开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案.docx

1、开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案 开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案(文字说明)编制： 复核： 审核： XXXXXXXX建筑工程有限公司XXXX大桥项目经理部20010年3月开发区大道工程XXXX大桥拱箱吊装施工技术方案1、工程概况大道为开发区城市级主干道，分为东西、南北两段，二者交于碾子湾转盘，XXXX大桥位于南北段，跨越XXXX，主桥结构为净跨100米的钢筋混凝土箱板拱桥，引桥为13米简支空心板，桥跨组合为413m(两路)100m313m(碾子湾)，桥总长217.08米。桥梁宽度：单幅桥：4.0m人行道+14.0m车行道+1.0m绿化带=19m；两幅桥间距3m，全

2、桥宽41m。大桥下部结构主拱基础为C25混凝土实体基础，C40钢筋混凝土拱座；引桥台为U型重力式桥台，扩大基础，基础和台身皆为C25片石混凝土，C30钢筋混凝土台帽；半幅桥引桥墩为四柱式C40钢筋混凝土圆柱墩，墩柱直径1.2m，C25混凝土扩大基础；半幅桥交界墩仍为四柱式C40钢筋混凝土圆柱墩，墩柱直径1.5m，基础座落在主拱台顶面。主桥上部结构采用钢筋混凝土等截面悬链线箱形板拱，主孔净跨100米，净失高18.18m，净矢跨比1/5.5，拱轴系数m=1.756。每幅桥由两个独立的拱圈(拱座连在一起)组成，每个拱圈由5个拱箱组成，全桥4个拱圈共20片拱箱，位于拱圈外侧的两片拱箱为边箱，中间的3片

3、为中箱。每个拱圈拱背总宽度为8.14m，拱腹总宽度为8.06m，拱圈总高度1.9m；其中预制拱箱边箱拱背宽1.55m，拱腹宽1.58m，中箱拱背宽1.44m，拱腹宽1.58m，预制拱箱高1.8m，另有10cm顶板现浇层。设计每片箱肋分五段预制吊装合拢，节段最大吊装净重量51吨。全桥共需预制安装拱箱100段。每个拱圈拱箱节段全部吊装完成，接头焊接完毕后，浇筑纵横接缝及顶板现浇层混凝土，整体化拱圈。拱上采用垫梁、矩形排架柱和悬臂盖梁来支承桥面结构，主拱上桥面板为7.2米跨径钢筋混凝土简支空心板。拱箱预制场设置在两路岸引桥台尾，预制完成的拱箱通过轨道平车进行纵横移，在两路岸引桥上起吊安装(后吊点位置

4、距塔架应大于20m)。XXXX两岸为第四系全新统崩坡积土(Q4col)，局部地段基岩裸露，下伏基岩为侏罗系中统上沙溪庙组(J2S)粉砂质泥岩及砂岩。桥位区属亚热带湿润气候区，具有夏热多雨、冬暖多雾、空气湿度大、日照偏少等特点。多年平均气温17.8，冬天最低温度-3.1，夏天最高温度42.2，区内降雨丰富，降雨多集中在59月。桥位处XXXX勘察时水位262.19m，最高洪水位272.00m。地下水对混凝土无腐蚀性。2、悬索吊装系统的布置2.1、总体布置(附图01)根据XXXX大桥实际地形特点，确定吊装索跨为80m(两路岸后拉索)+226m(主索跨)+75m(碾子湾岸后拉索)。两路岸塔架设于A0号

5、桥台内，索塔中心桩号为K4+845.363m；碾子湾岸塔架设于A8号桥台台后13.33m处，索塔中心桩号为K4+071.363m。在两路岸A0号桥台后设置预制场，预制好的拱箱节段通过轨道平车纵横移至两路岸引桥上的主索下方待吊。在两路岸塔后80m处(预制场后)的左右半幅桥轴线上(与桥轴线横向距离11m)各设置4根容许抗拉力约为100t的钢筋砼锚桩来进行两路岸主索、二扣扣索、工作索及塔架后风缆等的锚固；在碾子湾岸塔后75m处的左右半幅桥轴线上仍各设置4根容许抗拉力约为100t的钢筋砼锚桩来进行碾子湾岸主索、二扣扣索、工作索及塔架后风缆等的锚固。两岸一扣扣索利用埋置于塔架基础内的I32B工字钢进行锚

