大跨混合梁斜拉桥缆索吊施工技术.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 2 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024-80-三星推荐公路斜拉桥设计规范(JTG/T 3365-012020)定义混合梁斜拉桥主梁是在边跨的一部分或全部采用混凝土梁,其余梁段采用钢梁或组合梁的斜拉桥。主要应用到钢材和混凝土两种材料组成。通常情况下,较大跨径的主梁采用钢梁结构以减少自重,而较小跨径的边跨主梁采用混凝土梁结构以平衡主跨的重量。由于边跨主梁采用混凝土梁结构,其抗弯刚度和重量较大,进一步有助于减少主跨主梁的内力和变形。混合梁斜拉桥充分利用了钢材和混凝土这两种主要材料的优势,成为大跨径桥梁方案
2、中非常具有竞争力的一种结构类型。国内混合梁斜拉桥的主要施工方法包括桥面提梁机整体架设法和桥面吊机桥上散拼法。桥面提梁机整体架设法和桥面吊机桥上散拼法对于桥面起吊点正投影下缺乏喂梁条件的项目不适用,从而多用于大江大河桥梁项目中。在缺乏喂梁条件这样限制性地形条件下,实现特大跨径斜拉桥的安全、经济与合理的施工建设成为关键问题。为了解决这一问题,部分桥梁引入了常用于悬索桥或拱桥施工的缆索吊施工法。缆索吊机是一种同时兼顾垂直和水平运输的起吊设备,非常适用于深切峡谷、河川跨越等特殊的建设环境。因此,在桥梁建设中,特别是在山区的拱桥和悬索桥工程中广泛采用缆索吊施工法。相较于传统的桥面吊机施工技术,缆索吊施工
3、斜拉桥主梁技术具有显著优势。它能大幅减少临时施工设备和人员的需求,非常适合深切峡谷、河川跨线等特殊建设环境,并具有较高的经济性。例如,鸭池河大桥是一座主跨 800m 的混合梁斜拉桥,于 2016 年竣工通车。该桥采用了缆索吊机悬臂拼装主跨钢桁梁的施工技术。这座桥是世界上首次将缆索吊施工技术应用于斜拉桥主梁的工程。钢桁梁的标准节段最大重量为 230t,而缆索吊机的吊装能力为 350t。另一个例子是主跨 508m 的红水河特大桥,该桥于 2017 年建成通车。它是世界上第一座非对称混合式叠合梁斜拉桥,也采用了缆索吊装系统用于斜拉桥上部结构的施工。云南景洪市橄榄坝至景哈乡澜沧江大桥(斜拉桥)主桥于
4、2019 年建成通车,该桥是国内首次运用“自锚式缆索吊机”设计施工的斜拉桥项目。到目前为止,在现有的桥梁工程项目中,只有三座混合梁斜拉桥采用了缆索吊机进行上部结构的施工。这三座桥梁的主梁形式分别为钢桁梁和 型叠合梁,最大吊装吨位为 350吨。然而,这些主梁形式尚未涉及大跨径斜拉桥常用的钢箱梁断面形式。由于大跨斜拉桥通常采用的钢箱梁断面标准节段重行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度大跨混合梁斜拉桥缆索吊施工技术马志芳 袁 媛马志芳 袁 媛郑州铁路职业技术学院马志芳(1987),女,河南许昌,讲师,主要从事大跨径桥梁设计和施工技术研究。基金项目:河南省重点研
5、发与推广专项(科技攻关)项目(232102241008)。-81-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jan.2024中国科技信息 2024 年第 2 期三星推荐量一般超过 300 吨,目前应用于斜拉桥施工的缆索吊机的吊装能力尚不能满足大节段钢箱梁的整体吊装施工需求。综上所述,对斜拉桥采用缆索吊施工的系统研究较为有限,并且还没有涉及常用的钢箱梁断面主梁结构及相应的吊装吨位。若要在钢箱梁主梁结构的斜拉桥上采用缆索吊施工,必须进一步增加缆索吊的吊装能力。因此,不管是吊装能力、适用的主梁断面形式还是成套技术方面,都需要进一步深入研究。为此,本研究以峡谷区
6、域的大跨径斜拉桥为依托,创新地开发了适用于大跨径混合梁斜拉桥钢箱梁主梁的缆索吊施工系统,以实现在桥面吊机工法不适用的情况下进行大吨位钢箱梁的机械化施工。通过使用有限元软件对桥梁主梁节段的吊装过程进行数值仿真分析,验证了该施工方案的可行性。工程概况河南境内的一座大跨径混合梁斜拉桥的桥跨布置是(55+55+65+536+450)m,总长为 919m,最大高度为 205.6m。它是河南省内跨度最大的桥梁,也是该省第一座分离式双箱斜拉桥和大跨混合梁斜拉桥。此外,它还是国内第一座采用缆索吊施工大节段钢箱梁主梁的混合梁斜拉桥。该桥的主梁采用分离式断面,梁高为 3.5m。边跨的主梁采用预应力混凝土结构,全宽
7、为 39.5m;主跨的主梁采用钢箱梁结构,全宽为 41.5m(包括风嘴)。桥梁的立面布置如图 1 所示。该斜拉桥的 3 号塔柱总高 157m,根据主梁位置分为上塔柱和下塔柱。其中,上塔柱高度为 143m,下塔柱高度为14m。塔柱采用八边形断面,塔顶以下的 78.6m 部分为等截面,截面尺寸为 8m8m(纵桥向 横桥向)。上塔柱其余部分为变截面,截面尺寸从 8m8m(纵桥向 横桥向)逐渐变化到 10.52m9m(纵桥向 横桥向)。横梁以下的塔柱采用八边形实心截面,纵桥向顶宽 10.71m,底宽 11m,横桥向顶宽 9m,底宽 9.6m。4 号塔柱的斜拉桥总高为 205.6m,根据主梁位置分为上塔
8、柱和下塔柱。上塔柱高度为 143m,下塔柱高度为64.6m。塔柱采用八边形断面,上塔柱是一个单箱单室截面。塔顶以下的 78.6m 部分为等截面,截面尺寸为 8m8m(纵桥向 横桥向)。上塔柱其余部分为变截面,截面尺寸从8m8m(纵桥向 横桥向)逐渐变化到 10.52m9m(纵桥向 横桥向)。桥塔横梁以下采用单箱双室变截面的八边形,纵桥向顶宽度为 10.71m,底宽度为 13m,横桥向顶宽度为 9m,底宽度为 14m,壁厚为 1.5m,箱式间隔板厚为1.2m。纵桥向外侧面的斜率为 1/51.2,横桥向外侧面的斜率为 1/23.44。边跨的混凝土主梁采用支架现浇施工,而主跨的钢箱梁节段则采用缆索吊
9、施工。缆索吊机系统由起重索、承重索、牵引索、支索器、索鞍、跑车、吊具、起重卷扬机和智能控制系统等部件组成。在本项目中,缆索吊机系统基于斜拉桥塔柱采用双塔三跨方案,实现了永临结合的绿色建造理念。该缆索吊机系统采用地锚式设计,在两岸山体上设置锚碇。缆索吊机系统的跨度组合为(193+536+215)米,设计的最大吊装重量为 310 吨。当吊装重物位于主跨中间时,最大垂度达到 45m,主缆垂跨比为 1/11.9。在离索鞍 20m 范围内存在天车盲区,因此需要将天车移动到 20m 外。整体布置如图 2 所示。通过有限元软件进行计算,主要计算缆索吊机施工中塔柱和主梁节段的内力和变形情况。计算参数计算荷载(
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