跨高速公路31m钢箱梁吊装技术

梁 杰(中铁二十四局集团安徽工程有限公司，安徽 合肥 230000)

1 工程概况

成渝高速大桥位于四川省成都市简阳市石桥镇境内，上跨成渝高速公路，桥梁跨径布置为：48+60+48m（如图1所示），桥梁全长165m。桥梁上部结构采用钢箱梁，桥面连续，下部结构0号桥台采用柱式台、桩基础，3号桥台采用肋板台。桥梁标准断面全宽为64m，按主、辅车道，上、下行独立设置四幅分离式桥梁。单幅桥梁宽度分别为主车道13.75m，辅道14m，主辅车道桥梁之间留缝2×1.5m，上、下行车道桥梁之间留缝1×1.25m。

图1 桥梁立面布置图

主梁采用单箱三室等截面钢箱梁（如图2所示），设4道纵腹板，标准梁高2.8m（箱梁中心线处），顶板全宽13.75m，底板宽9.75m，行车道外侧设0.5m宽防撞护栏。顶板厚16mm，腹板厚16mm，底板厚16～20mm。

图2 主线钢箱梁横断面图

2 跨高速段钢箱梁吊装工艺

成渝高速大桥根据现场条件，采用常规吊车吊装法施工。在桥底搭设9排临时支架作为承重拼装平台，将全桥划分为总计10个节段（如图3所示），31m长梁段分15m和16m长度从加工厂运输至桥位现场，在现场拼装场地进行梁段接长31m，焊接作业和油漆作业完成合格后，存梁区准备吊装。

图3 节段划分平面图

最长节段长31m、最宽3.955m、重95t，拟采用350t履带吊进行跨高速节段吊装。最不利吊装工况吊装半径32m，计算吊装重量95t加吊钩、吊耳、钢丝绳约 5t，乘以安全系数1.2，最不利安全吊重=(95+5) ×1.2=120t。选用350t履带吊加80t超起配重，选择半径32m，臂长48m，可吊重140.8t，满足0号桥墩至成渝高速段所有钢箱梁吊装需求，最不利吊装工况如图4所示。

图4a 最不利吊装工况平面示意图

图4b 最不利吊装工况立面示意图

施工具体流程如下。

①临时支架布置：使用汽车吊在高速公路外安装临时支架并做好吊装前的准备工作，此阶段对高速公路无影响。

②采用履带吊直接吊装右幅辅道钢箱梁：此阶段需对成渝高速进行连续式全封闭断道2个晚上，封闭时间段为夜间8点至第二天凌晨6点。

③吊装右幅主道钢箱梁：此阶段成渝高速进行连续式全封闭断道2个晚上，封闭时间段为夜间8点至第二天凌晨6点。同时焊接右幅辅道钢箱梁底部焊缝。

④吊装左幅主道钢箱梁：此阶段成渝高速进行连续式全封闭断道2个晚上，封闭时间段为夜间8点至第二天凌晨6点。同时焊接右幅主道钢箱梁底部焊缝。

⑤吊装左幅辅道钢箱梁：此阶段成渝高速进行连续式全封闭断道2个晚上，封闭时间段为夜间8点至第二天凌晨6点。同时焊接左幅主道钢箱梁底部焊缝。

⑥成渝高速连续式全封闭断道2个晚上，封闭时间段为夜间8点至第二天凌晨6点。焊接左幅辅道钢箱梁底部焊缝。

⑦底板焊接：选择车流量较小的夜间8点至凌晨6点时段，进行全车道连续式断道交通管制，完成左幅辅道底板对接缝的焊接，此阶段需断道2天，每次断道封路时间晚上8点至第二天凌晨6点。

⑧油漆喷涂：箱体底部及侧边油漆全喷涂采用登高车作业，断道封路时间晚上8点至第二天凌晨6点，时间为2天。面板及箱内焊接及补涂，此阶段施工对高速无影响，在白天施工，不需进行交通管制。

⑨支架卸载：在整幅桥全部吊装焊接完毕后进行整体支架卸载，然后拆除运走临时支架，此阶段对高速无影响。

故本方案在吊装一幅跨高速节段吊装施工过程中，进行5次整幅间断式断道交通管制，交通管制期间四幅车道的钢箱梁吊装、焊接进行搭接作业，施工时间为7天，每天管制时间为晚上8点至第二天凌晨6点。