6、固，每根工字钢锚固一根一扣扣索。两路岸后拉索与水平面夹角为20.3718；碾子湾岸后拉索与水平面夹角为22.6570。拱箱安装系统采用2组主索(左右幅各1组，横距22m)并根据所吊箱肋位置在塔顶进行横移，两组主索可同时进行安装作业。考虑桥梁较宽，主索横移后其后拉索对塔架产生的横向水平力通过塔架自身刚度和设置塔架横向风缆来克服。缆索系统总体布置见附图01。2.2、吊重的确定经计算，拱箱节段最大净重量为51吨，在吊装计算中，按拱箱G=51吨控制设计，计算重量为Pmax(G+4+1)1.267.2t，4吨为吊具(含跑车、起吊滑车、起吊牵引钢绳)，1吨为配重，1.2为冲击系数。2.3、主索主索按静力平

7、衡原理进行计算，先假定主索初始垂度，计算重索垂度。初始(空索)垂度(f0)自定以后，空索长度(S0)为定值，在荷载作用下必然引起弹性伸长，受载后的总长度S应等于空索长度S0加上由于荷载引起的弹性伸长值S，即S=S0+S。重索长度有两个途径计算：一是按假设重索垂度，以图形几何关系算得S；二是按假设重索垂度，以计算主索内张力得到弹性伸长S算得重索长度S=S0+S。当SS(在要求的精度内)，则假设重索垂度为所求解，重索垂度求出后，其它需要值即可解出。在塔顶布置2组456.5mm(637+FC)的麻芯钢索作为主索，公称抗拉强度170kg/mm2。单根钢绳破断拉力为164t。悬索跨度L226m，空索垂度

8、f09m，矢跨比为L25.1，按单组钢索吊运1段拱箱计算，当吊运至索跨跨中时，主索垂度为fmax18.118m，矢跨比L/12.47，主索最大张力Tmax2157.14KN，拉力安全系数K3.043。张力安全系数满足要求。主索用量24450=3600米。为使悬索受力均匀，主索通过120吨大吨位滑轮串联，使张力自动调整均匀，见附图(22)(24)。主索按两路岸塔前20m起吊(后吊点位置)、碾子湾岸拱脚段就位、拱箱运输至索跨跨中共计算三种工况。计算初始数据及计算结果如下：初 始 数 据 吊装跨径 226 米 前后两吊点间水平距离(单吊点取零值) 14.5 米 起吊岸主锚距塔架水平距离 80 米 非

9、起吊岸主锚距塔架水平距离 75 米 两岸塔顶高差(起吊岸低取正值，等高取零值)-3 米 起吊岸主索后拉索与水平面夹角 20.3718 度 非起吊岸主索后拉索与水平面夹角 22.657 度 主索弹性模量 75.6 千牛/平方毫米 安装期与吊运期最大温差(温度升高取正值)0摄氏度(不考虑温度影响) 起吊结构重量(包括吊具及动力系数) 672 千牛 主索单位重量 .444 千牛/米 主索破断拉力 6560 千牛 主索截面面积 4712.4 平方毫米 拟定的主索跨中安装垂度 9 米 主 索 计 算 结 果 空索情况: 空索跨中垂度F0= 9 米 空索初始长度S0= 393.682 米(不含后拉索回头长

