沪通长江大桥跨横港沙112m简支钢桁梁全悬臂架设安装技术

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)

横截面 单位:

沪通长江大桥跨横港沙112 m

简支钢桁梁 全悬臂架设安装技术

李有为，唐启，项梁

(中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430063)

摘要：沪通长江大桥横港沙浅水区域桥梁上部结构为21孔112 m 简支三主桁钢桁梁，采用“首跨膺架法搭设、其余跨全悬 臂拼装、先连续后简支”的安装方法。通过采取优化上墩方式、公路纵梁后安装、连续墩墩顶设置双排支撑等措施，减小了钢 桁梁在大悬臂施工条件连续墩墩顶区域应力偏高问题，有效地降低了施工风险。通过采取在连续墩墩顶设置横向限位装置、 在墩顶设置纵向限位装置等措施，确保钢梁大悬臂状态下遭遇突风或台风时的横向稳定性。关键词：公铁两用桥；简支钢桁梁；膺架法；全悬臂拼装；先连续后简支；双排支座；施工技术中图分类号：U 448. 211;U 445. 46

文献标志码：A

文章编号：1671 — 7767(2017)03 — 0006 — 05

1概述

沪通长江大桥全长11 072 m ，其中跨江域部分长

约5 800 m ，桥位南侧为主航道，采用主跨1 092 m 斜 拉桥方案；桥位北侧为天生港专用航道桥，采用主跨 336 m 刚性梁柔性拱桥方案[1]。主航道桥与专用航 道桥间横港沙区域，为长期冲淤形成的浅水域，采用 21孔112 m 简支钢桁梁方案，总体布置如图1所 亦。其中，横港沙区域9号〜21号墩区间处于 4 000 m 的圆弧过渡段。因两侧航道通航要求高， 横港沙区域桥梁墩柱高度为51. 9〜62. 7 m 。

112 m 简支钢桁梁为三主桁结构，主桁采用带 竖杆的华伦式桁架，主桁中心间距2X 14. 5 m ，中心 桁高16 m 。每跨10个节间，中间节间长11m ，端部

节间长10. 8 m 。上层公路桥面采用预制钢筋混凝 土桥面板，下层铁路桥面采用预制的混凝土槽形梁 结构[2]。112 m 简支钢桁梁结构布置如图2所示。

钢桁梁大部分采用Q 370q E 钢材，其中第4、第 5节间部分上下弦杆采用Q 420qE 钢材。2

钢桁梁总体安装方法比选

钢桁梁常用安装方法有膺架法[3]、悬臂拼装 法[4]、整孔安装法、浮船顶推法[56]、顶推滑移架设 法[78]等，各种安装方法适用条件如表1所示。

鉴于该工程横港沙区域112 m 简支钢桁梁位 于浅水区，低潮时平均水深仅为1 m 左右，大型浮 吊与运梁设备无法入内；墩柱高度达52 m 以上，支

作业面1 -— —-作业面2

起始架设跨

⑳

@ @ (§) @㉑ ⑬⑬⑪

图1

横港沙区域桥梁总体布置

112 000

1 200 ,10 800 ,8X11 000

,10 800 , 1 200

收稿日期=2016 —12 —16

作者简介：李有为（1984 —），男，工程师，2008年毕业于湖南大学土木工程专业，工学学士（E -

mail : 346176134@qq . com )

。

表1钢桁梁常用安装方法比较

安装万法安装:丨：艺与适条件

先在桥孔内搭设膺架，爯在膺架上拼装钢梁。适用于水不深、桥不高的各种跨径、各种类型的钢桥，也适用于悬臂拼

装法中首孔钢桁梁安装

膺架法

号臂拼装法依托已架设完成的前孔钢梁作为配巫，在架设孔内不设置支墩或仅设蠻少数临时支墩的悬臂拼装方法。适于大、中等跨度的各类梁式钢桥

整孔安装法在河k或海上用大吨位浮吊整孔或大节段安装，先将在岸边拼装好的钢梁整体吊起，船运至桥孔架设。适用于水较深，备有大吨位浮吊的条件

浮船顶推法在汴船的支架上拼装钢梁•然后将浮船拖到桥孔内，再将浮船灌水下沉，或等候潮水退落或用千斤顶将钢梁安装在桥墩上。适川于深水河流或滨海河流处

顶推滑移架设法在桥头路基或]1桥上将钢梁拼装好，用水平千斤顶施力，使钢梁在各墩滑道上逐段向前滑动，:T f:至全孔钢梁安装就位。适用于能在桥头路基或引桥上拼装钢梁的条件

