黄冈公铁两用长江大桥主墩钢梁架设技术研究

罗晓甜 代 皓

（中铁大桥局股份有限公司设计分公司 武汉 430050）

1 工程概况

黄冈长江大桥是新建武汉至黄冈城际铁路及黄冈至鄂州高速公路的关键性控制工程，大桥位于长江黄州河段上端三江口附近、唐家渡综合码头游约240m位置。主桥采用81m＋243m＋567m＋243m＋81m钢桁斜拉桥方案，长1 215 m，公铁合建。主梁采用N形桁架，倒梯形横截面。主桁桁高为15.5m，上弦主桁系统线间距27.5m，下弦主桁系统线间距16.0m，腹杆倾斜设置。上、下弦杆采用焊接整体节点结构形式，为宽翼缘的平行四边形箱形截面；竖杆和斜杆有箱形和工字形2种，与弦杆之间采用节点外拼接；公路、铁路桥面均采用正交异性钢板桥面，其中公路桥面板每节间沿桥纵向分为2块，单块尺寸为13.5m×12m×2m；铁路桥面板每节间1块，单块尺寸为13.5m×12.8m×1.8m［1］。大桥主桥结构及钢梁断面见图1，图2。

图1 黄冈公铁两用长江大桥主桥结构布置图（尺寸单位：m）

图2 钢梁断面图（单位：cm）

2 墩顶区钢梁架设施工方案

黄冈长江大桥墩顶4节间钢梁中心长度为54m，高15.5m，节点编号依次为 A22～A26（E22～E26）。上下弦杆分别由5根杆件组成，钢梁在E24节点处与主塔连接。上下弦杆重量在52～65t之间，斜杆及竖杆最大重量为12t，铁路桥面板最大重量为70t，公路桥面板最大重量为54t。墩顶4节间钢梁立面布置见图3。

国内外墩顶节间钢梁架设的传统方案是利用大型起吊设备或设置提升站将钢梁由水面提升至墩旁托架上，由于浮吊和提升站吊幅的影响，钢梁需在固定的位置拼装，然后在墩旁托架上设置滑道梁，利用纵移千斤顶将钢梁纵移至设计位置［2］。由于墩顶处钢梁重量较大，其纵移垫块传递较大的竖向力，因此滑道梁结构往往十分庞大，钢材用量大，同时为保证钢梁滑道的连续性，钢梁支座需在墩顶钢梁架设完成后才能安装，施工麻烦。传统施工方法中大型设备的使用时间较长，设备租赁费用高且架设过程受到河流水位的影响、占用航道。

图3 墩顶4节间钢梁立面布置图（单位：cm）

本桥受长江水位和浮吊资源的限制，采取了利用浮吊在高水位安装架梁吊机占位支架和架梁吊机，然后利用拼装好的架梁吊机进行墩顶区钢梁架设的方法［3］。墩顶区钢梁的主要施工步骤如下。

（1）在岸上将架梁吊机占位支架拼装成整体，利用驳船运输至墩位处，然后利用160t浮吊在汛期高水位时将支架整体提升至墩旁托架上完成安装。

（2）继续利用浮吊完成架梁吊机的拼装，待架梁吊机完成验收、试吊及取证工作后浮吊退出工作。

（3）架梁吊机从主跨侧取梁，旋转180°后拼装主跨侧A25～A26节间钢梁，该节间钢梁拼装完成后架梁吊机沿走道梁走行至钢梁上。

（4）架梁吊机将占位支架拆除，利用主跨侧牵引装置将A25～A26节间钢梁和架梁吊机整体纵移20.5m后锁定。

（5）安装桥塔墩顶钢梁支座，架梁吊机继续从主跨侧取梁，旋转180°后拼装主跨侧A24～A25和A23～A24节间钢梁。

（6）架梁吊机走行至A23～A24节间钢梁顶面，从边跨侧取梁架设A22～A23节间钢梁。

（7）利用该架梁吊机完成主跨侧架梁吊机的安装，调整墩顶四节间钢梁的纵横向平面位置及高程调整，完成墩顶四节间钢梁的架设。

3 主要大型临时结构

为实现上述施工方案，需要两项大型临时结构（墩旁托架和架梁吊机站位支架）进行辅助。墩旁托架是墩顶区钢梁架设的重要辅助结构，其主要功能是：满足斜拉索挂设前钢梁结构拼装和钢梁纵移的要求，该结构除承受墩顶节间钢梁的重量外，还需承担架梁吊机和1～2个节间悬臂钢梁的重量［4］。架梁吊机站位支架是钢梁节段拼装以前架梁吊机的临时站位支架，其主要功能是：既要满足前期架梁吊机在支架上能够完成相邻钢梁节段架设的要求，又能满足后期架梁吊机从支架上能够直接走行至已架钢梁节段上的要求。该结构主要承担架梁吊机和钢梁杆件的重量，同时需考虑吊装时弯矩的影响。

