石家庄南绕城高速大跨钢-混凝土简支结合梁桥吊装安全分析

王立忠 郑云飞 车珮瑶

（石家庄铁路职业技术学院1） 河北石家庄 050041 西北农林科技大学2） 陕西杨凌 712100 ）

1 工程概况

本项目位于石家庄市南绕城高速公路西南环互通，全桥共11 联： 3*35+4*35+4*35+45+4*35+5*35+65+65+3*35+3*30+3*25m 下穿石武铁路客运专线，上部结构采用45m 简支钢-混组合梁，下部结构桥墩采用柱式墩，基础采用桩基础。主梁截面均由预制开口钢箱梁和现浇预应力混凝土桥面板通过抗剪连接器组成，横断面由五片钢箱梁组成，桥梁横坡通过腹板不等高形成，桥面铺装等厚，横断面如图1 所示。全桥共计10 根钢梁，左右幅各5 根，每根钢箱梁根据实际情况分为3 个制作段：A、B、C，每段长度约为15 米，各段重约为33.3 吨。

图1 横断面图（单位：mm）

2 施工总体部署

施工现场按照如下施工程序进行：场地平整→胎架搭设→胎架找平→钢梁现场组拼→钢梁运输→钢梁吊装→连接区域焊接打磨→焊接→涂装。以石武客运专线79#桥墩为中心，由两侧向中间依次吊装钢箱梁，直至全桥组装完毕，最后调整标高和线型。施工整体布置如图2 所示。

图2 施工整体布置图

3 吊装安全检算

本工程制作安装运输采用工厂内制作梁段，现场组拼成单根箱梁，单片箱梁整体吊装的方案。本工程杆件重约100 吨，选用200 吨汽车吊，采用双机抬吊作业。

3.1 拼装胎架搭设

整座桥的结构形式是开口箱梁通过横梁相连接，考虑安装的难度和可实施性，由于整座桥的跨度不是很长，场内根据实际情况分成三段，搭设胎架进行现场拼装成单根整梁，然后单根整体吊装。拼装胎架的布置情况如图3 所示。拼装胎架由400mm 高工字钢组成。

图3 拼装胎架布置图

3.2 吊索具的选用与检算

构件吊装用吊耳的设置位置按钢箱梁吊装段内横隔板位置进行设置。吊耳的型式：顶板设置吊耳，其位置对正箱内顶板横隔板。本工程吊装时，采用2 台200 吨汽车吊进行吊装，钢梁吊装段最大质量100 吨（单侧按60 吨）进行设计。构件两端各设2 个吊耳，且对称布置。实际吊装吊耳受力简图如图4 所示。

图4 吊耳受力简图

吊耳材质选用Q345qD，弹性模量E=2.06x105N/mm2，泊松比v=0.3，抗弯强度设计值为290N/mm2，抗剪强度设计值为170N/mm2。吊耳选用板厚为30mm 和36mm。

吊装单元最大质量为60 吨，每个吊耳的受力为60/4=15 吨。为确保吊装单元中装平稳，考虑k=1.5的安全系数，因此每个吊耳的受力应为15*1.5=22.5 吨=225KN。

截面An1=113*30=3390mm2， 截面An2=113*3=4068mm2。

钢构件的吊耳根据它的结构形式，其受力最不利截面为图中M 截面处，在计算吊耳大小时可将重点放在M 截面处。对M 截面进行抗剪强度进行计算。剪应力公式如下：

计算结果：1）30mm 耳板抗剪强度计算值：225KN/3390 mm2=66.4N/mm2＜170 N/mm2；2）36mm耳板抗剪强度计算值：225KN/4068mm2=55.3 N/mm2＜170 N/mm2；吊耳设计的各项参数满足本工程各钢箱梁吊装单元的要求。

3.3 钢丝绳检算

本工程钢梁重量为100 吨，选用钢丝绳按120 吨考虑，因此采用Ф60mm 钢丝绳(6×37 纤维芯)，公称抗拉强度1870MPa，查《五金手册》，其破断拉力为2130kN。绳头采用编结连接时，连接强度不小于钢丝绳最小破断拉力的75%。

