郑州黄河公铁两用大桥主桥钢梁架设方案研究

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文章编号:1003-4722(2008)03-0059-04

郑州黄河公铁两用大桥主桥钢梁架设方案研究

周外男,毛伟琦

(中铁大桥局股份有限公司,湖北武汉430050)

摘󰀁要:郑州黄河公铁两用大桥主桥分2联布置,立面采用三主桁斜边桁的空间桁架形式,其结构新颖,架设施工难度大。经过多方案比选和研究,第1联钢桁梁采用多点纵向拖拉施工方案架设,第2联钢桁梁采用跨线龙门式吊机悬臂架设。

关键词:铁路公路两用桥;钢桁梁;连续梁;桥梁架设中图分类号:U445.46;U448.121

文献标志码:A

ResearchofErectionSchemesforSteelTrussGirdersofMainBridgeofZhengzhouHuangheRiverRail󰀁cum󰀁RoadBridge

ZHOUWai󰀁nan,MAOWei󰀁qi

(ChinaZhongtieMajorBridgeEngineering,Inc.,Wuhan430050,China)

Abstract:ThesteeltrussgirdersofthemainbridgeofZhengzhouHuangheRiverRail󰀁cum󰀁RoadBridgearetobearrangedintwocontinuousunits.Intheelevation,thegirdersareofaspa󰀁tialtrusstypecomposedofthreemaintrusseswiththeirsidetrussessetininclinedpositions.Thegirdersarestructurallynovelandtheerectionthereofischallenging.Throughcomparisonandresearchofdifferenterectionschemes,itisdeterminedthatthefirstunitofthegirderistobeerectedbythemulti󰀁pointlongitudinalhaulingschemewhilethesecondunitofthegirderistobeerectedbythecantilevererectionschemebygantrycranespanningtheBridgealignment.

Keywords:rail󰀁cum󰀁roadbridge;steeltrussgirder;continuousgirder;bridgeerection

1󰀁工程概况

郑州黄河公铁两用大桥是石家庄-武汉铁路客运专线跨越郑州黄河上的一座特大桥,位于距新建的京珠高速公路郑州黄河大桥上游约6km处。桥址处黄河两岸堤相距约10.5km,主桥公路、铁路采用上下层布置,上层公路桥面为混凝土板,宽32.5m,布双向6车道。下层铁路桥面为正交异性整体钢桥面板,布双线客运专线,线间距7m。公路引桥出主桥范围后,利用平面曲线弯出。

主桥分2联布置(图1),第1联采用(120+5󰀂168+120)m六塔部分斜拉连续钢桁结合梁方案,长1080m,跨越主河槽;第2联采用(120+3󰀂120

+120)m连续钢桁结合梁方案,长600m,处于边滩区。立面上布置成多塔长联的构造形式,结构造形连续,首次采用三主桁斜边桁的空间桁架形式,钢桁梁横断面见图2。钢梁桁高14m,节间距12m。横向布置为3片桁,中桁垂直,边桁倾斜,倾斜角度14.036 。下弦桁间距8.5m,桁宽17m,上弦桁间距12m,桁宽24m。主桁上下弦杆均为箱形截面,其中边桁弦杆适应斜桁的形式,采用平行四边形截面,中桁采用矩形截面。主桁采用整体节点形式,上下弦杆四面等强对接拼装。箱形腹杆与节点板对拼,H形腹杆采用插入式拼接。主桁钢材采用Q370qE。

收稿日期:2007-12-24

作者简介:周外男(1966-),男,教授级高工,1989年毕业于西南交通大学桥梁工程专业,工学学士。

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桥梁建设󰀁󰀁2008年第3期

图1󰀁主桥立面布置

梁上布置全回转架梁吊机悬臂法安装待架杆件。此方案需在168m跨间设置临时墩,半悬臂架设钢梁。首先安装散拼支架和各孔临时支墩。利用2台龙门吊机分别在0~1号墩、6~7号墩间的支架上散拼3个节间的钢桁梁,利用龙门吊机安装架梁吊机,架梁吊机试吊合格后,用架梁吊机悬臂架设钢桁梁,最后在3~4号墩跨中合龙。

2.1.3󰀁方案3(多点纵向拖拉法架设)

钢梁前端设置钢导梁,在7~8号墩之间设置钢

图2󰀁钢桁梁横断面

桁梁散拼施工平台支架,利用跨线门吊散拼钢梁杆件成整体节间,在各墩顶设置拖拉动力装置,然后整体纵向拖拉钢梁及前导梁向0号墩方向移动,在空出的散拼支架上继续拼装钢梁节间,再整体拖拉,如此循环,完成钢梁的架设,见图3。前端钢导梁长108m。第1联各跨间可不设临时墩。2.2󰀁方案比选

