超宽重型钢箱梁梁上运梁工艺

韦永昌 宋佩超 刘祥

作者简介：

韦永昌（1982—），高级工程师，主要从事市政工程、道路桥梁工程技术和施工管理工作;

宋佩超（1988—），工程师，主要从事桥梁施工技术工作;

刘 祥（1991—），工程师，博士，主要从事桥梁施工技术工作。

文章以乌兰木伦河3号桥工程为例，介绍了超宽重型钢箱梁的梁上运梁工艺与结构设计方案，并选取最不利运梁位置进行最大剪应力以及最大有效应力有限元模拟，验证了梁上运梁工艺的可行性。梁上运梁工艺有效解决了超宽重型钢箱梁的运输问题，可为类似桥梁施工提供工程借鉴。

超宽重型，钢箱梁，梁上运梁，有限元模拟

U448.21+3A371273

0 引言

随着桥梁设计能力、建造能力的提高，桥梁的跨径和承载能力也在不断取得突破[1]。其中，梁体作为桥梁的受力和运输通道是桥梁的主要受力结构，其样式存在着多样性[2]。钢箱梁结构由于其刚度大、稳定性好、承载能力大等优点，在桥梁建设中有着广泛的应用[3-4]。

钢箱梁的加工需要相应的大型专业设备，包括起重设备、下料机械、胎架场地等，因此往往在远离桥位现场的专业加工厂内进行制造。因此，当钢箱梁加工完成后需运输至桥位现场进行安装。钢箱梁结构虽然在受力方面有着极大的优势，但由于梁体较大，尤其是对于较宽的钢箱梁节段，其运输方面存在着极大的问题[5]。已有的钢箱梁运输方法通常为水路运输和陆地运输。在城市中建设的桥梁，当无法实现水路运输，而陆地运输又由于体积过大影响交通时，使钢箱梁的运输一直困扰着施工单位[6]。本文以乌兰木伦河3号桥为例，详细介绍了分体式钢箱的梁上运梁工艺，该工藝通过二次拼装和运梁小车有效解决了钢箱梁的运输问题。

1 工程概况

乌兰木伦河3号桥主桥钢箱梁段长348 m，主梁全宽42～65 m，采用带外伸横梁的钢箱梁。钢箱梁主箱式由两个单箱单室结构通过联系横梁及面板组成，主箱式全宽为34 m，梁高为3.5 m，梁段长度为3.4～7.95 m，重量为136～203 t。采用扁平流线型截面，箱梁内设置6道腹板，斜顶板同时兼顶板、腹板的功能，斜底板同时兼底板、腹板的功能。如下页图1所示。

为保证钢箱梁安全可靠地完成安装，本方案采用支架法设计，在确保安全可靠、经济合理的前提下合理布置支架形式，采用履带吊安装的施工工艺。

2 梁上运梁设计

钢箱梁在钢结构厂进行整体拼装、单箱室焊接及运输，待运至桥位现场时进行二次拼装，以解决超宽重型钢箱梁从出厂到桥位现场的运输问题。在桥位现场的大拼场通过横梁及面板的焊接，将单个的钢箱梁箱室组装成双主梁形式。

由于大拼场与钢箱梁安装位置存在一定距离，可通过龙门吊、履带吊、运梁小车等运输工具将钢箱梁运至吊装位置。但履带吊在负重情况下的行走极不安全，龙门吊的运输需要沿途设置轨道基础，因此两种方案均不可实行。只能采用在已完成吊装的钢箱梁表面铺设轨道，并通过运梁小车将准备吊装的钢箱梁运输至合适位置后进行吊装。轨道设置在箱梁腹板上，以减少箱梁变形。如图2～4所示。

3 主梁结构设计

采用梁上运梁工艺，由于是在已安装好的钢箱梁上铺设轨道并进行后续钢箱梁的运输，因此需要对已安装的钢箱梁进行受力计算。

该计算模型采用Midas Civil 2019软件进行分析计算，采用板单元对腹板顶板腹板及肋板等进行模拟，材料均采用Q345级钢材，采用一般支承模拟临时墩立柱，约束主梁全部自由度，箱梁模型采用7.5 m标准段进行模拟。根据钢箱梁设计图中各单元件尺寸、位置、板厚等进行模型的建立，具体建模如图5所示。

4 荷载设计

采用运梁小车对钢箱梁进行运输，根据钢箱梁的节段划分和钢管支架的布置形式，当运梁小车处于不同位置时，已安装的钢箱梁会处于不同的受力工况，选取其中的最不利工况进行受力分析。

（1）运梁平车运输最大吊重段梁时，位于首个支架顶（前支点），荷载设计如图6所示。

（2）运梁平车运输最大吊重段梁时，运梁平车位于跨中，荷载设计如图7所示。

（3）运梁平车运输最大吊重段梁时，运梁平车位于末端主梁支架顶（后支点），荷载设计如图8所示。

5 计算结果

当运梁平车运输最大吊重段梁分别处于不同工况时，对相应位置钢箱梁的最大剪应力以及最大有效应力进行分析。其中，计算的最大剪应力为60.00 MPa，钢材允许的最大剪应力为100 MPa，安全系数为1.7。计算的最大有效应力为110.78 MPa，而钢材允许的最大有效应力为172 MPa，安全系数为1.5。以上计算结果表明梁上运梁工艺具有足够的安全性和可实施性，如表1、图9～11所示。

6 现场实施

通过对不同工况下已安装主梁的受力分析，可以看出梁上运梁具有足够的安全储备。轨道在施工过程中的质量控制要点为顺直度及加固效果。轨道的顺直度是平车正常运行的保障，若不顺直，箱梁运输过程中存在倾覆风险，因此项目部采取全站仪对轨道顺直度进行控制;轨道加固是保证轨道在运输过程中不发生变形、移位的保障措施，但过渡加固将对箱梁母材造成损伤，综合考虑采用50 cm一道压轨板进行加固。

钢箱梁位于运梁小车上，保证小车具有足够动力，行驶过程中全程有操作人员跟随，确保小车运行的平稳性，并在轨道的重点位置设置防冲撞装置，同时随着钢箱梁节段铺装的加长，不断加长轨道。

7 结语

在乌兰木伦河3号桥的施工中，技术人员采用后场单箱室拼装、前场二次拼装的方式，并结合梁上运梁的工艺，成功解决了超宽重型钢箱梁的运输问题。本文根据运梁小车运输最重节段时的不同位置，选取了不同的受力工况进行了最大主应力、最大剪应力以及最大有效应力的分析，结果表明梁上运梁具有足够的安全性，并在施工过程中得到了有效应用。

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[3]潘 韬，肖海珠，赵 林，等.大跨度桥梁超宽分体三箱梁抗风性能及控制措施研究[J].桥梁建设，2020，267（S2）：32-38.

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