外海超重钢箱梁支架拆除关键技术

陈永青

（广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510620）

0 引言

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道，是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程，是我国继三峡工程、青藏铁路之后又一重大基础设施项目[1]。

江海直达船航道桥为主跨258 m的中央单索面三塔钢箱梁斜拉桥，中跨和次边跨布设斜拉索，桥跨布置如图1所示[1-3]。

图1 桥跨布置图（单位：m）

138#墩边跨侧长89.4 m、重2303 t，中跨侧长90 m、重2 210 t的梁段采用搭设钢管支架用浮吊整体吊装的方式进行安装。承重支架采用连续千斤顶吊住主梁割除下节钢管后再下放主梁的方式进行拆除，支架布置形式如图2和图3所示。

图2 138大节段支架正视图（单位：cm）

图3 138大节段支架侧视图（单位：cm）

1 结构设计

1.1 主梁吊点设计

吊具主梁和三维千斤顶同步拆除，总计重量达到300 t，在吊具主梁内侧腹板表面焊接提升下承重锚的吊点，单个吊具主梁对称布置4个吊点，吊点主板上预留直径18 cm的预留孔。吊点布置如图4所示。

图4 吊点平面布置图（单位：cm）

1.2 钢箱梁预留孔设计

为配合连续千斤顶作业，需要在钢箱梁上开设直径为18 cm的预留孔，钢绞线穿过预留孔与下锚点（吊具主梁上的吊点）连接，单个吊具采用四台连续千斤顶进行拆除，每个吊具主梁上的四个吊点均对应钢箱梁上的一个预留孔。预留孔施工完成后需与吊点及承重梁上的预留孔进行匹配，确保轴线一致。预留孔布置如图5和图6所示。

图5 边跨整体段1预留孔布置图（单位：cm）

图6 中跨整体段2预留孔布置图（单位：cm）

1.3 承重梁设计

承重梁采用长6 m的双拼H482型钢焊接而成，横隔板及千斤顶底座区域进行加劲处理，承重梁中心预留直径18 cm的预留孔。钢箱梁设计有2.5%的横坡，为保证千斤顶底座处于水平状态，需在承重梁下铺设宽600 m厚2 cm的橡胶板。承重梁结构形式如图7所示。

图7 承重梁俯视图（单位：cm）

2 拆除工艺

2.1 施工准备

2.1.1 提升平台的准备

千斤顶放置在承重梁上。承重梁配合钢绞线留孔Ф180。为保证千斤顶顶部1.5 m以上钢绞线顺直，以便下放时钢绞线能顺利导入千斤顶，在承重架上距提升顶0.5 m侧搭设高出千斤顶顶部1.5 m的导线架。

2.1.2 提升千斤顶安装

用浮吊将LSD2000千斤顶吊上千斤顶安装平台，确保千斤顶中心与承重梁预留孔中心一致，承重梁预留孔开ø180。千斤顶阀块必需在平台内侧（防止撞坏，方便安装）。千斤顶底座与平台之间用7形钢扣板焊接卡死，每台顶四个钢扣板均匀分布在千斤顶底座圆上，焊接于放置千斤顶的承重梁上。

在焊接7形钢扣板前必须将千斤顶调整、定位，使垫梁的预留孔与顶的穿心孔中心保持一致，千斤顶安装示意如图8所示。

图8 千斤顶安装

2.1.3 固定端锚夹具的安装

将固定锚具（承重锚）用7形钢扣板将锚具焊接固定在吊点底部，确保锚具中心与吊点预留孔中心一致。

由于承重锚是反向安装的，所以应在吊具没有安装前，将承重锚对好中心孔位后固定在吊点上。

3.2 拆除施工

步骤一：拆除钢管支架的平联管和斜撑，布置四台连续千斤顶。用三角块将三维千斤顶托架与吊具主梁，桩顶和托架焊接，步骤一如图9所示。

图9 步骤一示意图（单位：cm）

步骤二：同步起升连续千斤顶，在钢管桩桩顶往下2 m处开始切割出一条1.5 m的切口，将吊具主梁、临时支座和三维千斤顶的荷载转由四台连续千斤顶承受，从而使得整个吊具主梁和三维千斤顶处于悬吊状态，步骤二如图10所示。

图10 步骤二示意图（单位：cm）

步骤三：在水面上2 m标高处将钢管切割一条切割缝，采用浮吊拆除水面上钢管，在2 m标高处对钢管进行开槽，在槽口里面焊接双拼的I25a工字钢，步骤三如图11所示。

步骤四：按上述步骤拆除完另外三根钢管后，四台连续千斤顶同步下放吊具主梁，将吊具主梁放于下节钢管及双拼的I25a型钢上，解除四台连续千斤顶的钢丝绳，步骤四如图12所示。

步骤五：利用浮吊拆除吊具主梁，将其放在驳船上，待吊具主梁拆除完后，拆除下节钢管。

图11 步骤三示意图（单位：cm）

图12 步骤四示意图（单位：cm）

3 结构验算

3.1 吊具主梁拆除吊点计算

吊具主梁拆除采用在吊具上对称焊接4个吊点的构造进行拆除施工，在吊点上预留预留孔的尺寸为直径18 cm的圆以便连续千斤顶钢绞线穿过。

采用大型通用有限元软件ABAQUS建立分析模型，按300 t的荷载进行结构验算，吊具主梁有限元计算及加载模型如图13所示。

量纲取值：力，N；时间，s；长度，m

重力加速度：9 800 mm/s2

约束条件：在下锚点，承重锚与下吊点的接触位置进行铰接约束。

3.1.1 计算结果

吊具主梁有限元分析结果如表1和图14～16所示。

图13 主梁计算模型

表1 主梁计算结果表

图14 主梁应力计算结果图

图15 吊点处应力计算结果图

图16 主梁位移计算结果图

从计算结果可以看出，最大应力为137.5 MPa，位于吊点预留孔附近；最大位移为1.35 mm，位于吊具主梁的跨中位置附近，均满足相关规范要求[2]。

4.2 承重梁计算

承重梁作为吊具主梁拆除时支撑连续千斤顶的承重梁，采用长6 m的双拼H482型钢焊接而成，在中间预留直径18 cm的预留孔。

采用大型通用有限元软件ABAQUS建立分析模型，考虑单条承重梁160 t的荷载进行结构验算（单个连续千斤顶处受力80 t），在连续千斤顶底座与承重梁接触部位施加荷载，承重梁有限元计算及加载模型如图17所示。

图17 承重梁计算模型

量纲取值：力，N；时间，s；长度，m。

约束条件：承重梁与横隔板接触的位置进行铰接约束。

4.2.1 计算结果

吊具主梁有限元分析结果如表2和图18～19所示。

表2 承重梁计算结果表

图18 承重梁应力计算结果图

图19 位移计算结果图

从计算结果可以看出，最大应力为237.0 MPa（材质为Q345），最大位移为1.58 mm，满足要求。

4 结语

本文基于ABAQUS有限元分析软件，建立138#大节段钢箱梁支架拆除的有限元模型，对其在典型工况下进行应力和变形进行分析，应力计算结果小于材料许用应力，满足强度要求；变形计算结果均复核相关要求，满足支架拆除要求。

本文除了对结构设计进行验算外，还着重介绍了支架的拆除工艺，不仅为港珠澳大桥138#大节段钢箱梁支架拆除提供了可靠的技术保障，更为以后同类工程的施工提供了宝贵的借鉴。