方案1和方案2存在以下缺点:!第1联钢梁跨越黄河主河槽,钢梁悬臂架设需要每孔设置水中临时墩,由于临时墩受力达40000kN,结构庞大,将对黄河防洪渡汛造成不利影响,并且后期清除困难,费用较高;∀钢梁悬臂架设时上弦未与混凝土桥面板结合,因钢梁杆件最大重量达65t,架梁吊机较重,增加了悬臂的重量,对整体稳定不利;#钢梁悬臂架设全部为高空作业,第1联钢梁架设大部分位于水上,安全管理相对较难;钢梁边桁为空间斜桁面,水上悬臂架设杆件安装难度较大;∃铁路桥面为正交异性板,对焊接环境要求较高,郑州地区气候条件对焊接影响较大,高空悬臂架设时焊接防护较难,不易保证质量;%钢梁第1联长度1080m,若全联从一端开始架设,工期保证较难;若从两端向中间架设,则增加了中间合龙的技术难度。

方案3则取消了各跨间临时墩,杆件安装及桥

󰀁󰀁混凝土桥面板在现场预制安装,再与钢桁梁上弦杆顶面焊接的󰀁22mm剪力钉结合。铁路正交异性整体钢桥面板顶板与下弦杆上翼缘在现场对接焊,腹板和下翼缘板与主桁拼接。在中主桁布置桥塔,桥塔采用钢箱结构,塔梁固结。塔高37m,分节段工厂制造,在现场栓接。斜拉索采用󰀁7mm平行钢丝索,单索面扇形布置,锚具采用冷铸锚。2󰀁第1联钢梁架设方案研究2.1󰀁备选方案

2.1.1󰀁方案1(跨线龙门式吊机悬臂架设)

位于水中墩部分在桥梁上下游侧分别设置栈桥,滩地部分填筑便道,设置龙门吊机走道,并作为钢梁杆件运输通道,利用跨线龙门吊机悬臂安装钢桁梁。经计算,钢桁梁最大允许悬臂90m,需在跨间设置临时墩,采用半悬臂架设钢梁。首先分别在0~1号墩、6~7号墩之间安装散拼支架和各孔的临时支墩。利用2台龙门吊机分别从两端向中间悬臂架设钢桁梁,最后在3~4号墩跨中合龙。2.1.2󰀁方案2(架梁吊机悬臂架设)

位于水中墩部分在桥梁下游侧设置栈桥,滩地部分填筑便道,作为钢梁杆件运输通道。在已架钢

图3󰀁多点纵向拖拉法架设钢梁郑州黄河公铁两用大桥主桥钢梁架设方案研究󰀁󰀁周外男,毛伟琦

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面板焊接可工厂化作业,避免了上述缺点。作为本工程第1联钢梁架设最终实施方案。2.3󰀁第1联钢桁梁多点纵向拖拉架设研究2.3.1󰀁拖拉架设总体计算

拟定2个方案进行拖拉总体计算分析。方案1:不安装混凝土桥面板,仅拖拉钢桁梁;方案2:安装混凝土桥面板,与钢桁梁一起拖拉。2个方案均设前导梁与钢桁梁连接,前导梁长108m。

主要计算参数如下。!结构自重:实际结构重量;∀风荷载:风速28.8m/s(相当于11级);#钢桁梁杆件容许应力:弦杆[󰀂]=260MPa,钢桁梁腹杆按照规范[3]折算应力取值;∃导梁结构:长度108m,重量900t。

钢梁拖拉最大悬臂时,导梁前端最大变形1000mm。根据方案1计算,钢桁梁弦杆、腹杆应力均满

[2]

足规范要求;基础及墩身均满足规范[1,4]要求。根据方案2计算,拖拉过程中主体钢桁梁所有的H形截面的腹杆应力均不满足规范

[2]

[1,2]

2.3.2.3󰀁拖拉设计及设备

钢桁梁拖拉牵引采用2-20󰀁15.24的钢绞线。拖拉后锚箱反力座设在钢桁梁两侧边桁弦杆上,弦杆与反力座通过螺栓连接,锚箱端为钢绞线固定端;在墩旁托架上设千斤顶反力座,此为钢绞线张拉端。边桁架主动拖拉,中桁被动滑移。钢梁3片桁下弦节点下面安装滑板,利用2台250t连续千斤顶拖拉,1次拖拉7个节间钢桁梁,正常拖拉速度控制在10m/h。钢桁梁拖拉系统每个墩旁滑道设置1套拖拉设备(2台250t连续千斤顶,1套主控泵站控制系统),全桥共计7套拖拉设备。钢桁梁整体拖拉过程中,多点同步分级拖拉。2.3.3󰀁拖拉施工工序

