独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装研究及施工

李　诺（中铁五局集团建筑工程有限责任公司，贵州 贵阳 550000）



独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装研究及施工

李诺（中铁五局集团建筑工程有限责任公司，贵州 贵阳 550000）

斜拉桥双钢拱倾斜塔高度高、重量大、呈空间立体结构，多年来形成了多种施工方法，但如何最大程度的利用结构本身特点及合理的结构分析，节省工程造价及施工周期，都未得到很好的解决。本文通过建立双钢拱倾斜塔有限元模型，调整水平索和临时索索力，优化拼装过程中各阶段结构变形和应力，模拟出切实可行的无支架原位拼装方法，并指导现场施工，理论与实践相互修正，使双钢拱倾斜塔无支架原位拼装得以成功实施。

双钢拱倾斜塔；无支架；原位拼装；研究；施工

1　工程概况

荔波官塘大桥主拱塔为单塔双斜拱钢结构，外观横立面看呈斜伸的双网球拍形，两拱成43.6°斜交，对称布置，拱高52.395m；拱塔上设置水平索及斜拉索，为国内第二座双斜钢拱塔。主塔为Q345D级钢结构，截面轮廓尺寸为3200mm× 2500mm（横桥向×顺桥向），钢箱壁厚J0～J2段为40mm，其余段均为30mm，总重约1280t；钢拱塔J0段通过PBL剪力键连接埋入RC塔座。

2　类似既有钢拱塔施工方案

（1）水平拼装后正角度转体。本方法在第一座独墩双拱斜拉桥——沈阳三好桥成功使用，该方法先满铺支架，形成10°平面，然后靠支架支撑进行节段拱塔拼装，再使用液压同步提升施工技术正角度竖转到位。该施工方法控制因素众多、需要大型提拉设备、施工周期长。

（2）竖直拼装后负角度转体。本方案为设计推荐方案，先搭设竖直支架，然后在支架上进行钢拱塔竖直拼装，再负角度竖转到位。该方案临时塔架使用量大、转体控制因素多、需要大型提升设备、施工周期长。

以上两种为施工中常见的方法，在拼装过程中，倾斜钢拱塔施工均在无应力状态（使用支架平台支撑，进行水平或竖直安装，重力全由支架承受，拱塔本身处于无应力状态）下拼装完成后再转体到位。

3　独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装理论分析

3.1建立模型

采用MIDAS2010建立有限元分析模型（见图1），其中塔座、钢塔采用梁单元模拟，主桥水平索、临时索采用桁架单元中的索单元模拟，塔座根部固结。

图1　独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装分析模型图

3.2荷载组合

荷载组合一：自重+索力；

荷载组合二：自重（考虑一节段先拼）+索力+纵向十级风；

荷载组合三：自重（考虑一节段先拼）+索力+横向十级风。

3.3分析计算及结果

采用倒拆法模拟分析钢拱塔各阶段施工工况及最终成拱阶段，经计算分析，优化得出钢拱塔水平索、临时拉索初张力表见表1。

表1钢拱塔水平索、临时拉索初张力表

拼装阶段、成拱阶段分析组合应力图如图2～3所示。

图2　大合龙段吊装前钢塔应力图

图3　吊装完成阶段钢塔应力图

大合龙段吊装前钢塔最大应力出现在塔座根部，其值为-40.8MPa，横桥向和顺桥向最大值在 Je1顶端，其值为13.21mm和66.74mm。

本阶段钢塔最大应力出现在Ja1顶端，其值为-34.5MPa，顺桥向位移最大值在塔顶位置，其值为67.5mm。横桥向位移最大值出现在Je1顶端，其值为66.68mm。

3.4分析结论

由分析计算可知，钢塔在节段悬臂无支架原位拼装过程中主体结构应力满足设计和规范要求，且留有一定富余，位移是可以控制的，故采用节段悬臂无支架原位拼装方案在受力、变形上是可行的。

4　独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装施工

4.1吊点设置

双钢拱塔为斜角悬臂安装，为减少空中拼装、定位难度，每节段吊装时均需成某一偏角，根据各节段的重心位置在节段上设置三个吊点，使节段吊起后的状态基本与安装要求状态吻合以便于节段定位。

