跨线96m下承式简支钢桁桥梁转体施工技术研究

田朋飞，程天赐，张余平，王国梁，戴传新

（安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 合肥 238076）

1 工程概况

96 m全装配式钢桁桥位于安徽省宣城市境内，采用单线下承式简支钢桁梁跨越既有皖赣线，与皖赣铁路相交角度为17。，钢桁梁主桁类型为无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式钢桁梁，如图1所示，主桁跨度96m，全长98.46m，桁高12.8m，两片主桁中心距8.5m，人行道设置于主桁外侧，人行道宽度1.01m，总重1200t，墩台顶距离地面高度为11.60m，最大起吊高度为24.5m，单件最大起吊重量为26.5t，节点采用高强度螺栓连接的全装配钢结构桥梁，工期内需要完成采购、制作、运输、安装、卸载、转体及就位等施工内容。

图1 钢桁桥梁结构立面图

2 施工部署

如图2所示，皖赣铁路既有线为东西向，本工程桥体跨度方向轴线与既有线交角为17度，①号墩靠东侧，②号墩靠西侧，铁路桥梁整体线路按墩体编号①→②→③顺序由东向西方向进行施工，在①号桥墩上设置端轴旋转轴工装，在平行既有线一侧设置桥体拼装用通长临时支撑架，临时支撑架西侧端部与②号桥墩处设置较大管径支撑架，其上放置箱型截面跨越既有线滑移大梁，在滑移大梁上设置两条滑移轨道，每条轨道上设置1台100t爬行器，顶推弧长为28.5m。

图2 钢桁桥梁转体后平面布置图

在①、②号桥墩混凝土浇筑前，应做好工装预埋件施工，验收后进行浇筑混凝土，本工程临时支撑架对基础沉降要求高，采用了钢管桩+承台基础，临时支撑架材料为甲供材，现场下料制作，采用3台50t汽车吊进行临时支撑架和桥梁结构构件的安装施工，采用1台150t履带吊进行滑移大梁跨越既有线安装施工。钢桁桥下部检修小车轨道梁应在旋转-顶推施工前完成安装工作。

端轴旋转-顶推施工完成后，采用4台400t液压千斤顶置于设计指定顶升位置，对桥体两端进行同步整体顶升，同时采用钢垫板置于每个支座处，顶升至设定高度后进行安装4套成品支座施工，待成品支座下部灌浆料达到强度要求规定值后，对桥体两端的4台液压千斤顶进行同步整体卸载，钢桁桥主体结构安装施工完成。

3 控制要点

3.1 制定施工流程

①、②号桥墩顶面钢筋间距密集，预埋件设置抗剪键现场无法施工，采取在预埋板四周现场焊接条形钢板的措施达到抗剪设计要求。临时支撑桁架柱下采用了钢管桩+承台基础，并进行了沉降计算，沉降量控制在7mm之内。①、②号桥墩上工装、临时支撑系统以及滑移大梁安装完成并验收后，对钢桁桥进行分段高空拼装，由于施工条件限制，拼装顺序为?号桥墩向?号桥墩施工，由一端向另一端拼装施工应严格控制拼装预起拱标高。

3.2 钢桁桥加工制作预起拱和预拼装

本钢桁桥梁上下弦构件均采用箱型截面，钢板材质为Q370qd，节点设计形式为全装配式高强螺栓节点板连接，上平纵联各节间杆件按不发生预拱度设计，上弦构件的节间距离（节间距离为12m）加长14mm，其他构件、连接板、制孔等均不变，预拱度通过改变斜杆的交汇点通过带有一定拼装内力加以实现，该方式是通过上弦构件加长形成厂制预拱度，上弦加长而通过斜杆的夹角调整进行拼装而带动下弦同时形成预拱度较容易实现，拼装内力小不影响钢桁桥结构受力性能。

图3 钢桁桥工厂预拼装顺序图

根据工期进度要求，将钢桁桥分为A、B、C、D四段进行工厂预拼装，将A和B段加工完成后进行工厂预拼装，验收合格后，将A段运至现场拼装施工；C段加工完成后和B段进行工厂预拼装，验收合格后，将B段运至现场拼装施工；D段加工完成后和C段进行工厂预拼装，验收合格后，将C、D段运至现场，拼装根据厂制预拱度要求，严格控制厂制预拱度和胎架位置的一致性，每个节点板穿孔率均应达到100%，若出现不合格应采取纠偏措施或置换连接节点板。

3.3 端轴旋转工装设计

旋转轴设计前应对桥体的单轴旋转受力进行分析，建立受力模型，基本假定为桥梁下弦、横向构件及桥面板形成刚体，爬行器顶推力对桥梁跨度方向的线型无影响，如图4所示，Q为主动力：爬行器顶推力（KN）；Q’为旋转轴处由主动力Q产生的反力（KN），由旋转轴承担全部剪力Q’，即Q’=Q=Gf其中G为号桥墩摩擦面上承担的桥体重量，f为摩擦系数，启动时按照0.2取值，滑移过程按照0.15取值），N和N’是由主动力Q引起的摩擦力，N=N’=Gf（其中G为号桥墩摩擦面上承担的桥体重量，f为摩擦系数，启动时按照0.2取值，滑移过程按照0.15取值）。

