钢桁梁拼装平台设计与施工

张海燕

(中铁十四局集团第三工程有限公司，山东兖州272100)

钢桁梁拼装平台设计与施工

张海燕

(中铁十四局集团第三工程有限公司，山东兖州272100)

结合黄大铁路(朔黄铁路黄骅南站—益丰铁路大家洼站)黄河特大桥连续钢桁梁顶推体系中钢桁梁拼装平台的施工，介绍了拼装平台的整体布局、细部设计及平台的安装工艺，为钢桁梁的无应力拼装作业提供参考。

钢桁梁;拼装平台;设计;施工

1　工程概况

黄大铁路黄河特大桥位于山东省东营市利津县境内，连续钢桁梁主桥横跨黄河主河槽，跨径布置为(120+4×180+120)m的钢桁梁，全长967.34 m。钢桁梁设计为上下平行弦，2片垂直主桁，主桁中心距11.0 m。主桁片为带竖杆三角形式，桁高18.0 m，节间长度10 m，斜杆节点的大节间长度为20 m，全桥总质量约13 420 t。

上部钢桁梁采用顶推法施工(见图1)，顶推体系中钢梁的无应力拼装作业需要拼装作业平台，为此在既定位置设计钢梁拼装平台。拼装平台所在的114#～115#墩处于黄河河漫滩中，桥址处地质条件复杂。距地面1～7 m为黏土层，地基承载力约50 kPa。7 m之下多为砂土、粉土或者粉质黏土层。整体地层承载力较差且桥址处地下水位较高，位于地面以下1.5 m。

图1　顶推法施工示意(单位:cm)

2　拼装平台设计

2.1设计原则

主桥连续钢桁梁采用顶推法施工，即在拼装平台上部拼装完成一定节间后将其顶推出去，继续拼装后续节间，依次循环操作。拼装平台使用频率高，安全性要求高，是系统中的关键结构。拼装平台既要满足顶推方案中每次顶推长度要求，又必须满足各种工况下结构的安全性，为施工提供足够的操作空间。

桥梁最大跨度180 m，导梁前端在悬臂120 m时须能够抵抗设计区域的最大横向风载。据此确定顶推方案为每次拼装60 m钢桁梁，在导梁悬臂120 m时将钢桁梁一次顶推60 m，直接上墩。对顶推方案、施工工期、施工成本等方面进行多次比选后，确定采用70 m的拼装平台用于钢桁梁杆件安装、桥面板焊接、下弦附属结构安装、施工检查等。

2.2拼装平台设计概况

114#～115#墩之间设置70 m平台用于钢梁3个大节间的拼装及顶推，留10 m作为钢桁梁衔接长度。拼装平台整体布置见图2。拼装支架立柱上部支撑滑道梁，作为上部顶推时的走行轨道。

支架基础采用钻孔灌注桩，桩径1.0 m，桩长35 m，每相邻2根桩基上部设置承台。立柱采用630 ×8 mm的双钢管，横桥向中心间距11 m，纵桥向中心间距10 m。每2组立柱通过纵、横向联结系连接。立柱上方支撑滑道梁，为了减小滑道梁的支撑间距，在立柱间设计滑道梁支撑桁架。滑道梁设置横向连接系，同时作为上部操作平台的支撑横梁。

2.3拼装平台建模计算

拼装平台使用有限元分析软件MIDAS/Civil 2012建立整体模型进行设计，模型中包含滑道梁。用梁单元模拟实际构件。立柱与桁架之间、纵横向连接系之间焊接，模型中用刚接来模拟;立柱与承台预埋件焊接，柱脚用固结来模拟。

图2　拼装平台(尺寸单位:cm;高程单位:m)

2.3.1结构选材

拼装支架中除滑道梁外其余钢材采用Q235钢，抗拉、抗压和抗弯强度设计值为215 MPa，抗剪强度设计值为125 MPa，板厚t≥16 mm。

2.3.2荷载选用

结构计算时恒载取为拼装支架自重G;活载为主梁拼装及移动过程中滑块对拼装支架滑道梁产生的作用力Q。计算结构强度时采用组合S1=1.2G+1.4Q;计算结构刚度(变形)时采用组合S2=G+Q。

2.3.3结构检算

结构活载取钢桁梁在顶推过程中对拼装平台最不利的一组竖向力，水平力取为竖向力的10%。

钢桁梁的中间节段E45～E48的杆件较重。模型(见图3)计算时，以最不利工况下的移动荷载模拟支架受力。此时在支架上部拼装完成第44～50节间的60 m钢梁。在顶推过程中各节点下的滑块将钢梁上部的自重荷载以集中力的形式传递给拼装平台上部的滑道梁。

图3　拼装平台模型

由移动荷载工况计算结果可知，当钢梁通过滑块将自重传递给拼装平台并在上部顶推时，最大位移为4.4 mm。各部件应力计算结果见表1。

表1　各部件应力计算结果

由表1可知:滑道梁设计由剪应力和弯曲正应力同时控制，钢管立柱设计由轴向正应力控制，桁架和纵横联设计由轴向正应力控制。由于拼装支架上部长期承载可变荷载作用，具有较大的动力响应，且活载带有一定的发展系数，因此支架取用的安全系数较大。