10、度) 空索后拉索张力(较大岸)T0= 319.6522 千牛 起吊岸塔架空索水平力差H10= 15.33738 千牛 起吊岸塔架空索竖直力V10= 165.6321 千牛 非起吊岸塔架空索水平力差H20= 21.22653 千牛 非起吊岸塔架空索竖直力V20= 168.6227 千牛 结构后吊点距起吊岸塔架 20 米时的情况：（两路岸引桥上起吊） 1、不计温度影响 后吊点垂度F1= 8.562419 米 前吊点垂度F2= 11.41958 米 跨间主索水平张力H= 1487.219 千牛 主索最大张力T= 1627.451 千牛 起吊岸塔架主索水平力差H1=-38.44096 千牛 起吊岸塔架

11、主索竖直力V1= 1227.425 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2= 110.9234 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2= 685.9646 千牛 结构后吊点距起吊岸塔架 147.6 米时的情况：(碾子湾岸拱脚段就位) 1、不计温度影响 后吊点垂度F1= 16.90356 米 前吊点垂度F2= 15.8663 米 跨间主索水平张力H= 1999.318 千牛 主索最大张力T= 2057.085 千牛 起吊岸塔架主索水平力差H1= 105.6675 千牛 起吊岸塔架主索竖直力V1= 991.4585 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2= 100.9827 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2=

12、1276.493 千牛 结构吊运至跨中时的情况: 1、不计温度影响 跨中主索最大垂度F= 18.11788 米 跨间主索水平张力H= 2116.986 千牛 跨中主索最大张力T= 2157.14 千牛 主索安全系数K= 3.041063 起吊岸塔架主索水平力差H1= 94.76692 千牛 起吊岸塔架主索竖直力V1= 1165.202 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2= 135.6241 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2= 1185.15 千牛 (1)、考虑主索弯曲作用应力构件运输至跨中时主索张力最大，按此阶段控制计算。Tmax/AnV其中：主索最大张力：Tmax2157.14KN。塔顶座滑

13、轮位置主索受到的垂直作用力最大：V=1185.157KN。钢索截面积： An4712.4 mm2。钢索弹性模量：E75.6 KN/mm2。 塔顶主索滑轮数量：n24=8。代入上式得到：Tmax/AnV0.85752103MPa。主索钢丝公称抗拉强度：max1.7103MPa。则、考虑主索弯曲作用应力安全系数K1.2(不计冲击系数)max/1.21.7103/0.857521032.382。可见，考虑主索弯曲作用应力安全系数基本满足要求。(2)、考虑主索接触作用应力Tmax/AnCeE/D其中：钢丝直径：2.6 mm。滑轮直径：D=450 mm。钢索弹性模量折减系数：Ce=0.104+0.042

14、d/D。钢索直径d56.5mm。代入上式得到：Tmax/An(0.104+0.042d/D)E/D0.5033103MPa。则、考虑主索接触作用应力安全系数Kmax/1.7103/0.50331033.382考虑主索接触作用应力安全系数满足要求。2.4、工作索考虑到吊运扣索、检修滑车及运送小型机具的需要，在左右幅桥塔顶主索侧各布置1根47.5mm(637+FC)工作索，公称抗拉强度170kg/mm2，破断拉力为 1175KN，工作索安装垂度f06.5m，按最大吊重80KN(含配重及冲击系数)进行控制，吊重索跨跨中垂度fmax15.423m，最大张力Tmax330.285KN，拉力安全系数K3.

15、563。工作索用量2450=900米。工作索按吊篮位于两路岸塔前15m、碾子湾岸塔前11m及索跨跨中共计算三种受力工况，计算初始数据及计算结果如下：初 始 数 据 吊装跨径 226 米 前后两吊点间水平距离(单吊点取零值) 0 米 起吊岸主锚距塔架水平距离 80 米 非起吊岸主锚距塔架水平距离 75 米 两岸塔顶高差(起吊岸低取正值，等高取零值)-3 米 起吊岸主索后拉索与水平面夹角 20.3718 度 非起吊岸主索后拉索与水平面夹角 22.657 度 主索弹性模量 75.6 千牛/平方毫米 安装期与吊运期最大温差(温度升高取正值) 0 摄氏度 起吊结构重量(包括吊具及动力系数) 80 千牛

