广州明珠湾大桥钢梁架设关键技术.pdf
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1、世界桥梁 2023年第51卷第S1期(总第224期)World Bridges#Vol.51,No.S1#2023(To tally No.22448DOI:10.20052/j.issn.1671-7767.2023.SI.008广州明珠湾大桥钢梁架设关键技术徐国亮徐国亮(中国铁建大桥工程局集团有限公司,天津300300)摘 要摘 要:广州明珠湾大桥主桥为中承式钢桁拱桥,双层桥面布置,主桥及水中引桥钢梁均采用N形三主桁钢桁梁&主桥边跨 和次边跨钢梁采用临时墩辅助半悬臂法架设,中跨钢梁采用在临时扣索塔架上设置3对斜拉扣索辅助,边跨压重后进行不对 称全悬臂架设;水中引桥钢梁采用临时墩辅助半悬臂架
2、设&主桥钢梁采用6个架梁工作面同时架梁,起始节间钢梁在搭设的 临时墩和墩旁托架上采用浮吊和塔吊安装,再采用爬坡架梁吊机和浮吊不对称双悬臂施工,次边跨合龙后中跨钢梁采用扣索 塔架辅助大悬臂架设,中跨合龙后进行全桥体系转换&大桥成桥状态下,钢桁梁中跨桥面高程实测值和理论值最大偏差为 54=,吊杆总索力实测值与理论值偏差为1.2%,钢桁梁线形和吊杆索力满足预期控制目标要求&关键词关键词:中承式钢桁拱桥;钢桁梁;三主桁;悬臂架设;扣索塔架;合龙;施工技术中图分类号中图分类号:U448.211;U445.4 文献标志码:文献标志码:A 文章编号:文章编号:1671-7767(2023)Sl-0048-0
3、71 工程概况工程概况广州明珠湾大桥全长1 364=,由主桥和水中 引桥组成,主桥上部结构为(96+164+436+164+96+60)=六跨中承式连续钢桁拱梁2-,水中引桥 上部结构为(60+3 X 96)=四跨连续钢桁梁,立面 布置如图1所示。主桥和水中引桥主梁均采用N 形三主桁钢桁梁结构,双层桥面布置,上层为双向8 车道公路,两侧为人行道;下层两侧预留双车道,中 间为管线走廊&主桥桥面总宽43.2=,主桁间距18.1=,边跨及次边跨为平桁结构,主跨为中承式 钢桁拱梁结构,边桁桁高10.369=,中桁桁高 10.685=,主墩顶中间支点处桁高52.52=;由于主 墩顶拱脚处桁高较高,部分区
4、段采用14=长节间,其 余节间长均为12=,共81个节间2(A1A39)+YA0YA5-,-,布置81根吊杆,吊杆为标准抗拉强度 1 670 MPa的镀锌平行钢丝成品索&水中引桥桥面 总宽42.6=,主桁间距17.95=,边桁桁高 10.369=,中桁桁高10.685=,除端节间长11.1=外,其余节间长均为12=,全桥共29个节间(N0N29)。)。主梁标准横断面如图2所示&主桁及拱肋采用Q420qD、Q370qD钢,联结系 及桥面系构件采用Q370qD钢&主桁采用栓焊结合 整体节点,在工厂内将杆件和节点板、各连接件接头 板焊成一体,运到工地架设时,除弦杆顶板为熔透焊 接连接外,其余板件均在
5、节点外用高强度螺栓拼接&单位:m万顷沙1 1 364南沙60,96,96,96,96,164,436,164,96,601-1-1-1-1 1-1-1-1-1-1“伽盹ZZ、ZZ丫、Z、,匸屮屮 j.j.j n n n|EH j H II H-)图图1明珠湾大桥立面布置明珠湾大桥立面布置Fig.1 Elevation view of Mingzhu Bay Bridge2水文及气象条件水文及气象条件明珠湾大桥跨越的龙穴南水道水流变化复杂,既受上游洪水影响,又受来自伶仃洋的潮汐作用影 响&南沙站历史最高潮位为+7.65=,历史最低潮 位为+3.15=&桥址所在南沙地区地处亚热带季风气候区,属 亚
