大跨度钢桁梁柔性拱桥起落梁施工新技术

张守利， 张雪松， 刘 凯

（1.上海铁路局合肥铁路枢纽工程建设指挥部，安徽 合肥 230022；2.中铁四局集团钢结构有限公司，安徽 合肥 230022；3.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

0 引言

近年来，高速铁路的大规模建设为钢梁桥［1－3］的发展带来了新的契机，钢桁梁柔性拱桥由于同时具有钢桁梁桥与钢拱桥的优点，显著提高了钢桁梁桥的跨越能力，钢桁架拱桥以其独特优点得到广泛应用［4］。已建成的钢桁梁柔性拱桥包括闽江特大桥（主跨198m）和京沪高铁黄河大桥（主跨168m）等多座铁路桥梁［5］。

大型桥梁建设中施工设备要求高，施工技术难度增大，施工质量和安全性尤为重要，应确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于安全范围内，成桥状态的线形和结构内力符合设计要求［6］。

本文以新建的沪汉蓉高速铁路引入合肥枢纽南环线经济开发区钢桁梁柔性拱特大桥的重点工程作为对象，研究大跨度钢桁梁柔性拱桥施工中起落梁工艺的关键技术。

1 工程概述

合肥南环线经济开发区钢桁梁柔性拱特大桥于里程DK466＋191.02～DK466＋420.52处跨越合宁高速公路，与高速公路成夹角26o跨越。该桥为钢结构，全长461m，其两边跨度均为114.75m，主跨跨度为229.5m，主跨长度在同类型桥梁中居于亚洲首位，总自重为115 000kN，主桥立面及断面如图1、图2所示。

图1 全桥立面布置图

图2 主桥断面图

本工程中钢桁梁柔性拱单向顶推过程是在临时支墩架设完成的，并进行了线形调整，需要落在永久桥墩上，然后临时支墩拆除，120＃～123＃为永久桥墩。当主桁梁通过临时桥墩顶推到达实际位置时，实际标高比设计标高高900mm，因此，顶推架设完成后需进行起落梁作业，落梁高度为900mm。落梁前用操垫板将支撑垫石与钢桁梁节点操实，将辅助支架上垫块对应的钢桁梁节点受力转换为主墩垫石上抄垫钢板对应节点受力，完成体系转换。待辅助支架拆除完成后，开始全桥起落梁。

2 技术原理和施工工艺技术

钢桁梁柔性拱桥起落前进行纵横向纠偏，完成线形尺寸、高栓施拧及桥面板焊接质量验收后，进行体系转换及辅助桥墩结构拆除，并完成墩顶布置。

利用墩顶装置依次按照122＃墩→123＃墩→121＃墩→120＃墩的顺序进行起落梁，起落梁高度为900mm，考虑到10 000kN和6 300kN竖向千斤顶最大行程为120mm，根据落梁高度计算分析，确定每次南北两侧同步落梁100mm。经8次循环，直至全桥落梁800mm。抽取122＃、121＃墩分配梁，进行纵横向位移调整，再进行支座安装，支座安装完成后最后全桥落梁到位。

2.1 桥墩顶部设备布置

桥梁中墩（121＃、122＃）及边墩（120＃、123＃）墩顶设备布置分别如图3、图4所示，墩顶布置包括纵横移装置和起顶装置。纵横移装置包括水平千斤顶、垫梁Ⅰ（带水平顶反力座）、垫梁Ⅱ。垫梁Ⅰ与垫梁Ⅱ之间布置MGE板加不锈钢板摩擦副作滑动面，以减少纵横移时的摩擦力。起顶装置包括竖向千斤顶、操垫板和分配梁。

中墩121＃、122＃的起顶装置均设置8台10 000kN竖向千斤顶，纵横移装置均设置8台2 000kN水平千斤顶；120＃、123＃边墩起顶装置均设置4台6 300kN竖向千斤顶，横移装置均设置4台2 000kN水平千斤顶。为确保在抽取竖向千斤顶上操垫板安全方便，竖向千斤顶上操垫板规格为（20～50）m×500m×500m。

图3 桥梁中墩墩顶设备布置图

2.2 起落梁施工过程

（1）利用122＃墩墩顶南北两侧各布置的4台10 000kN竖向千斤顶同步起顶，当122＃墩支撑垫石上的操垫板与钢桁梁节点脱离5mm，锁死千斤顶保险箍。

（2）抽出每层50mm的操垫板，打开千斤顶保险箍，南北两侧同步落顶50mm，再锁死千斤顶保险箍。

（3）打开千斤顶保险箍，南北两侧同步落顶至千斤顶不承重，此时支撑垫石上的操垫板承重，抽出千斤顶上的操垫板，122＃墩落梁100mm。继续按照123＃墩→121＃墩→120＃墩的顺序，重复步骤（1）～步骤（3），分别起落梁100mm。