16、主索单位重量 .07943 千牛/米 主索破断拉力 1175 千牛 主索截面面积 843.47 平方毫米 拟定的主索跨中安装垂度 6.5 米 工 作 索 计 算 结 果 空索情况: 空索跨中垂度F0= 6.5 米 空索初始长度S0= 393.18 米(不含后拉索回头长度) 空索后拉索张力(较大岸)T0= 78.66521 千牛 起吊岸塔架空索水平力差H10= 4.28049 千牛 起吊岸塔架空索竖直力V10= 37.39632 千牛 非起吊岸塔架空索水平力差H20= 5.64951 千牛 非起吊岸塔架空索竖直力V20= 38.15236 千牛 结构吊点距起吊岸塔架 15 米时的情况: 1、不计

17、温度影响 吊点垂度F= 6.125391 米 跨间主索水平张力H= 203.4259 千牛 主索最大张力T= 221.0008 千牛 起吊岸塔架主索水平力差H1=-3.752067 千牛 起吊岸塔架主索竖直力V1= 163.2997 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2= 15.39468 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2= 90.07516 千牛 结构吊点距起吊岸塔架 215 米时的情况: 1、不计温度影响 吊点垂度F= 5.018365 米 跨间主索水平张力H= 185.539 千牛 主索最大张力T= 203.1027 千牛 起吊岸塔架主索水平力差H1= 11.01189 千牛 起吊岸塔架主

18、索竖直力V1= 80.14137 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2=-1.889795 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2= 160.8576 千牛 结构吊运至跨中时的情况: 1、不计温度影响 跨中主索最大垂度F= 15.42288 米 跨间主索水平张力H= 325.9551 千牛 跨中主索最大张力T= 330.2847 千牛 主索安全系数K= 3.557537 起吊岸塔架主索水平力差H1= 16.32861 千牛 起吊岸塔架主索竖直力V1= 168.2788 千牛 非起吊岸塔架主索水平力差H2= 22.34583 千牛 非起吊岸塔架主索竖直力V2= 171.3844 千牛 工作索应力安全系数

19、亦满足规范要求,计算过程略。2.5、索塔(见附图0208)塔架采用常备M型万能杆件组拼成四柱门式钢桁架结构，塔脚与基础固接，通过风缆来约束塔顶位移。塔顶设工字钢上、下分配梁来支承主、扣索及工作索座滑轮，并将悬索系统传递来的荷载分配到塔顶各节点上。塔顶标高由拱顶标高310.331+fmax+工作高度来决定，即为310.331+18.118+10.0338.449m，实际两路岸塔顶标高343.207m，塔架基础顶面标高314.0m，塔高29.207m；碾子湾岸塔顶标高340.207m，塔架基础顶面标高311.0m，塔高29.207m。塔架顶部横向宽48m，塔脚横向宽度44m，塔架纵向宽度2m。除塔

20、头外，在塔架中部设置一道横向连接系以增强塔架的整体性。索塔采用M型万能杆件组拼，需杆件钢材总重324.033t,材质为Q235。为克服塔架纵横向水平力，两岸塔架设置519.5mm后风缆四组、519.5mm前风缆两组和两侧各一组519.5mm横风缆。后风缆拉于每笼立柱顶部中间位置，前风缆拉于外侧立柱顶部中间位置，侧风缆拉于上分配梁端头位置；后风缆进入两岸主锚碇锚固，前风缆锚固于预埋于拱座侧面的抗拉力不小于20吨的预埋锚环上(若没提前预埋，可采用钻孔植筋方式植入)，横风缆设置抗拉力不小于30吨的风缆锚碇(或锚环)锚固；横风缆与水平面夹角按塔架构造图(图04)中的说明进行布置。两岸塔架19.5mm风