细部分析时发现靠近大里程侧的3排钢管立柱受钢梁压力较大，为了防止对应的桁架与钢管的连接处受弯剪破坏，向钢管内部灌注混凝土增加钢管的截面刚度，以提高此处的安全性。

钢管立柱属轴压构件，易失稳，需分析立柱的稳定性。通过模型计算可知单根钢管立柱最大支点反力为1 189 kN。钢管长度为13.28 m，拼装支架设置4道连接系，连接系最大间距4.1 m，故钢管立柱计算长度为4.1 m。钢管立柱截面应力经计算为81.1 MPa＜215 MPa，符合设计要求。

2.4拼装平台桩基础设计

拼装平台处在黄河河漫滩区，其地基承载力较差，地层参数见表2。考虑桥址处地质条件，拼装平台选用混凝土摩擦桩，桩径1.0 m，设计桩长35 m，桩基钢筋笼长度为18 m。

表2　地层参数

由《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)，取清孔系数为0.75，修正系数为0.7，深度修正系数为1.5，计算得单桩承载力为3 914 kN，桩基安全系数为3.3。可知桩基符合设计要求。

3　拼装平台施工

拼装平台安装步骤:钢管立柱→立柱下部纵、横联→立柱上部横联→立柱上部滑道梁支撑桁架→桁架横联→灌注钢管混凝土→立柱顶部分配梁→滑道梁。

拼装平台处架设有60 t龙门吊，使用龙门吊安装拼装平台支架和滑道梁。

1)拼装平台安装。拼装平台立柱为630×8 mm的双钢管，在预制场加工完成，现场使用龙门吊安装。安装前将立柱钢管的安装控制点标记在预埋钢板上。安装时使用楔形钢板点焊定位钢管，使用全站仪控制钢管的竖直度和钢管顶部的控制点位里程及标高。平台的纵、横向连接系与桁架等使用龙门吊安装到设计位置即可。严格控制焊接各接口处焊缝质量，柱脚、桁架处焊脚高度不小于8 mm，其余部位不小于6 mm。

2)滑道梁安装。待拼装平台的构件全部安装完成后架设上部滑道梁。在对应的钢管立柱顶板、桁架的顶板上部提前放线确定滑道梁的安装位置，并将各位置处的标高进行采集处理，使用钢板抄垫调整滑道梁底标高使其一致。使用60 t的龙门吊自大里程侧向小里程侧安装滑道梁，滑道梁间通过高强螺栓连接。

4　结语

拼装平台等结构的设计综合考虑了整个施工顶推方案，如顶推施工工艺的配合、钢桁梁在顶推过程中的受力状况、与滑道梁之间的衔接等。

拼装平台在加工过程中采用模块化加工，将立柱钢管、支撑连接系、滑道梁支撑架、操作平台、人行通道等分别加工，然后拼装成一体，之后采用龙门吊一次吊装，减少了高空作业时间，取得了较好效果。

黄大铁路黄河特大桥顶推施工体系中，拼装平台担负着非常重要的角色。该方案经施工检验，很好地完成了钢梁拼装及顶推任务，且工艺简单，提高了经济效益，可供类似施工借鉴。

［1］陈伟，李明．桥梁施工临时结构设计［M］．北京:中国铁道出版社，2003．

［2］王殿伟．多跨连续钢桁梁拼装及多点同步顶推技术［J］．钢结构，2010，25(11):65-71．

［3］刘文武，张志才，范君．晋豫鲁铁路通道跨京广线钢桁梁拖拉法施工技术［J］．铁道建筑，2014(9):21-23．

［4］李杨．大跨度双线铁路钢桁梁跨线施工技术［J］．铁道建筑，2008(11):15-17．

［5］中华人民共和国建设部．GB 50017—2003钢结构设计规范［S］．北京:建筑工业出版社，2003．

［6］周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册［M］．北京:人民交通出版社，2001．

［7］冯政．钢桁梁施工技术方案及工艺［J］．铁道建筑，2009 (6):1-3．

［8］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．JGJ 94—2008建筑桩基技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

(责任审编 李付军)

Design and Construction of Assembling Platform for Steel Truss

ZHANG Haiyan
(The Third Engineering Co．，Ltd．，China Railway 14th Bureau Group Corporation，Yanzhou Shandong 272100，China)

The continuous steel truss of the Yellow River Super Bridge on Huanghua South Station－Dajiaw a Station railway was erected by increm ental launching method．Combined with the construction of assem bling platform for steel truss，the overall arrangem ent，detail design and fixing techno logy of assem bling platform were introduced，which could provide reference for stress free assem bling construction of steel truss．

Steel truss;Assem bling p latform;Design;Construction

U455．46

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．12

1003-1995(2016)11-0046-03

2016-06-09;

2016-07-12

张海燕(1969—)，女，高级工程师。