架法工程量大;钢桁梁跨数多，工期紧，需多作业面 同时施工。经比选，采用“首跨膺架法搭设、其余跨 全悬臂拼装、先连续后简支”的总体安装方法M。

3钢梁安装方法

3. 1首跨膺架法安装

112 m简支钢桁梁起步跨（10 —11号墩跨）采 用膺架法安装，其余跨采用全悬臂法拼装。为了方 便桥面吊机安装，在起步段安装1台3 600 t •m大 吨位塔吊，首跨前3个节间钢桁梁如图3所示，采用

塔吊直接吊装就位。前3个节间钢梁拼装完成后，在钢桁梁顶面拼装起重能力为75 tX30 m的钢桁 梁安装专用桥面吊机，再由75 t桥面吊机往前拼装 其余节间钢桁梁。

图3首跨前3个节间钢梁与桥面吊机安装

3.2悬臂跨安装

在起步跨钢梁尾端（10号墩墩顶）设置精轧螺纹钢反拉装置（见图4)，以确保“1+1”悬臂拼装状态下整体结构的抗倾覆稳定性满足设计与规范要求。起步跨钢桁梁安装完成后，在连续墩（11号墩）墩顶设置临时连接与第二跨（11 一12号墩跨）钢梁 连接，临时连接设备在工地现场焊接，实现“先连 续”，后全悬臂拼装第二跨钢桁梁。

图4 “1+1”悬臂架设状态下的反拉锚装置

对于第二跨以后的悬臂跨，采用“前2跨配重，2+1”的方案悬臂拼装，无须在墩顶设置反拉装置。此后，每架设完成3跨，解除最尾端一跨(即最先架设的一跨），一直以“2+1”方式架设其它孔钢桁梁。

4钢桁梁大悬臂安装计算分析

4. 1钢桁梁结构应力分析

按照常规钢桁梁悬臂施工方法，连续墩墩顶多 为单排支座支撑。悬臂段前端上墩一般安排在最后 1个节间的中桁下弦杆，此时除最后1个节间外，其 余节间全部安装完成。最后1个节间中桁斜杆安装 就位形成可传递竖向荷载的H角稳定体系前，为悬 臂上墩最不利工况P

112 m钢桁梁在“1 +1”或“2+1”悬臂法架设条 件下，连续墩墩顶后排支座支撑、第10节间中桁下 弦杆安装完成并进行斜杆安装状态下，为大悬臂施 工期间最不利工况。在第10节间中桁斜杆安装完成后，即可在最前端墩顶用千斤顶支撑起悬臂钢桁梁前端，大大改善悬臂跨钢桁梁受力状态。

采用MIDAS分析上述工况，钢桁梁最大应力 出现在连续墩墩顶前后1个节间范围内，在不考虑 风荷载作用下上弦杆最大主拉应力为258 MPa，

下8世界桥梁2017,45(3)弦杆最大主压应力为一216 MPa，主应力接近于

Q370qE钢材的规范允许强度261 MPa，安装期间

主力组合允许应力提高系数按1. 2取值计算[1°]。

4.2钢梁横向限位分析

南通地区台风多发，根据有限元分析，参照规范

《公路桥梁抗风设计规范》(JT G/T D60-01-

2004)，按设计风速V1()=38. 2 m/s，重现期20年条

件，最大悬臂状态下，考虑不对称横桥向风荷载，连

续墩墩顶横向支反力为5 280 kN，即连续墩墩顶横

向限位装置至少需提供5 280 k N的抵抗力。

5大悬臂安装施工控制

5. 1大悬臂状态下高应力控制

从前文分析可以看出，按常规悬臂拼装方法架 设，连续墩墩顶应力非常高，主应力接近钢梁在施工 阶段的最大允许应力。因此，须采取可靠措施，降低 应力水平，以降低安全风险。为改善应力状态，考虑 从两方面采取措施：①减轻悬臂跨结构自重，悬臂跨 结构自重越大，悬臂跨作用于连续墩墩顶处的力矩越大，则连续墩墩顶应力越大，因此，减轻悬臂跨结 构自重能有效改善连续墩墩顶的应力状态；②利用 墩顶双排支座协同受力。