(1)7、8号墩之间设置施工平台支架,在支架上安装108m前导梁,然后向0号墩方向拖拉导梁前行48m,组装钢桁梁4个节间,见图4。

要求;该方案对主

体结构基础产生偏心竖向力达100000kN,墩顶不平衡水平力达8000kN,主体结构在拖拉施工阶段不满足规范[1]要求。

为了尽可能少改动主体结构,在综合考虑工期、设备、经济的前提下,认为方案1相对较好。待钢梁拖拉到位,体系转换后再安装混凝土桥面板。2.3.2󰀁钢桁梁拖拉架设主要临时结构设计2.3.2.1󰀁前导梁结构

钢梁拖拉时前端设置108m导梁,导梁采用变高桁架结构形式以有效减小自重,前端高度7m,后端高度14m,节间长度12m。导梁前端节点为变高刚性节点,设起顶设备,当导梁前端到墩旁托架后,前端起顶,使得导梁节点能够顺利滑移到托架滑道梁上。导梁后端与钢梁连成整体。

2.3.2.2󰀁墩旁托架

1~6号墩墩身两侧布置拖拉托架。托架分2部分组成:立柱和滑道梁。托架立柱采用󰀁1.8m的钢管混凝土,直接支撑于承台上,墩身两侧立柱间距为12m,横向间距为2󰀂8.32m。托架上设3片滑道梁,与钢桁梁下弦杆中心对应。拖拉过程中钢桁梁每个节点均要设滑板抄垫。滑道梁纵桥向长度大于12m,以确保拖拉过程中钢梁节点受力。边滑道梁上设拖拉反力座,并形成操作平台,放置连续千斤顶。为了减少滑动时摩擦力,滑道梁顶面焊接整块不锈钢板,钢桁梁与滑道梁之间设MGB滑板。滑道梁与托架及墩身连接成一体,其顶面设拖拉设施。图5󰀁钢桁梁7节间组装图4󰀁钢桁梁4节间组装

(2)向0号墩方向拖拉36m,继续组装钢桁梁3个节间。接着向0号墩方向拖拉30m,前导梁到达6号墩旁托架上。

(3)继续向0号墩方向拖拉54m,散拼支架上空出7个节间位置。在钢梁拼装平台支架上组装钢桁梁7个节间,见图5。

(4)重复以上步骤,钢桁梁拖拉至0号墩(导梁在过1号墩后即可分段拆除)。2.3.4󰀁多点纵向拖拉方案特点

多孔长联大跨度三主桁斜边桁空间钢桁梁采用拖拉法施工,可以取消主河槽中的庞大的临时墩,对防洪渡汛有利,避免了后期河道的清理;在岸上的支架上拼装钢梁,有条件做到工厂化作业,避免因雨季、冬季对钢梁焊接、高强螺栓施拧质量带来不利影响,可以更好地保证质量;由于在岸上工厂化拼装,62

能够对钢梁拼装、拧高强螺栓、铁路桥面板焊接等工序进行平行流水作业,能够加快进度;可以减少水上高空作业,对安全生产非常有利。3󰀁第2联钢桁梁架设方案研究

第2联钢梁位于黄河滩地上,属于陆地施工,相应施工措施及组织较为方便。对跨线龙门式吊机悬臂架设方案、架桥机悬臂架设方案和多点纵向拖拉法架设方案进行综合比较,以跨线龙门式吊机悬臂架设方案较为经济,选用此方案作为实施方案。经计算,第2联钢梁架设时毋需在跨间设置临时墩,只需在墩旁设置托架。在桥梁上下游侧布置龙门吊机走道,拼装70t龙门吊机。在11、12号墩之间拼装临时支架,利用70t龙门吊机从12号墩向7号墩方向悬臂拼装钢梁。4󰀁结󰀁语

(上接第54页)

对于修正和改进风洞试验方法和结果,修正和改进现有桥梁风振计算分析方法,正确作出台风高发区悬索桥建设决策有着重要参考价值。

(4)按现行&公路桥梁抗风设计规范∋有关条文和规定计算的悬索桥施工阶段颤振检验风速是相对合理和安全的。

(5)长期以来,风洞试验被认为是测取结构风振特性、模态和响应的最好方法,具有相当大的权威性。文献[5]中曾分析了风洞试验的先天性缺陷,而西堠门大桥风观测成果则证明了风洞试验结果与实际相符性较差,过于偏大,有待改进完善。

桥梁建设󰀁󰀁2008年第3期

郑州黄河公铁两用大桥结构新颖,架设施工难度大。通过方案研究和计算分析,采用多点纵向拖拉方案来架设跨越黄河主河槽的第1联钢桁梁,有利于保证空间三主桁的拼装精度和铁路桥面正交异性板的焊接质量,可以减轻严寒、大雨、大风等恶劣气候对施工的影响,有利于保证施工进度,有利于提高操作人员的安全性。同时取消了常规方案在黄河主河槽所设的许多临时墩,即保证了施工区段的黄河渡汛,又大大减少了后期河道清理工作及其费用,经济效益和社会效益显著。

参󰀁考󰀁文󰀁献:

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