6、热带季风海洋气候,由于背山面海,海洋性气候显 著,气候温和潮湿,具有温暖多雨、光热充足、温差较 小、夏季长、霜期短等气候特征&桥址为台风影响区,台风一般发生在79月,据19591998年台风数据统计,造成影响的台风有 115次,年平均受影响的次数为2.85次,以1964年 为最多,全年有5个台风登陆&桥址处台风最大风 力达9级以上,并带来暴雨,对航行船舶及桥梁施工 影响极大&收稿日期:收稿日期:20220831作者简介:作者简介:徐国亮(1978),男,高级工程师,2001年毕业于西南交通大学土木工程专业,工学学士(E-=ail:450736414qq.co=)&广州明珠湾大桥钢梁架设关键技术
7、 徐国亮49图图2主梁标准横断面主梁标准横断面Fig.2 Standard cross-section of main girder3总体施工方案总体施工方案明珠湾大桥钢梁架设按先主桥后水中引桥的顺 序进行施工&主桥施工时,利用2台70t平弦架梁吊 机(J1、J4)从边跨向中跨架设闪2台70 t爬坡架梁吊 机(J2J3)J3)从27号、28号主墩向中跨跨中架设,2台 250 t浮吊从27号、28号主墩向边跨架设,共有6个 工作面架梁(见图3),可缩短主桥架设工期&主桥钢梁架设施工方案为:首先搭设墩旁托架 和临时墩,采用浮吊和D1 500 tm塔吊架设27 号、28号主墩墩顶两节间钢梁,然后采用
8、塔吊拼装 爬坡架梁吊机,再利用爬坡架梁吊机向中跨侧架设 至A26节点,采用浮吊及塔吊向次边跨侧架设至合 龙口 A16节点,等待次边跨合龙&同时采用浮吊在 25号和26号墩之间的临时墩上架设起始两节间(A3-A5)钢梁并拼装平弦架梁吊机J1;采用300 t 履带吊在30号和31号墩之间的临时墩上架设起始 两节间(YA2-YA4)钢梁并拼装平弦架梁吊机J4,然 后两边跨钢梁通过平弦架梁吊机逐节间架设至次边 跨合龙口 A15节点,等待次边跨合龙&次边跨合龙 后,拆除主墩墩旁托架,相应调整27号、28号主墩 墩顶钢梁,在扣索塔架的辅助下采用爬坡架梁吊机 向中跨跨中逐节间大悬臂架设钢梁至中跨合龙口 A3
9、8节点,并在架设过程中分别挂设张拉3层扣索&通过扣索索力调整、27号主墩侧钢梁纵移及边跨顶 落梁等方式进行中跨合龙口姿态调整,符合要求后 进行中跨拱、梁合龙;最后进行体系转换,完成主桥 钢梁架设&整个钢梁架设过程中,只有27号、28号 主墩支座先安装就位受力,其余支座均后安装不参 与受力&水中引桥钢梁架设施工方案为:次边跨合龙后,平弦架梁吊机J1调头至25号墩,向21号墩方向逐 节间半悬臂架设水中引桥钢梁;在25号墩顶将主桥 与水中引桥钢梁临时连接,使主桥与水中引桥形成 连续梁结构,便于水中引桥起始节间钢梁悬臂架设,待中跨合龙后,再拆除临时连接&4 施工难点施工难点明珠湾大桥钢梁结构复杂,桥位
10、处为台风影响 区,钢梁架设施工难度大、安全风险高,主要施工难 点如下:(1)主墩双悬臂架设&27号、28号主墩均位于 水中,在次边跨合龙之前,钢梁完全处于悬臂拼装状 态,其中向边跨侧共悬臂5个节间,向中跨侧共悬臂 4.5个节间(主墩墩顶中跨侧A22-A27节间,其中 A26-A27节间暂时只安装平弦钢桁梁,不安装钢桁 拱),由于主墩两侧荷载的不对称,钢梁安装需确保 两侧力矩相同&(2)扣索塔架拼装&扣索塔架高达100 m,且 扣索塔架拼装时正处于台风期,需确保扣索塔架拼 装的垂直度及拼装作业的安全性&(3)(3)中跨大悬臂架设&次边跨钢梁合龙后,2 台爬坡架梁吊机分别在扣索塔架的配合下由27号