重复上述步骤，经8次循环，直至120＃～123＃墩累计落梁800mm，抽取122＃、121＃墩分配梁，进行主桥梁纵横向位移调整。

2.3 钢桁梁纵横向位移调整

2.3.1 钢桁梁纵向移动调整

采用纵向水平装置进行纵向位移调整，在121＃、122＃主墩南北两侧各设置4台2 000kN水平千斤顶，如图5所示。

图4 桥梁边墩墩顶设备布置图

图5 钢桁梁纵向移动千斤顶布置平面图

在垫梁Ⅰ与垫梁Ⅱ之间增加不锈钢板和聚四氟乙烯板，以减小摩擦力。

考虑到8台千斤顶工作时同步存在偏差，取折减系数0.8，不锈钢板和聚四氟乙烯板摩擦系数为0.08，钢桁梁重量约为115 000kN。抗摩擦计算：8×2 000×0.8＝12 800kN＞115 000×1.2×0.08＝11 040kN，符合施工要求。

2.3.2 钢桁梁横向移动调整方法

如图6所示，在中墩节点设计起顶点下单侧各设置4台2 000kN千斤顶，同时顶推钢梁实现横向位移。在墩顶布置前垫梁Ⅰ与垫梁Ⅱ之间增加不锈钢板和聚四氟乙烯板，以减小摩擦力。同上抗摩擦计算，符合施工要求。

图6 钢桁梁横向移动布置断面图

3 起落梁过程结构受力分析

本工程采用有限元软件Midas／Civil对钢桁梁柔性拱特大桥进行结构计算，考虑在不同主墩竖向起顶的结构受力性能［7］。所有构件材料均按设计图纸选用，桥面板采用板单元，支架杆件采用梁单元。由于本桥节点全部为焊接整体节点，节点连接质量比较大，所以在计算模型中对桥的构件质量乘以1.45的放大系数，确保模型质量与实际桥质量相符。桥梁顶推过程中垫块均为滑动垫块，因此不约束顺桥向（即X方向），考虑侧向风力作用而约束Y、Z方向，计算模型如图7所示。

图7 钢桁梁柔性拱桥计算模型

桥梁起落时，通过对122＃墩落梁100mm高度后，再到123＃和121＃主墩上落梁100mm，最后到120＃主墩落梁100mm。如此循环，直至全桥落梁至设计高度。以安全、高效、技术可行为原则，对每个轮次主墩起落高度100mm进行计算分析，结果见表1所列。

表1 主墩支座反力和桥梁结构计算应力值

表1中，σ1、σ2、σ3、σ4分别为最大压应力、稳定容许压应力、最大拉应力、容许拉应力。

计算结果表明，钢桁梁柔性拱特大桥杆件的最大压应力为82.2MPa，小于稳定容许压应力226.8MPa，最大拉应力为85.2MPa，小于容许拉应力210MPa，落梁过程中桥梁结构强度和稳定性均能够满足现行国家标准要求［8］。

4 结束语

通过墩顶辅助结构的设计，解决了大型钢桁梁落梁的难题；充分利用墩顶布置调整钢梁线形，保障了大跨度钢桁梁柔性拱架设后线形精度满足设计要求。本文介绍的大跨度连续钢桁梁柔性拱起落梁施工技术具有先进、安全可靠及经济合理的优点，对类似大型桥梁施工有推广价值。

［1］Bignell J L，LaFave J M，Hawkins N M.Seismic vulnerabili－ty assessment of wall pier supported highway bridges［J］.Engineering Structures，2005，27（14）：2044－2063.

［2］Spyrakos C C，Raftoyiannis I G，Ermopoulos J C.Condition assessment and retrofit of a historic steel－truss railway bridge［J］.Journal of Constructional Steel Research，2004，60（8）：1213－1225.

［3］项海帆，陈艾荣，葛耀君.中国大桥［M］.北京：人民交通出版社，2003：111－114.

［4］孙海涛.大跨度钢桁架拱桥关键问题研究［D］.上海：同济大学，2006.

［5］邓雄晖，王玉银.大跨钢桁梁桥加劲柔性拱施工阶段抗风性能［J］.哈尔滨工业大学学报，2012，44（4）：145－148.

［6］张 南.桥梁结构质量控制技术与工程实例［M］.北京：中国电力出版社，2010：130－131.

［7］杨 扬，完海鹰，李庆锋，等.合肥新机场实腹式刚架钢结构的施工仿真分析［J］.合肥工业大学学报：自然科学版，2011，34（6）：866－869.

［8］TB 10002.2－2005，铁路桥梁钢结构设计规范［S］.