图4 旋转轴受力分析图

①号桥墩上端轴旋转中心工装包括旋转轴、旋转梁和摩擦梁三部分，如图5所示，旋转轴形式为插销式，承受全部旋转剪力Q’，内轴与外筒设计间隙为5mm，加工制作偏差±0.5mm，内轴钢管内设置十字劲板，抗剪焊缝均采用有限元软件进行复核，接触面长度按照1/6接触面周长计算。摩擦梁设置三个方向限位板与桥体支座底板连接，限位板与桥体下弦及支座底板接触面应刨平顶紧，并应对桥体采取有效加强措施，避免桥体结构构件受外力作用发生变形等不利影响。

图5 端轴旋转工装与旋转轴设计

3.4 跨线梁截面的选取与设计

滑移跨线梁与支撑体系布置如图6所示，支撑体系采用四肢格构柱，截面选取为（甲供材），截面管径比超过规范设计要求，采取管壁内外部加强措施。滑移跨线梁总长度28.5m弧长，最大净跨12.5m，考虑爬行器受力同步、爬行器数量最少、顶推力额定值、便于控制等原则，选取两台爬行器和2条轨道设置于滑移跨线梁顶面，则考虑2条轨道承受重力不均衡因素导致滑移梁受扭的不利影响，选取了箱型截面，在每条轨道下的箱型截面顶板处做加强措施，跨线滑移梁分为三段，每段为直线梁，拼接处现场焊接，铺设轨道为半径R=96m圆弧。本项目对滑移梁进行了有限元分析，跨线滑移梁抗倾覆、底部与支撑柱连接处均采取了防止板件局部失稳的有效措施。

图6 滑移跨线梁与支撑体系布置

3.5 顶推爬行器工装的设计要点

本工程所采用的TJG-1000型顶推爬行器工作原理是：顶推器底部对轨道进行“握裹”，顶推臂与桥体采用销轴连接，通过液压千斤顶伸长使得桥体移动，每次行程300mm。如图7所示，顶推爬行器工装设计成“托盘”形式，销轴顶推点标高与“托盘”底板摩擦面标高尽量保持一致，“托盘”工装顶推面与桥体接触面处，应对其钢构件内部进行有效加强，加强措施应经原桥体设计单位同意许可。顶推力与摩擦力对轨道（包括跨线滑移梁）产生作用与反作用的内力，结合本工程工装设计特点和实际情况，支撑架设计不考虑顶推桥体所产生的水平力，在轨道断开连接处，应考虑两台顶推爬行器不平衡受力所产生的水平推力，对轨道与箱型梁顶面连接卡板进行承载力复核。

图6 顶推爬行器工装

3.6 旋转-顶推施工过程关键部位监测

本桥梁在顶推旋转过程中采用了施工监测技术，主要针对关键部位进行应力、位移和竖向挠度的监测，关键部位包括：试顶前卸载后桥体线性测量；旋转轴和旋转梁的应力监测；摩擦梁上限位板应力监测；两端摩擦梁在滑移过程的滑移量监测（监测水平位移是否同步）；跨线滑移大梁应力和竖向挠度监测；跨线滑移大梁侧向支撑构件应力监测；跨线滑移大梁与支撑格构柱连接部位应力监测；支撑格构柱顶和柱底应力和板局部变形监测等。工程实施前制定了系统的监测方案，根据爬行器的每次推进行程，进行了全过程的受力模拟分析，确立了桥体滑移过程对跨线滑移梁3处最不利位置，本项目试顶为3个行程，试顶过程的监测数据与受力分析数据较为吻合，对后续正式顶推奠定了良好的技术数据支撑。如图8所示是本工程对关键部位数据监测的现场图像。

4 结语

随着我国高速铁路的快速发展，钢结构桥梁应用越来越得到认可，亟待提高施工技术水平与积累工程施工经验，本工程实践表明：

图8 桥体施工过程实时监测

①当跨线铁路桥与既有线交角小于20。时，采用本工程实施的端轴旋转-顶推施工方法是经济可行的，具有施工便捷、降低技术难度、经济、可操作性强等优点。

②本工程实施的端轴旋转-顶推施工方法，旋转轴工装设计首先建立了力学模型，该设计可对类似工程具有广泛应用价值；跨线滑移大梁采用箱型截面，并在轨道下布设加强肋，以直带曲等构造设计均提高其整体稳定性，是该类工程滑移工装的首选截面形式。

③端轴旋转-顶推施工方法的实施应重视施工全过程受力模拟仿真分析、施工全过程实时监测并与数值模拟值对比、桥梁卸载与就位、桥梁转体施工专项应急预案等，对支撑系统、工装系统的关键部位应进行详尽计算分析，并采用有限元软件进行复核，做好钢结构局部稳定构造设计工作。