斜拉桥主塔钢横梁整体同步提升滑移施工关键技术研究

徐南

钢结构安装整体提升施工技术适用性强，能提供一定的拼装空间以及稳定牵引条件的超高构件、大型设备或者大跨度钢架、桁架等钢结构均可实施。滑移施工技术同样适用于大跨度网架结构、平、曲面立体桁架大跨度钢结构等的安装施工，对于场地条件适合的钢结构桥梁同样适用。

近年来，钢结构安装施工整体提升滑移技术集成机械、液压以及监测传感器元件，通过PLC 编程，由计算机自动控制。随着科技发展，整体式装配技术越来越多的应用在大型超高建筑工程中，但在桥梁施工领域应用并不普遍。本文将建筑安装领域整体同步提升滑移施工技术引入到桥梁工程中，设计安装支架和提升平台，提出同步提升滑移施工技术措施，配合传感器自动化监测及人工辅助监控，保证施工方案安全可靠。

一、工程概况及特点

哈西大桥上跨哈南编组站48 条铁路，是当前我国跨越铁路线路最多的转体斜拉桥。哈尔滨地区年施工工期短；编组站场内轨道线路多、交通运输繁忙、施工场地小、环境复杂、临近营业线施工安全风险高。主塔横梁原设计采用预应力混凝土横梁，支架法施工，施工难度大、风险高、周期长。设计变更为钢横梁，由两榀桁架结构组成，横梁跨度25m，巧妙采用同步提升和滑移方案，并将二者结合，对施工现场环境交通影响小，节省工期，节约成本，确保焊接质量。

二、提升滑移支架系统设计

1.设计原则

结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法，用分项系数的设计表达式进行设计。强度计算按照承载能力极限状态计算，刚度计算按照正常使用极限状态计算。考虑结构恒载和风荷载。

强度计算：1.2×恒荷载+1.4×活荷载；

刚度计算：1.0×恒荷载。

2.钢横梁梁柱式支架设计

（1）设计方案

梁柱式支架，采用双拼工32b 纵梁，间距200cm；钢管立柱采用325×8mm，纵向间距2×2 m，横向间距2+3.5+2+6+2+3.5+2 m，联结系采用槽钢14；在双拼工32b 纵梁上设置16mm 支撑钢板，左右各5 道。

（2）有限元模型

采用Midas Civil 有限元分析软件建立空间计算模型。求出最大支点反力标准值为250.1 kN。由于箱梁底是弧形，存在水平力为250.1×sin5°=21.80 kN。钢管立柱、纵梁采用梁单元，柱底固结，其他采用弹性连接。为简化模型，只选择一组支架进行计算，如图1。

图1 梁柱式支架有限元模型

（3）有限元计算分析

纵梁最大组合应力为40.7MPa ＜215MPa，最大剪应力为15.8MPa ＜125MPa；联结系最大组合应力为11.6MPa ＜215MPa，最大剪应力为1.1MPa ＜125MPa；立柱最大组合应力为44.2MPa ＜215MPa，最大反力为161.2kN。强度均满足施工要求。

纵梁最大位移为0.39mm ＜L/400=2000/400=5mm；钢管立柱压缩变形最大为0.41mm ＜L/1000=1.6mm。刚度均满足要求。

单根钢管立柱轴向压力为21.52MPa ＜215MPa，压杆稳定性满足要求。

3.钢横梁提升平台设计

（1）设计方案

在塔柱顶端设置， 提升大梁采用H700×300×12×20；提升小梁采用B250×250×20；平台梁采用B550×300×25；前立柱采用B350×350×25；后立柱、连系杆1、斜撑、水平构造采用H350×350×10×16；连系杆2 采用H200×200×8×12；材质采用Q355 钢材。

（2）有限元模型

采用Midas Civil 有限元分析软件建立空间计算模型。柱、梁采用梁单元，柱底固结，其他采用弹性连接，如图2。钢箱梁重1200 kN，一侧的提升平台承重600 kN。计算工况：提升钢梁；滑动钢梁至提升大梁跨中位置；滑动钢梁至最终位置。

图2 提升平台有限元模型

（3）有限元计算分析

不同工况下，平台梁最大组合应力为179.5MPa＜295MPa，最大剪应力为35.6MPa ＜170MPa；斜撑最大组合应力为121.1MPa ＜295MPa，最大剪应力为4.5MPa ＜170MPa；提升梁最大组合应力为122.4MPa＜295MPa，最大剪应力为55.0MPa ＜170MPa。强度满足施工要求。

不同工况下， 平台梁最大位移为5.11mm＜L/400=1900/250=7.6mm；斜撑压缩变形最大为2.32mm ＜L/1000=6.12mm；提升梁最大位移为12.66mm ＜L/400=8750/400=21.88mm。刚度满足要求。斜撑轴向压力为85.82MPa ＜295MPa，压杆稳定性满足要求。

三、施工技术措施

1.同步提升施工技术措施

哈西大桥主塔横梁提升高度52m，应用专用底锚和专用钢绞线作为受拉构件，确保超高距离提升安全。在提升平台上安装液压同步提升系统设备，包括液压泵源系统、提升器、传感器等，具有占用空间小、重量轻、提升能力强等特点。依靠液压原理使提升器工作，动作过程中加速度极小，确保主塔横梁平稳提升，提升平台受力均衡，并无附加力矩。液压同步提升施工技术依靠传感器元件实现自动化监测测点内力及位移状态，并将测点数据即时反馈到计算机控制系统，通过计算机处理并发出指令。依靠PLC 主动控制系统实现各提升器动作同步、负载一致，实现横梁提升过程中的姿态矫正、牵引应力控制及操作闭锁，实现监测数据过程显示和超限报警。依靠总线控制及分级控制系统实现对各个液压提升器的实时独立监控和调整，时效性好、精准度高，确保主塔横梁提升安装质量。液压提升平台可以省去大型吊机的作业，大大减少施工空间占用，方便其他作业同步平行施工，有利工程进度。

2.同步滑移施工技术措施

步进式液压顶推器，通过后部顶紧，主液压缸产生顶推反力，实现与之连接的主塔横梁向前平移。顶推器的反力结构利用滑道设置，省去了反力点的加固问题。

液压顶推器与主塔横梁通过销轴连接，传力途径非常直接，启动过程中无延时，动作精确度高。由于其反力点为步进顶紧式接触，不会在滑移过程中产生相对位移，所以同步控制效果更好。步进式的工作过程，使得同步误差在每个行程完成后自然消除，不会出现累积误差，同步精度很高。

3.监测监控技术措施

进行试提升后，桁架在提升过程中，通过徕卡测量机器人对理论挠度变形较大点处进行动态监控，以掌握桁架提升的同步性和整体变形。间隔一定时间对桁架进行一次观测，记录挠度值并比较每次所记录的观测值，最大变形均不超过25/250=0.1m，桁架提升过程安全。

四、结语

通过斜拉桥主塔钢横梁整体同步提升滑移施工关键技术研究，得到的结论如下：

（1）钢横梁梁柱式支架设计方案强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

（2）钢横梁提升平台设计方案强度、刚度、稳定性均满足规范要求。

（3）主塔钢横梁代替预应力混凝土横梁采用整体提升滑移技术，大大节省人力，减少高空作业风险，占用场地小，自动化程度高，施工工期短。

（4）主塔钢横梁整体提升滑移系统采用传感监测和计算机集中控制，并结合人工测量，安装精度高，省时高效，保证施工进度。