5. 1. 1减轻悬臂跨结构自重措施

(1)优化悬臂上墩方案。常规方法中，桥面吊 机站位第8节间，架设完成第9节间，完成第10节 间中桁下弦杆安装，并进行第10节间中桁斜杆安装 时，为最不利工况。优化后，桥面吊机站位第7节 间，架设完成钢桁梁第8个节间。若此时遇到台风 预报，则桥面吊机停止往前架设钢梁并退后2个节 间固定避险。若此时天气正常，则继续架设第9节 间上游半幅(即中桁十上游侧边桁及联结系）。后依 次安装第10节间中桁下弦杆和中桁斜杆(安装中桁 斜杆时为最不利工况），待高强螺栓施拧到位后，用 千斤顶在刚上墩处顶升第10节间中桁前端支点50 mm，从而实现中桁上墩（见图5)。然后，桥面吊机 前移至第8个节间，进行第10节间上游边桁上墩(经计算分析，上游边桁起顶前，第10节间中桁下弦 杆最大应力为15 MPa、斜杆最大应力为6MPa，应 力值均较小）。第10节间上游边桁上墩后，安装第 9节间下游边桁、联结系，然后安装第10节间下游 下弦杆和斜杆进行下游边桁上墩。采取以上优化上 墩方案后，钢桁梁在最大悬臂、最不利工况状态下减 少重量约140 t(即第9个节间下游边桁和一半联结 系的重量）。

图5优化后中桁上墩工况

(2)公路纵梁悬臂跨上墩后安装。鉴于设计考 虑公路纵梁在悬臂安装时不参与结构受力，为了减 小悬臂架设重量，悬臂架设时仅安装参与悬臂状态下结构受力的主体框架，公路纵梁和附属设施等待悬臂跨上墩后统一安装。公路纵梁单根重量约5. 3 t，每节间设置6道，每孔10节间，总重量约318 t，

实际施工时，考虑每节间安装2根纵梁以方便人员 作业，实际减小大悬臂重量约170 t(前8个节间）。

5. 1.2墩顶双排支座协同受力

多跨简支钢桁梁悬臂拼装施工，连续墩每个墩 上均有2排支座，前后排支座中心间距2. 4 m，连续 悬臂架设时，可采用单排支座支撑和2排支座支撑，单排支撑时墩顶临时连接部位既承受大悬臂架设状 态下的弯矩，还要承受悬臂架设钢梁自重引起的剪力，形成弯剪组合，对结构体系不利；2排支撑时，可 有效改善悬臂安装状态下连续墩墩顶区域受力状态，包括临时连接和钢桁梁，但须采取措施确保最大 悬臂状态下墩顶支座支垫处能协调受力。

由于钢桁梁自身刚度大，2排支座间间距小，前 后2排支垫的高差对支反力特别敏感，前排支垫时 机的选择和高度的确定是关键，前排支撑受力晚，则 后排支撑受力过大;前排支撑过早，则可能导致大部 分荷载转移至前排支座上，两者均达不到效果。为 保证最大受力状态下，前后2排支垫受力均勻，以悬 臂跨11 一12号墩跨架设为例进行分析。当仅在11 号墩处前排或者后排支座处设置支垫(以11号墩为 例，当悬臂往12号墩架设钢梁时，定义11号墩墩顶 靠近12号墩侧支座为前排支垫，11号墩墩顶靠近10号墩侧支座为后排支垫），则当钢梁悬臂架设11 一12号墩跨时，仅有后排支垫支撑的条件下，前排 支垫处钢梁标高将随大悬臂架设逐步降低，且钢梁 应力最大值在悬臂架设第5节间以后增幅明显。后 排支座单独支撑时前后排支点高差及钢桁梁应力如 表2所t K

。

沪通长江大桥跨横港沙112 m简支钢桁梁全悬臂架设安装技术 李有为，唐启，项梁9

表2后排支座单独支撑时前后排支点高差及钢桁梁应力

完成

前后排支点高差/m m钢桁梁应力最大值/M Pa 内侧边桁中桁外侧边桁

节间

累计差值变化值累计差值变化值累计差值变化值

拉应力压应力

2 4.2 5.6 6.582. 9-80. 6

3 5.61.47.21.68.6 2.1. 7-90. 4

47.11.59.01.810.8 2.2100. 0-123. 3

58.71.610.91.913.0 2.2130. 6一 158. 2

610.41.713.0 2.115.5 2.5167. 5—196.5 712.31.915.4 2.418.3 2.8210. 0一240. 3 814.6 2.318.3 2.921.6 3.3261. 2一291. 2 9(1/2)15.50.920.11.824.8 3.2301. 7-334. 9注：表中所列应力为考虑了“主应力十次应力”的组合应力。