3.1 墩旁托架设计

（1）墩旁托架纵桥向长度的确定。墩旁托架结构的纵向长度由墩顶无索区钢梁长度、钢梁自身的悬臂能力和满足架梁吊机悬臂拼装的需要来综合考虑。

黄冈公铁两用长江大桥墩顶无索区共4个节间钢梁，节点中心距为4×13.5m，4个节间钢梁长度为61.28m。单台架梁吊机含纵移轨道长27 m，满足2台架梁吊机拼装的最小距离为2×27＝54m。墩顶拼装4个节间钢梁可以满足架梁吊机安装的需要，因此墩旁托架纵桥向长度根据拼装4节间钢梁的需要确定。

（2）墩旁托架结构形式介绍。主墩承台纵桥向长度为34.2m，小于墩顶4节间钢梁的中心长度54m，因此托架钢管立柱需倾斜布置。斜腿钢管的设置使得托架在竖向荷载作用会产生较大的水平拉力，为克服该拉力，在钢桩立柱顶面沿纵桥向设有对拉钢绞线，通过预应力的张拉在结构内部提前施加预压力，该预压力需大于水平拉力，使托架的顶层预埋件始终保持受压状态，优化了预埋件受力，结构安全性高。斜腿钢管柱顶既承受竖向荷载又承受水平预压力，结构受力复杂，为避免设置复杂的钢结构，采用在钢管柱顶灌注一部分的混凝土，将柱头作为实体结构考虑，结构受力可靠。考虑到墩旁托架结构在下横梁施工以后拼装，受下横梁的影响墩旁托架在纵桥向分为单独的2组结构，2组结构之间不设置联接系。每一侧结构顶面设预埋件与下横梁连接，下部支撑在承台预埋件上。

（3）墩旁托架结构的计算工况。

①工况一。主跨侧A25～A26节间钢梁纵移过程及纵移到位后架梁吊机架设主跨侧A24～A25节间钢梁。该工况用于检算滑道梁受力、钢管支架在偏载作用下受力的安全性和钢梁的抗倾覆性。

②工况二：墩顶区4节间钢梁全部架设完成。该工况用于检算钢管支架和钢绞线受力的安全性。

③工况三：钢梁架设完8个节间后才挂设第一根斜拉索，该工况用于检算钢管支架和钢绞线在极限状态下结构受力的安全性。

墩旁托架结构计算模型见图4。

图4 墩旁托架结构计算模型图

（4）计算结果。通过计算结构的强度、刚度和稳定性［5］均满足钢结构设计规范要求，其中工况一控制滑道梁、钢管支架内侧钢管立柱及部分连接系设计；工况二为中间阶段工况，不控制结构设计；工况三控制托架结构外侧钢管立柱和部分连接系设计。

3.2 架梁吊机占位支架设计

（1）架梁吊机占位支架结构形式。支架纵桥向长度由架梁吊机的支点距离控制为13.5m，横向宽度由墩旁托架的横向宽度控制为16.0m。同时为满足架梁吊机后期走行的要求，其顶面标高与钢梁标高一致。

架梁吊机占位支架由钢管立柱、型钢连接系和顶部分配梁组成，其底部锚固与墩旁托架的节点上，顶部横向分配梁与架梁吊机支点间为拉压连接。

（2）架梁吊机占位支架的计算工况。

①工况一。架梁吊机正面起吊钢梁杆件，此时正面前支点受压，后支点受拉，并考虑吊机回转过程中在各柱顶产生的水平力。

②工况二。架梁吊机侧面起吊钢梁杆件，此时侧面前支点受压，后支点受拉，同样考虑水平力作用。

③工况三。架梁吊机完成首节间钢梁的架设，准备走行，此时前后支点均受压，反力作用在走道梁上。

架梁吊机占位支架计算模型见图5。

图5 架梁吊机占位支架计算模型图

（3）计算结果。工况一和工况二均用于检算支架结构在吊装状态下受力的安全性，工况三由于力的作用点离立柱柱头较远，用于检算支架顶部分配梁受力的安全性。通过计算，结构的强度、刚度和稳定性均满足钢结构设计规范的要求。

4 结语

黄冈公铁两用长江大桥墩顶区钢梁采用架梁吊机进行架设的方法，减少了浮吊的使用时间和对浮吊吊高的要求，降低了钢梁吊装时大型起吊设备的使用时间，节约了工程成本，且钢梁架设不受水位变化的影响。同时该方法不需要对墩顶钢梁进行纵移，减少了墩顶钢梁施工工序，能有效缩短施工周期。此外，本文对施工中所用到的墩旁托架和架梁吊机占位支架的设计原理及方法进行的介绍和分析，为今后同类型桥梁的施工及设计提供了借鉴经验。目前黄冈公铁两用长江大桥已完成所有墩顶区钢梁的架设。

［1］中铁大桥勘测设计院有限公司.黄冈公铁两用长江大桥主桥钢桁梁施工图［Z］.武汉：中铁大桥勘测设计院有限公司，2010.

［2］张红心.武汉天兴洲公铁两用长江大桥3号主塔墩墩顶4节间钢桁梁拖拉架设施工［J］.桥梁建设，2008（3）：5－7.

［3］邓永峰.黄冈公铁两用长江大桥桥塔墩顶4个节间钢梁架设方案［J］.桥梁建设，2012（2）：7－12.

［4］黄龙华，段志勇.南京大胜关长江大桥钢桁拱架设墩旁托架结构设计与施工［J］.世界桥梁，2009（1）：19－22.

［5］GB50017－2003钢结构设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2003.