3 钢丝绳的选择

3.1 钢丝绳实际受力计算

本次吊装钢丝绳受力最大重量约为100t（吊装重量95t加吊钩、吊耳、钢丝绳约5t），当被起吊钢箱梁重量一定时，钢丝绳与铅垂线的夹角α愈大，吊索所受的拉力愈大；或者说，吊索所受的拉力一定时，起重量随着α角的增大而降低。

本工程所吊装的所有钢箱梁钢丝绳与水平面的夹角选择60°，以钢丝绳与水平面的夹角为60°计算(最重箱梁)，按100 t计算，动荷载系数取1.2，

图5 吊装示意图

采用四根钢丝绳同时起吊，则单根钢丝绳所受的拉力P为：

P=1.2×100/(3×sin60)=46.19t=461.9kN。

3.2 钢丝绳绳径的计算及钢丝绳的选用

选择钢丝绳直径时，一般可根据钢丝绳受到的拉力(即许用拉力P)，求出钢丝破断拉力总和ΣS，再查表找出相应的钢丝绳直径。其中钢丝绳的容许拉力可按下式计算：

式中：P为钢丝绳的容许拉力(kN)；ΣS为钢丝绳的钢丝破断拉力总和(kN)；α为钢丝绳破断拉力转换系数，对6×19、6×37、6 ×61钢丝绳，α分别取0.85、0.82、0.80；K 为钢丝绳使用安全系数。详见下表。

钢丝绳的安全系数

式（1）中α取值0.82、K取值6（用作吊索，无弯曲安全系数为6.7，专家建议系数选择6。得：

ΣS=K×P/α=6×461.9/0.8

=3464.25kN

查询《粗直径钢丝绳》规范，选择直径为76.0mm的公称抗拉强度为1770MPa的6×61的钢芯钢丝绳，完全满足施工要求。现场提供的钢丝绳必须有试验报告，其破断力总和需大于3464.25kN。

4 吊耳及卸扣的选择

4.1 吊耳的受力计算与选型

临时吊耳设在面板与腹板和横隔板结构相交对应位置，若吊耳不在主隔板上方，焊接吊耳处需要进行加固。根据计算得到的构件重心位置，在每个节段上设置四个吊耳，单个吊耳结构图如图6所示。

图6 吊耳结构图

吊耳承受最大构件重量约为95t（仅吊装重量95t），采用四个吊耳同时起吊，以钢丝绳与水平面的夹角为60°计算，动荷载系数取1.2，则单个吊耳所受的拉力为：

P=1.2×95/(3×sin60)≈438.8kN。

吊索拉力S计算为：

S=1.4×F/(3×sin60)=1.4×438.8/(3×sin60)≈236kN；

钢丝绳拉力P=吊索拉力S=236kN（考虑1.4倍的安全系数）；

T=Psin60=236s×sin60≈204kN；

V=Pcos60=236×cos60≈118kN

4.2 拉应力计算

①在斜向力作用下，其强度计算公式为：

σ=T/A=T/2tb≈107.1N/mm²＜f=305N/mm²

b=min(2t+16=66，b-d/3≈42)

当板厚δ=25mm时，f=295N/mm；

②耳板端部截面抗拉强度：

σ=N/2t(a-2d/3)=52N/mm²＜f=295N/mm²；

故此板式吊耳抗拉强度符合要求。

4.3 剪应力计算

故此板式吊耳抗剪强度符合要求。

4.4 焊缝计算

吊耳板与顶板有200mm焊缝，计算焊缝长度为 200×0.7=140mm，双面角焊缝。现以吊耳板与上翼板之间的焊缝为例（见图7），计算如下：

图7 焊缝示意图

正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）：

σ=N/hlw=138N/mm＜βf=244N/mm；

侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）：

τ=N/hlw=75N/mm²＜f(tw)=295N/mm²；

在各种力综合作用下，σ和τ共同作用：

故此焊缝强度符合要求，由此可推得，吊耳焊缝满足条件。

4.5 卸扣的选择

卸扣的受力计算与选型：最不利吊装工况及最重吊重受力为1.2×95/(3×sin60)=43.9t，较轻构件最不利受力故选择4个8级50t卸扣即能满足吊装要求。

5 结语

本文以工厂制作、现场拼装、吊装的方式进行施工的在建金简仁快速路成渝高速大桥工程为背景，阐述了工程具体实施方案和吊装过程中关键构件的选取和力学性能计算过程。计算结果表明各构件力学性能符合规范设计要求。