经分析，在第6节间或第7节间架设完成后，在 前排支座处实施“刚性抄垫”，对前后排支垫荷载分配最为有利，此时钢桁梁应力均处于良好状态，满足 规范要求。因此，施工过程中采取可靠措施，确保刚 性支垫在“第6节间架设完成后、第7节间架设完成 前”达到压实承载状态。具体控制方法为：①后排支 垫单独支撑悬臂架设至第5节间；②在前排支点处 设置支垫，支垫总高度约300 mm，支垫与钢梁底部 间预留间隙约2 mm。该支垫垫块由刚性钢板垫块和橡胶垫块两部分组成。刚性钢板垫块均采用精确 下料并磨平的钢板，保证大吨位受荷条件下基本无压缩变形；橡胶垫块采用可控变形垫块，尺寸为1 000 mmXl 000 mmX80 mm，极限抗压强度〉70 MPa，抗压弹性模量为（1±20%)X1 842 MPa，在最

大荷载10 000 k N作用下压缩变形量仅为0. 34〜0.52 mm。连续墩墩顶前后排支垫布置如图6所示。

图6连续墩墩顶处前后排支垫布置

前排支垫抄垫完成后，继续悬臂架设第6个节 间钢梁时，在第6个节间将要架设完成的某个状态，前排支垫被动压实，并开始承载，因其支撑后变形值 可控制在2〜3 m m以内，如此，可保证钢桁梁在悬 臂架设“完成第6节间以后、在第7节间架设完成前”支垫与钢梁达到完全垫实状态，从而将连续墩墩 顶前后排支座受力协调到最佳。

5.2大悬臂拼装期间钢梁整体限位设置

从前文分析可以看出，在极端不利横桥向风荷 载作用下，当钢梁处于大悬臂状态架设时，结构体系 横向稳定性差，连续墩墩顶横向被动约束荷载达到

5 280 kN，因此，须设置可靠的横向限位装置。

实际施工时，在不考虑支垫体系摩擦力的情况

下，在连续墩墩顶中桁临时连接处设置可提供6 000 k N横向限位抗力的限位装置，确保钢梁横向稳定。

连续墩墩顶横向限位装置如图7所示。

图7连续墩墩顶横向限位装置

另外，考虑到钢梁架设过程中，主要状态为两跨 和三跨连续状态，为保证温度作用下钢梁纵向自由伸缩，在每墩顶处(偏低侧）均设置1处纵向单向限 位装置，并在每墩顶的支撑垫块中设置“不镑钢板十 四氟滑板”垫块，保证其自由伸缩。

6结语

沪通长江大桥横港沙浅水区域桥梁上部结构为

21孔112 m简支三主桁钢桁梁，经过施工方案比选 后，采用“首跨膺架法搭设、其余跨全悬臂拼装、

先连

10

世界桥梁 2017,45(3)

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Full-Cantilever Erection Techniques for 112 m Simply-

Supported Steel Truss Girder Crossing Henggangsha

of Hutong Changjiang River Bridge

LI You-wei, TANG Q i, XIANG Liang

(CCCC Second Harbor Engineering Co ., Ltd ., Wuhan 430063, China )

Abstract ： The part of the Hutong changjiang River Bridge crossing the Henggangsha shallow

water area is a steel truss girder structure formed of three truss blocks, arranged in 21 spans, each 112 m long. The steel truss sections in the first span were erected by using scaffoldings, the re­maining spans were erected by full-cantilever assembly, and the system was transformed from a continuous to a simply-supported structure. The high stress problem in the top zone of the contin­uous piers was effectively reduced by taking several measures, including optimizing the way of mounting the truss blocks on pier tops, installing the highway stringers later, placing two rows of supports on the top of the continuous piers, and the construction risk was also effectively reduced.The transverse restriction devices on the top of the continuous piers and longitudinal restriction de­vices on the pier top were installed to ensure the transverse stability when the bridge was in the large cantilever state or attacked by the abrupt wind or typhoon.Keywords ： rail-cum-road bridge ； simply-supported steel truss girder ； scaffoldings ； full-canti­lever assembly ； from continuous to simply-supported structure ； two-row bearings ； construction technique

续后简支”的总体安装方法。对钢桁梁大悬臂施工 最不利受力工况进行计算分析，通过采取优化上墩 方式、公路纵梁后安装、连续墩墩顶设置双排支撑等 措施，减小了钢桁梁在大悬臂施工条件连续墩墩顶 区域应力偏高问题，有效地降低了施工风险。通过 采取在连续墩墩顶设置可靠的横向限位装置、在墩 顶设置纵向限位装置等措施，确保了钢梁大悬臂状 态下，在遭遇突风或台风时的横向稳定性，降低了大 悬臂施工风险，可为后续类似工程施工提供参考。参考文献：

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(编辑:刘海燕)