贝雷梁龙门吊在危桥改造维修中的运用

吕红军

摘要：文章结合国道G323东兰红水河大桥危桥改造维修实例，介绍了采用贝雷梁龙门吊代替普通吊车拆除安装桥梁构件的施工方案，分析了贝雷梁龙门吊的设计方案与施工步骤，并通过贝雷桁架内力、应力、变形及稳定性验算，验证了该施工方案是可行的。

关键词：贝雷梁;龙门吊;桥梁维修;运用

0 引言

在既有公路一般桥梁危桥改造维修中，一般采用吊车配合破碎机进行拆除安装，进度慢，且吊车于桥上施工安全风险大。对于多拱连拱拱桥维修改造来说，由于拱桥多拱结构受力特点，上述施工方法因受力不均匀，不对称，安全风险大，若运用贝雷梁龙门吊配合施工，可以缩短施工工期，降低工程造价，降低安全风险。

贝雷梁是用贝雷片桁架纵向连接，贝雷架之间通过连杆连接，相互组成多样排架，具有施工方便、承受荷载大的特点。

1 工程概况与桥梁结构

东兰红水河大桥位于国道G323线东兰县境内，桥梁中心桩号K1325+012，跨越红水河，桥梁全长458.1m，宽度9.5m，竣工于1991年3月。

桥梁位于东兰红水河库区内，原桥荷载等级：汽车-20级，挂-100，人群荷载3.0kN/m2;桥梁横断面布置为：1.25m（人行道）+7m（行车道）+1.25m（人行道）=9.5m。

跨径组合为：5m×80m钢筋混凝土箱型拱桥，两头桥台为浆砌片石重力式桥台，明挖扩大基础，水中桥墩为混凝土实体墩，墩高40～60m，主拱圈为10m×80m箱型拱，拱軸系数m=1.756，矢跨比为1/6。拱上为3柱式立柱，立柱纵向间距为5.0m，柱顶（墙顶）帽梁承托行车道板。

桥梁已运行多年，但随着当地社会经济的发展，交通量的增大，桥梁病害逐年增多。2019年桥梁检测为四类危桥，需进行维修加固，维修加固主要方案如下：

（1）主拱圈拱脚、拱上立柱脚段及墩上立柱采用外包混凝土增大截面法加固。

（2）拆除主（引）桥墩上盖梁、主桥拱上立柱（横墙）盖梁及主拱实腹段挑梁新建;挖除主拱实腹段填料，改拱顶实腹为空腹。

（3）更换人行道板和行车道板为预制π型板。

（4）重做桥面及人行道铺装，更换人行道栏杆等。

（5）增设通航孔桥墩防撞系统。

全桥主要工程量及难点在于多拱结构的拆除与安装。原主要拆除方案如下（见图1）：

由于G323红水河大桥是东兰特别是隘洞镇人民群众工作、生活出行的重要通道，当地政府对施工期间的通行条件特别重视，要求保留半幅人行道、桥面作为行人及施工通道。基于此，桥梁加固原施工图设计采用如下分幅拆装方案：

（1）采用两台吊车自中跨跨中退行拆除半幅原人行道板、行车道板。

（2）采用两台吊车自中跨跨中退行拆除各盖梁的一半;重新浇筑新作半段盖梁;架设半幅预制π板，恢复先拆除的半幅的通行条件。

（3）如上，再行拆装另外半幅。

由于运输通道宽度受限，上述两幅拆装加卸载过程均无法实现对称均衡作业，而且盖梁分先后两段完成，原施工图设计（见图1）采用如下方案：

（1）对先行新建半幅盖梁设置临时钢支撑支承;

（2）对分两部分先后浇筑完成的盖梁，设预应力钢绞线进行张拉，以增强整体性;

（3）各桥墩设置临时锚固张拉系统，采用分级张拉的方式，在拆除和安装梁板的过程中，分段、分级施加（释放）预应力，确保加载、卸载过程中的对称平衡。

2 贝雷梁龙门吊拆装方案提出的缘由

项目开工进场后，项目部、总监办、建设办及时就桥梁加固维修施工的交通组织事宜向当地政府进行了汇报沟通。受脱贫攻坚任务的影响，东兰县人民政府要求延迟开工日期至春节后，并希望施工单位加大投入、精心组织、缩短工期，尽可能减少因桥梁施工给当地人民群众工作生活带来的不便，同时于春节后进行全封闭施工。

基于施工工期要求和施工期间通行条件的变化，需变更桥梁拆装加卸载施工方案。经多方案比选，拟采用贝雷梁作为承载结构，架设龙门吊，用龙门吊完成拆装加卸载过程的起吊和运输作业，可缩短工期，降低工程造价、降低施工安全风险。

3 贝雷梁龙门吊的设计、计算

3.1 设计方案

贝雷梁龙门吊作为红水河大桥旧桥改造拆装工具，主要采用贝雷梁桁架组装，在桥梁横向上下游各设一排排架，间距为8m。每排排架由3片桁架组成，间距为45cm。桥梁纵向按施工需要，排架长度约为480m，并在排架上安装龙门架钢轨。龙门吊可在钢轨上全桥移动，可完成桥梁构件的拆除安装、施工物件运输、人员的通行，极大提高施工便易性。排架每10m设置一个支撑点，支撑点设于旧桥拱立柱盖梁上，结构受力简单、安全系数高。顺桥向每隔150cm设置一道横向加强弦杆，作为临时人行道挑梁承重结构，施工人员进出维修点快捷安全（见下页图2、图3）。