21、缆索用量约6160m。为减小风缆垂度的影响，塔架前风缆及横风缆每道安装张力按5t控制；后风缆每道安装张力按3t控制；所有风缆千斤绳考虑8倍的安全系数后布置。因两岸塔架结构相同，两路岸塔架受力较大，仅取两路岸塔架做控制计算。塔架按塔前20m起吊、运输拱箱至索跨跨中、碾子湾岸拱脚段就位3个运输状态分别进行了计算，对每个运输状态又按吊运中箱至边箱的5个不同的索力作用位置对塔架分别进行了计算(由于对称性，5个位置已包括了全部横移状态) ，因而共计算了35=15个工况。计算时考虑左右半幅桥同时安装共同对塔架产生作用，并综合考虑了主索、扣索、工作索、起吊牵引索及风缆索的共同作用。两路岸塔架在拱顶段边箱塔前

22、20m起吊时由主索、工作索、二扣扣索及起吊牵引索(不含风缆初张力)产生的塔顶最大竖直压力为22128.756KN，纵向水平力为2-96.444KN(向岸方向)，横向水平力为2269.084KN，见图；在拱顶段边箱运输至索跨跨中时由主索、工作索、二扣扣索及起吊牵引索(不含风缆初张力)产生的塔顶最大竖直压力为21989.502KN，纵向水平力为278.522KN(向河方向)，横向水平力为2323.089KN。图、同时吊左幅外侧边箱及右幅内侧边箱塔顶力作用图其余14个状态塔顶力作用图略。塔架作为空间杆系结构利用微机结构分析通用程序SAP2000进行电算，万能杆件各节点看成空间铰结点，同时将风缆作为铰

23、结拉杆进入计算模型(利用Ernst公式考虑风缆垂度的影响，利用等效弹性模量代替风缆弹性模量)，计算模型见图示。按各个计算状态各单元的最大受力值进行单肢杆件、杆端连接螺栓及节点板孔壁挤压的强度复核，另对不能满足受力要求的2N5斜杆皆用2N3、4N3代替，2N4水平杆皆用4N4代替，使所有的杆件及连接皆在规范容许受力范围之内。塔架内力计算结果见图。图、塔架计算模型图、塔架内力图(同时吊左幅外侧边箱及右幅内侧边箱塔架轴力填充图，其余工况未示)该工况立杆(4N1)有最大轴力。综合塔架在各工况的最大内力计算结果如下：塔脚竖直杆4N1最大压力N-117.539t133t，最大拉力N23.713t135t联

24、结控制；水平杆(4N4)最大压力N-31.674t42.6t联结控制，最大拉力N32.752t42.6t联结控制；斜腹杆(4N3)最大压力N-50.889t75.6t联结控制，(4N3)最大拉力N39.589t75.6t联结控制。索塔位移计算结果：左幅外侧边箱及右幅内侧边箱合拢段同时在塔前20m起吊时塔架纵向位移-6.06cm(向后)，横向位移2.26cm；至索跨跨中时塔架纵向位移4.91cm(向前)，横向位移2.78cm。2.6、塔顶分配梁(附图0912)塔顶设上、下分配梁。两岸上下分配梁结构相同，上分配梁为356b工字钢，下分配梁为256b工字钢。下分配梁简支于万能杆件柱头上，上分配梁连续

25、弹性支承于下分配梁上。两岸塔顶分配梁共65.913t。上下分配梁内力计算结果见图。图、上下分配梁内力图 (同时吊靠左、右幅轴线拱箱上分配梁竖向弯炬图，其余工况未示)该工况上分配梁有最大竖向弯矩。(同时吊左幅外侧次边箱及右幅内侧次边箱上分配梁竖向剪力图，其余工况未示)该工况上分配梁有最大竖向剪力。(同时吊左幅外侧中箱及右幅内侧中箱下分配梁竖向弯矩图，其余工况未示) 该工况下分配梁有最大竖向弯矩。(同时吊左幅外侧中箱及右幅内侧中箱下分配梁竖向剪力图，其余工况未示)该工况下分配梁有最大竖向剪力。综合各工况分配梁内力计算结果如下：(1)、上分配梁最大弯矩Mmax8172528.66kg.cm，相应平面