4.2吊装测量

在每节段边上设置4个测量点，每个面设置一中心点作为复核点。为减小钢结构在焊接过程中高温引起的自身变形而对定位点的造成的偏位，将每边的点向内移0.1m，如图4所示。

图4　节段定位点示意图

图5　节段吊装时角度调整示意图

钢拱塔吊装就位后，采用两台全站仪进行坐标交汇法对当前节段进行精确定位，并用马板对本节段进行固定。考虑温度对钢拱塔的影响，测量选择在早上太阳未出来前进行。

4.3节段拼装

钢拱塔无支架原位拼装采用2台SCC3200履带起重机进行吊装。

在吊装下一节段前，对上一节段的安装坐标进行复核。同时在每个节段吊装前，确定履带吊站位，满足节段吊装所需要求；安装吊杆、吊具、导链，将吊装节段吊起，调到安装角度（需根据理论分析结果，设置预偏量），如图5所示。

吊装当前节段前，为了便于节段定位，在上一节段上端口较低侧设置限位挡块；将当前节段吊装到安装位置后，在上一节段上设置耳板，利用千斤顶将当前节段微调到位；之后将当前节段内的加劲肋嵌补段焊接、安装高强螺栓，同时将腹板、盖板焊接。在焊接完成前吊机不允许松钩，焊接完成后按要求进行临时索及水平索张拉。

节段偏差调整：如果在钢拱塔平面内节段角度有偏差，采取调整临时拉索的方法来进行调整；如果在钢拱塔平面偏转角度上有偏差则调整永久拉索；如果通过拉索调整均无法将节段调整到位时，分析测量结果发现并确认节段偏长时，就须将其修割至符合安装要求；反之，如果节段偏短，就须在安装下一节段时通过留间隙来调整，使下一节段的安装坐标在允许误差范围内。

现场焊接工艺：在设置节段间的坡口时，尽量避免仰焊，焊接主要采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊，单面V型坡口+钢衬垫，坡口角度为50°，单面焊双面成型。严禁在无任何防护措施下，在雨、雪天及母材表面潮湿或大风天气进行露天焊接。各类构件节段施焊顺序应对称于桥轴线，并对称于构件自身的对称轴，均匀、对称、同步协调的实施。对各类加劲连接的补偿段，可在大接头环缝施焊后，再进行焊接。

4.4水平索、临时拉索安装及张拉

为减小钢拱塔拼装阶段变形及应力过大的问题，在拼装过程中利用斜拉桥自身9束水平索克服两拱塔间顺桥向向外位移及应力，并在单个拱内设置4组临时横桥向拉索克服单拱内重心未超过支点时两肢向外倾斜段的横桥向外侧位移及应力。

水平索及临时索均采用履带吊吊装上钢拱塔后，人工穿束，根据每节段施工顺序要求分别进行施工阶段张拉至设计吨位；当钢拱塔成拱后，拆除临时拉索，调整水平索索力至成拱索力。

4.5钢拱塔大合龙段施工

当拼装完Je段时，钢拱塔重心仍然在其支点靠外侧接近支点中心线，在此选用大节段进行合拢，即将两个Jf段作为最后大合拢段进行安装，其中一个Jf段在加工时接头处处理为钝角，另一个Jf段处理为锐角（图6），方便合拢段的顺利安装。

图6　合拢段切割示意图

先吊装左侧合拢段，使用码板临时固定，并对称焊接部分焊缝，之后吊装右侧合拢段，调整好后，焊接码板固定，左右对称焊接Je与Jf接头焊缝，最后焊接两Jf接头。在Jf段接头焊接完成前，履带吊不松钩。

5　结语

独墩双钢拱倾斜塔无支架原位拼装，充分利用了结构的自身特点（利用水平索、设置临时索、使用大合拢段、允许钢拱塔在拼装过程中产生一定应力、设置预偏量），改变了以往钢拱塔拼装过程中的无应力状态 （自重均靠支架等支撑结果承受）的施工方法。经过细致的理论分析、严格的施工控制及监控量测，该方法达到了预期效果，节省了建设资金及施工时间，为类似工程施工提供了一种全新的方法。

2016-3-12

U445.4

A

2095-2066（2016）09-0193-02