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带有A撑系杆拱桥的施工问题探析
作者:邵志向,常仕东,赵君委  发布时间:2017年7月4日 浏览:765 次

1工程概况

孔李淮河大桥位于我国重要的煤炭能源基地—淮南市,路线起点位于潘集区东后板埂,接省道S225(长江路),经吴家湖,在潘集火车站西跨淮阜铁路,于陶圩村附近跨淮河左汊,经上六坊后再跨右汊,沿李嘴孜煤矿西六风井预留煤柱布线,路线在孔集村附近接上S308(东西部第二通道),在淮阜铁路与淮河北堤间设置预留潘集互通,路线全长约10.280555公里。大桥右跨为110+180+110m三跨下承式钢箱拱桥(图1),采用步履式顶推施工,在顶推过程中为了减少系梁的变形及应力,在梁与拱之间使用临时A撑,以中垮为例(图2)。A撑上下端分别与拱肋和系梁铰接,A撑采用圆柱钢管,具有刚性,在千斤顶时承受压力能够与拱共同抵抗弯矩,在后期落梁时承受拉力,将自重传递给拱,减小下挠度。A撑作为施工时的临时支撑,在张拉吊杆之前需要解除。

1  三跨钢箱拱全桥图

 

2  中跨A撑示意图

 

2施工难题与解决方案

2.1顶推施工钢结构屈曲问题

钢结构的局部屈曲是在顶推施工过程中经常遇到的施工问题,钢梁或者临时性受力钢构件在受力过大导致局部刚度不足时,就会产生局部屈曲变形[1]。使钢结构局部屈曲的原因很多,竖向顶升千斤顶、横向纠偏千斤顶的不同步是常见因素,还有钢结构制造误差表面不平整,局部受力不均匀等。如果钢结构在顶推过程中发生屈曲,只能采用局部加固处理来修复。此时梁体已经不在制梁场,焊机等各种机具设备进入梁内相应位置作业相对困难,因此会严重影响施工工期[2]。为了防止钢梁屈曲,在拱梁之间采用A撑临时设施,减少梁的局部应力,降低反生屈曲概率。

2.2解除A撑

大桥顶推到位并落梁后,由于A撑与吊杆共面,不拆除A撑无法进行后面的吊杆张拉工作。但此时整座桥已经进入淮河中央,水面上不能通过大型浮吊,且中跨拱矢高达44.5m,小型浮吊不能满足要求,桥面还未进行铺装,在桥面上进行吊机操作也不可能,因此拆除A撑面临困难。

2.3现行解决方案

针对A撑影响吊杆张拉,以及导致落梁不到位问题现场提出如下解决方案:

1)割除A撑底端与系梁的连接,释放A撑的约束(图3);

2)在影响吊杆的地方割开30cm的槽口,将吊杆从槽口中通过(图4);

3)并将其中影响的28根吊杆暂时不张拉,待桥面铺装完混凝土后吊车上桥面拆除A撑后张拉。

 

                         

               3  解除A撑约束             4  A撑开槽穿吊杆

2.4现行方案的弊端

在现场上为实现上述所要求的方案,会带来很多弊端:

1)大面积切割钢管时,只能采用氧气切割,切割较慢,严重影响工期;

2)当吊杆与钢管交接处为上端时,要进行高空作业,工作平台只能在钢管上焊接简单的钢筋楼梯,安全性低。

3)切割钢管时,吊杆距离切割位置较近,切割喷出的火花容易点燃包裹吊杆的附属物,进而导致吊杆的损害,造成经济损失。

4)即使进行了切割还是影响28根吊杆没有张拉,导致在计算吊杆力和张拉顺序上都比较繁琐。

2.5改进方案

上述方案最难点在于开槽口,因此只要避开这一过程即可。A撑在割除下部与系梁的连接后,由于两个钢管相互制约,还会处在相对静止的面,继续影响吊杆的张拉。为了使割除下端后吊杆能自由垂直成与吊杆平行的面(图5),在两个钢管交接处采用两个铰接,分别与拱肋连接(图6),这样在操作上只需在桥面上割除钢管与系梁的连接就不会影响吊杆的张拉。

                 

         5改进后解除A撑                     6  中跨改进A撑连接示意图

3有限元软件模拟

上述讲了改进方案在操作上的可行性,下面从受力性能上进行说明。

A撑在整个顶推施工过程主要承受压力,将力传递给拱,分析拱在这两种方案下的受力性能是判定改进方案是否合适的标准。运用midas/civil模拟了整个顶推过程[3](图7),从整个顶推过程看出,当千斤顶在A撑下部时,A撑传递给拱肋的力最大,拱肋受到向上的集中力作用。对比改进前和改进后方案,得出拱肋所受最大弯矩和A撑所受最大轴力如表1所示。

 

7  软件模拟顶推过程

 

1  原方案与改进方案结构受力对比

     位置

方案

中跨拱肋弯矩/kN·m

边跨拱肋弯矩/kN·m

中跨A撑轴力/kN

边跨A撑轴力/kN

原方案

-10549.7

-25011.6

-2807.7

-5824.3

改进方案

-10536.4

-15220.9

-1947.6

-5367.6

从表1看出,在整个顶推施工过程中拱肋所受弯矩与A撑所受最大轴力改进方案都比原方案小,因此采用此方案在结构受力上符合要求。

4结论

从上述看出,提出的改进方案不论在设计还是施工上都不比原方案复杂,且受力符合要求。解除A撑约束时只需在底部截断即可,并不影响后面吊杆的张拉,达到了减少施工难度、缩短施工工期和降低施工风险的效果,为同类方法施工提供参考。

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