11、、28 号主墩向中跨跨中大悬臂架设钢梁直至跨中合 龙&中跨采用拱梁同步架设,最大悬臂长度220 m,最大扣索索力达14 980 FN,扣索长260 m。为减少 图图3 6个工作面架梁个工作面架梁Fig.3 Parallel assembly of steel trusses at six locations50世界桥梁 2023#1(S1)对通航的影响,采用桥面运梁方式,中跨钢梁架设受 施工荷载、风载和温度等影响较大&(4)次边跨、中跨合龙&主桥共有3处合龙口,其中次边跨2处、中跨1处。每个合龙口处合龙杆 件众多,其中次边跨处弦杆多达9根(弦杆及拱肋各 3根),中跨处拱肋6根、弦杆6根,合龙施
12、工受各杆 件调整时的相互影响以及温度等自然条件的影响&(5)钢梁架设线形控制&主桥为六跨连续钢桁 拱桥,水中引桥为四跨连续钢桁梁桥,主梁均为三主 桁钢桁梁结构,双层桥面,结构复杂;钢梁架设主要 为水上及高空作业,施工期间经历多次台风,尤其是 中跨在3层扣索塔架的配合下全悬臂架设,最大悬 臂长度达220 m,安装误差受温度影响,测量难度 大,线形难以控制&5施工关键技术施工关键技术5.1起始节间钢梁架设根据总体架设方案,主桥共设有4个起始段钢 梁,分别为 A3-A5.YA2-YA4.A21-A23(2 个),其 中A3-A5钢梁采用250 t浮吊进行安装,YA2-YA4 钢梁采用300 t履带吊
13、进行安装,主墩墩顶A21-A23钢梁采用塔吊为主、浮吊辅助架设&起始节间 钢梁安装质量尤为关键,须按设计要求调整好起始 节间钢梁底标高,严格按照先中桁后边桁、先下弦杆 后桥面板,然后斜杆、上弦杆进行节间合龙,最后安 装横联及平联&考虑总体工期比较紧张,两边跨不 从第一个节间开始架设,可避免25号、31号墩下部 结构施工影响钢梁架设,以缩短全桥架梁工期&起 始节间钢梁架设施工布置如图4所示&5.2 主墩钢梁双悬臂架设在主墩钢梁双悬臂架设前,需调整27号、28号 主墩墩顶起始节间钢梁纵横向偏位,使起始节间钢 梁三桁偏差及高程满足中跨双悬臂钢梁架设要求,即27号墩边跨侧钢梁在墩旁托架处预抬21 mm
14、,中 跨侧钢梁在墩旁托架处预降21 mm;28号墩边跨侧 钢梁在墩旁托架处预抬46 mm,中跨侧 钢梁在墩旁托架处预降46 mm,然后将墩旁托架 上、下支架采用焊接固定牢固&先采用塔吊在已拼 两节间钢梁上拼装爬坡架梁吊机,爬坡架梁吊机向 中跨侧架设A23-A27四节间钢梁,同时采用塔吊和 浮吊向边跨侧架设A21-A16五节间钢梁,架设顺序 为先中桁、再边桁,先下部、再上部&钢梁架设时,A23-A27节间杆件由舶船运送至架梁位置,由爬坡 架梁吊机直接从船上提取架设;A21-A16节间小于 40 t的杆件由浮吊直接从栈桥上提取架设,大于40 t 的杆件由舶船直接运至待架点,由塔吊起吊架设&主墩钢梁
15、双悬臂架设施工布置如图5所示&图图5主墩钢梁双悬臂架设施工布置主墩钢梁双悬臂架设施工布置Fig.5 Two-way cantilever erection of steeltrusses over main piers由于主墩两侧墩旁托架支点间距较小,施工期 间应严格控制两侧的不平衡力矩,避免一侧支点反 力过大,另一侧支点反力过小或出现脱空&5.3 次边跨合龙平弦架梁吊机拼装好后,将边跨及次边跨钢梁 架设至次边跨合龙口 A15-A16,拆除31号墩墩顶 压重(压重长12 m,重792 t),进行次边跨合龙&对 合龙口进行敏感性分析,通过计算确定纵横移参数,设置纵横移、顶落梁和微调装置,选择最佳
16、合龙时间 在无应力状态下快速锁定&施工步骤如下:(1)由于 27 号 主 墩 侧 次 边 跨 合 龙 口 杆 件 高 程 比设计高程高106 mm,通过将25号墩支点回落 300 mm、26号墩支点起顶153 mm的方法调整其合 龙口转角和高程,最后将主梁纵移78 mm实现万顷 沙侧次边跨合龙&(2)万顷沙侧次边跨合龙,平弦架梁吊机J1调 头移至25号墩处,准备开始架设水中引桥钢梁&(3)为充分利用平弦架梁吊机J1,节约成本,在 架设水中引桥时兼作万顷沙侧钢梁提升站&图图4起始节间钢梁架设施工布置起始节间钢梁架设施工布置Fig+4 Cons7ruc7ionlayou7ofs7eel7ruses