3.2 施工步骤

（1）封闭交通后，采用吊车拆除主桥两侧人行道栏杆及人行道板，并清理干净以利贝雷梁架设。暂时保留行车道板，便于贝雷梁和龙门吊的安装。

（2）按方案图用吊车将拼装好的贝雷梁节段架设组拼安装于盖梁挑梁的梁端上并做好支承、固定。

（3）在贝雷梁上安装、固定龙门吊轨道，铺设施工通道、设置栏杆及防护，三台龙门吊安装就位。

（4）利用龙门吊按照跨内自拱脚至拱顶方向对称、全桥均衡的原则，拆除、吊运全桥主桥行车道板，保留引桥用作运输通道。

（5）按照跨内对称、全桥均衡的原则，采用绳锯在龙门吊配合下切割需拆除重建的旧盖梁、挑梁，分两次拆除吊运旧梁，重建各盖梁、挑梁。

（6）施工期间，按照跨内对称、全桥均衡的原则完成各主跨拱圈、立柱加固任务的施工，以保证加固是在最大卸载状态下完成的。

（7）上述工作完成后，即可利用龙门吊按照跨内对称、全桥均衡的原则架设行车道预制π型板、浇筑纵横湿接缝。

（8）行车道预制π型板及纵横湿接缝施工完成，即可拆除龙门吊、贝雷梁，用吊车安装人行道预制π型板。

（9）待主桥上述工作完成后，引桥的拆除、安装采用吊车辅助支架完成。

3.3 计算荷载

贝雷桁架主要承受荷载根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）及《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2018）取值如下：

（1）桁架和分配梁及人行道结构等自重。

（2）活荷载（人群）=3.0kN/。

（3）活荷载（龙门吊自重+吊重）：

龙门架自重180kN，吊重81.4kN，单侧贝雷桁架按最不利受力考虑为180/2+81.4=171.4kN。由于龙门吊单侧顺桥向有两个轮支撑于轨道上，轮距600cm，故计算时活荷载取为轴重86kN，顺桥向轴距600cm，活荷载布置如图4所示。

通过特征值分析，贝雷桁架一阶竖向基频f=14HZ，根据（JTGD60-2015）第4.3.2条，活荷载（龙门吊自重+吊重）考虑冲击系数μ=0.45。

（4）风荷载：

根据规范查阅当地基本风速U10=22.3m/s，按规范取为24.5m/s，根据规范（JTG/T3360-01-2018）第5.3.1条，求得横桥向风作用下，每片贝雷桁架单位长度上的顺风向等效静阵风荷载Fg=1.27kN/m。

3.4 贝雷桁架内力验算

3.4.1 贝雷桁架内力验算模型

内力验算采用Midas2019软件建立梁格模型，横向建立三片主梁，主梁之间通过分配梁连接，内力验算模型见图5。模型中分配梁按实际断面，主梁采用等效断面。

内力验算考虑恒重、活荷载（人群）及活荷载（龙门吊自重+吊重），荷载组合根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.1.5条，采用基本组合进行验算，荷载组合见表1。

单片贝雷桁架几何特性：I=250497.2cm4，W=3578.5cm3;

单片贝雷桁架容许内力：弯矩=788.2kN·m，剪力=245.2kN。

3.4.2 贝雷桁架内力验算结果（见表1）

从表1可知，贝雷桁架内力验算满足要求。

3.5 贝雷桁架应力及变形验算

3.5.1 验算模型

应力验算考虑恒重、活荷载（人群）及活荷载（龙门吊自重+吊重）及风荷载，荷载组合根据《公路橋涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.1.5条，采用基本组合进行验算（见图6～7）。

3.5.2 贝雷桁架应力及变形验算结果（见表2）

从表2、图8知，贝雷桁架最大挠度为7.8mm

3.6 贝雷桁架稳定验算

贝雷桁架稳定验算主要检验贝雷桁架在恒载和活荷载作用下的失稳安全系数，模型计算时，将恒载设置为常量，活荷载设置为变量，进行屈曲分析，得到贝雷桁架稳定安全系数。

稳定分析考虑以下三种工况下的活荷载布置位置：

（1）工况1：贝雷桁架杆件发生最大应力;

（2）工况2：贝雷桁架杆件发生最大轴力;

（3）工况3：贝雷桁架发生最大竖向位移。

三种工况稳定分析结果见表3。

3.7 结构验算结论

通过以上计算，贝雷桁架内力、应力、变形及稳定验算均满足规范要求，采用贝雷梁龙门吊进行红水河大桥维修改造拆除安装的施工方案是可行的。

4 结语

鉴于既有公路桥梁维修加固质量、安全和进度的需要，以及多拱拱桥结构的复杂性，根据设计图纸及现场实际选择合理的施工方案，进行详细的设计、验算是十分必要的。为确保方案的科学、经济、可行，方案实施前，必须组织各方进行专题论证，并且在施工过程中严格按照批准的方案组织实施。该桥的龙门架设计、实施，在确保项目施工进度、安全质量方面，取得了较好的成果，希望能对类似工程起到一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]路桥施工计算手册编写组.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]JTGD60-2015，公路桥涵设计通用规范）[S].

[3]JTGF90-2015，公路工程施工安全技术规范[S].