26、外弯矩M2-845247.81kg.cm；最大剪力Qmax119925.65kg。最大弯曲应力max135.8MPa145MPa，最大剪应力max50.6MPa85MPa。材质为Q235。(2)、下分配梁最大弯矩Mmax6033069.56kg.cm，相应平面外弯矩M2-27051.23kg.cm；最大剪力Qmax60456.47kg。最大弯曲应力max125.4MPa=145MPa，最大剪应力max38.2MPa85MPa。材质为Q235。可见，两岸上、下分配梁受力皆在容许范围之内。钢材容许应力根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86取值。2.7、锚碇(附图1416)两岸主锚碇设

27、计皆采用桩式锚碇，锚桩嵌入中风化基岩。主锚碇布置于左右半幅桥轴线上，分别距全桥轴线11m，对称布置。每岸设置24根直径1.5m的钢筋混凝土锚桩，每根桩长6m，桩与桩横向中心距离2.5m，横向通过素混凝土托板连接成整体。主锚碇用作主索、工作索、2段扣索、起吊牵引千斤索及塔架后风缆等的锚固。两路岸锚碇最大索外力为F2360.869t，碾子湾岸锚碇最大索外力为F2359.991t，按图15锚固布置，单桩最大拉力为100.274t，其水平分力为H92.536t，竖直分力V38.627t。锚桩按水平荷载桩利用m(地基比例系数m按硬性黏土取为30MN/m4，实际为中强风化泥岩)法计算锚桩内力(剪力Q和弯矩

28、M)，并进行配筋设计。计算桩身最大弯矩Mmax2514.2KN.m，最大剪力Qmax925.36KN，侧壁最大土应力0.12MPa，桩顶最大位移2.2mm。设计要求基底及侧壁承载力不小于0.3MPa。锚桩采用C35砼,两岸主锚碇C35砼用量321.26立方米。实际单桩配置主筋为21根28mm级钢筋，箍筋为间距15cm的8mm级钢筋。实际锚桩允许抗弯承载力为M2583KN.m，抗剪承载力Q1508.04KN。可见主锚桩受力安全。两岸拱脚段扣索分别利用埋置于塔架基础内的I32B工字钢进行锚固，注意每根工字钢上只能锚固1根36.5mm扣索(一道1扣扣索为2根，应分别锚固)。2.8、扣索扣索皆采用63

29、7+FC的麻芯钢索，公称抗拉强度170kg/mm2。第一段采用236.5mm钢索，破断拉力140.396吨；第二段采用247.5mm钢索，破断拉力235吨。二段扣索皆通过塔顶座滑轮锚固于主锚碇上，一段扣索通过设置于交界墩顶的座滑轮分别进入塔架基础内锚固。扣点采用捆绑的形式与拱箱连接。两路岸为起吊岸，为方便拱箱吊运，二段利用扣架将同一扣点的两根扣索分开，便于后续拱肋从其间吊运通过。吊、扣点连接构造见附图1721。半幅桥单肋合拢共计4道(8根)扣索，扣索长短采用滑车组卷扬机调整。两路岸一段扣索长约90m(含回头卡长度)碾子湾岸一段扣索长约95m，两路岸和碾子湾岸二段扣索长皆约200m。全桥扣索用量(按左右幅各一个单肋扣索计算)：36.5mm(637+FC)钢索740m，47.5mm(637+FC)钢索1600m。本桥扣挂体系中扣索数量按照静力平衡计算方法的结果配索，按平面杆系结构进行计算。因在拱肋合拢及轴线标高调整完成之前，各分段接头是通过接头连接螺栓进行临时连接；在拱肋合拢及轴线标高调整完成之后，才进行接头的焊接；因而各分段点按头接铰接考虑，扣索与各扣段一起构成一静定结构，按照静力平衡方法的计算结果来配索是比较合理的，并能够保证有足够的安全系数。