钢梁采用两台汽车吊抬吊，4 点吊装的方式，每个吊点采用双股Ф56mm 钢丝绳，则单根钢丝绳受力计算如下：

F——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）

G——重量120t

α——不均匀受力系数，取0.82

k——钢丝绳使用安全系数，本计算取6

n——动荷载系数，取1.08

可见其钢丝绳的选型满足要求。

3.4 临时支架布置与检算

在距离11 轴15m 的位置设置临时支架，先安装的L1 和R1 钢梁的每个接口处设置4 根钢管柱，其余钢梁下每个钢管处设置2 根钢管。钢立柱采用Φ426*6 的钢管，平撑采用Φ89*5 的钢管，斜撑采用Φ140*5 的钢管；钢立柱顶部设置横桥向通长的分配梁，分配梁采用双拼HN350 的H 型钢；分配梁顶设置调节高程用的马镫，马镫采用16#槽钢。支架立面布置如图5 所示。

图5 支架立面布置图

钢材采用Q235b 材质，抗拉、压、弯曲的容许应力为215MPa，抗剪容许应力为85MPa。马镫采用16#槽钢，横截面积S=2515mm2，单个马镫最大承受的最大竖向力=66.6/2=33.3t，马镫的最大压应力=33.3*1000/2515=132.4MPa＜215MPa，满足要求。

分配梁为双拼HN350*175 的H 型钢，横截面积=2*6291=12582mm2，分配梁的最大剪力为33.3t，分配梁最大剪切应力=33.3*1000/12582=26.46MPa＜85MPa，满足要求。

（1）钢立柱承载能力检算

计算荷载：①立柱高度：12200mm；②柱顶主梁结构产生的竖向荷载：1374.8KN；③柱底由全部结构产生的竖向荷载：1428.8KN；④立柱承受自身风荷载产生的柱底弯矩：61444Nm；⑤立柱承受主梁风荷载产生的柱底弯矩（选取工况全桥焊接后）：83704Nm。

柱底的控制截面需考虑的荷载组合：

Ⅰ风载控制时：1.2*1.1*③+1.4*(⑤+④)；

Ⅱ恒载控制时：1.35*1.1*③+1.4*0.6*(⑤+④)；

6）强度计算：

Ⅰ风载控制时：

Ⅱ恒载控制时：

立柱强度满足要求。

（2）钢立柱稳定检算

将对应参数代入公式f

Ⅱ恒载控制时：

4 安全吊装技术

钢梁吊装时由两边向中间进行吊装，即从靠近高铁78#墩和80#墩的钢梁开始进行吊装，左幅按照L1、L2、L3、L4、L5 的顺序进行吊装，右幅按照R1、R2、R3、R4、R5 的顺序进行吊装，钢梁编号及吊装顺序如图6 所示。

图6 钢梁编号及吊装顺序

安装总体工作流程为：

1）在拼装胎架上将工厂内制作完成的钢梁分段拼装焊接成完整的钢梁；

2）利用两台160t 汽车吊将拼装胎架上的钢梁吊装至运梁炮车上；

3）利用运梁炮车将钢梁运输至桥位；

4）利用两台200t 汽车吊将钢梁吊装就位。

单根梁吊装后利用梁上的控制线与桥墩支座上的控制基准线对位。按照此原则完成全部梁的定位安装。第一段为全桥的安装基准段，定位必须准确。用全站仪随时进行测量，随时调整。按上述安装步骤，待全桥钢结构安装完毕后，自检并进行全桥桥型的总调整。自检合格后，即可进行钢结构分项的报验，同时注意观测桥梁支座橡胶变形。

钢箱梁定位调整技术要求：

1）调整时千斤顶必须顶在胎架与调整短柱上。

2）调整完毕后，才能摘钩，防止后续调整时产生变动。

3）调整时必须设专人观测倾斜、位移。

4）两台吊车一定要协调好，统一指挥，减小支座水平推力。

5 结束语

石家庄市南绕城高速公路西南环互通大跨钢-混凝土简支结合梁桥下穿石武铁路客运专线工程采用了本文阐述的施工安全检算分析与安全吊装施工技术，施工现场全过程一直处于安全可控的状态，最后圆满的完成了施工项目，取得了很好的安全和经济效益。