好搭在中央分隔带支撑架上工况分析结果 、组

15、合应力结果示意图如下：组合应力结果示意图杆件最大应力为：152.4Mpa，最小应力为：-115Mpa ;最大应力152.4Mpa，小于材料允许应力=200MPa，应力满足要求。、最大悬臂端挠度结果示意图如下：最大悬臂挠度结果示意图悬臂端最大挠度值为：21.5mm。、最大支反力结果示意图如下：最大支反力结果示意图悬臂根部支反力最大值为：190吨。两个最危险工况受力汇总表工况最大组合应力（Mpa）最大悬臂挠度（mm）最大支反力（T）悬挑19M最危险工况151.283.3324.6悬挑19M端部刚好搭在中央分隔带支撑架上工况152.421.5190（3）钢管桩基稳定性分析钢管桩基稳定性分析三维模型示

16、意图如下：钢管桩基稳定性分析三维模型示意图前10阶桩基失稳模态特征值如下表：前10阶桩钢管桩基失稳模态特征值表模态特征值121.022172-25.644328.42898428.42898532.36183632.61948732.61948832.68955933.0582710-35.0408第一阶桩基失稳模态示意图 第二阶桩基失稳模态示意图第三阶桩基失稳模态示意图钢管桩基第一阶失稳模态的特征值为21，大于4，满足要求，在受力过程中不会产生失稳。（4）吊杆受压失稳分析吊杆受压轴力示意图如下：吊杆受压轴力示意图吊杆最大轴向压力为8.66吨，吊杆最大长度为：19.58m。最大压应力示意图吊杆最大压应力为：11.0Mpa，小于允许应力=150MPa，应力满足要求，不会产生失稳。