17、ins7ar7erpanels广州明珠湾大桥钢梁架设关键技术 徐国亮51(4)由于28号主墩侧次边跨合龙口杆件高程 比设计高程高273=,通过将31号墩支点回落 300=、29号墩支点起顶421=的方法调整其合 龙口转角和高程,最后将主梁纵移135=实现南 沙侧次边跨合龙。(5)南沙侧次边跨合龙(见图6),平弦架梁吊机 J4退回到31号墩附近作为南沙侧钢梁提升站&(6)次边跨合龙后拆除主墩墩旁托架,万倾沙 侧钢梁向大里程偏移500=后,对27号墩支座进 行临时纵向约束&5.4扣索塔架及扣索安装次边跨合龙后,开始拼装扣索塔架&全桥共布设 2个扣索塔架,分别位于27号、28号主墩钢桁拱上,扣索塔架
18、底部铰接于钢桁拱S22节点上,前后索分别 锚固在钢桁梁A3.A5.A9和钢桁拱肋S29.S32.S36 节点上,57&扣索塔架高100=(S22节点中心至第3 层前后索交汇点),由1个底节段、1个&5=节段、7 个10=标准节段、1个5.83=节段、1个锚固段及联 结系组成&扣索塔架横桥向布置如图7所示&扣索塔架各单元件在工厂内加工完成后,运至 现场进行预拼,采用设置于27号、28号主墩承台上 的D1 500 t=塔吊进行现场拼装&拼装时对底节 段进行临时固定保证竖直于地面,逐节由下向上拼 装,根据抗风倾覆安全稳定要求辅以临时拉缆确保 扣塔拼装节段的稳定&5.5中跨钢梁不对称大悬臂架设扣索塔架
19、拼装好后,爬坡架梁吊机向中跨跨中 侧架设钢梁至A32节点,钢桁拱架至S31节点,安 装第1层扣索并张拉,扣索锚固在钢桁梁A9、钢桁 拱S29节点上,前索张拉力为8 560 kN,后索张拉 力为9 000 kN。爬坡架梁吊机继续向中跨跨中侧 架设A32-A35钢梁,钢桁拱架至S34节点,安装第 2层扣索并张拉,扣索锚固在钢桁梁A5、钢桁拱S32 节点上,前索张拉力为11 100 kN,后索张拉力为 11 860 kN。第2层扣索安装调整好后,爬坡架梁吊 机继续向中跨跨中侧架设A35-A38节间钢梁,钢桁图图7扣索塔架横桥向布置扣索塔架横桥向布置Fig.7 Configuration of tow
20、ers of cable-stayed cantilever a sembly sys7em along bridge wid7h拱架设至S38节点,然后安装第3层扣索并张拉,扣 索锚固在钢桁梁A3、钢桁拱S36节点上,前索张拉 力为13 880 kN,后索张拉力为14 440 kN。中跨钢 梁大悬臂架设施工布置如图8所示&中跨钢梁悬臂架设过程中的抗倾覆稳定系数应 大于1.3,采用压重进行配重平衡&根据受力及安 全需要第1层扣索安装前在26号、29号墩墩顶进 行压重(26号墩墩顶压重长度18=,重量1 350 t;29号墩墩顶压重长度18=,压重量1 347 t);在第2 层扣索安装前,在万顷
21、沙侧25号墩墩顶进行压重(压重长度21=,压重量1 570 t),南沙侧A2-A4节 间钢梁进行压重(压重长度24=,压重量1 795 t)&并在墩顶焊接钢挡块作为横向限位措施来提高钢梁 的抗风性能8-&5.6中跨合龙中跨合龙原则为先拱肋合龙、后钢桁梁合龙&中跨合龙口杆件多,采用“多点同步合龙”和“节点拼 装合龙”技术10-,确保中跨合龙精度&通过计算分图图6次边跨合龙状态次边跨合龙状态Fig.6 Endspanclosure52世界桥梁 2O23,51(S1)万顷沙架梁吊机J1第3层扣灵 压重E住ZIZI/V塔吊1第1层扣索:垛第2层扣索刁勺塔丄刁勺塔丄9,S架梁吊机J2架梁吊机J3塔吊2;
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