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3×96m下承式简支钢桁梁架设方案分析
作者：丁雁飞
来源：《价值工程》2016年第06期
摘要：曲江大桥墩高，桥址沟窄谷深，施工场地狭小。针对该桥的特点和实际情况，介绍几种主要的钢桁梁架设方案，结合经济性、安全性、优缺点等多方面的要求，通过对不同方案的比选和对选定方案施工过程及采用的辅助设施受力计算，介绍了多跨简支钢桁粱在高墩情况下的不同施工方法及特点，综合分析了曲江大桥的架设方案。
Abstract： The piers of Qujiang Bridge are high and there are narrow and deep cleughs on the bridge site. The construction site is narrow. According to the characteristics of the bridge and the actual situation， several main methods of steel truss beam erection are introduced. Combined with the requirements in economy， safety， advantages and disadvantages， through comparison of different methods and stress calculation of the construction process and auxiliary facilities of the selected method， different construction methods of multi-span simply supported steel truss beam in condition of high pier are introduced and the erection methods of Qujiang Bridge are analyzed comprehensively.
关键词： 铁路桥梁；高墩；大跨度下承式简支钢桁梁；架设方案
Key words： railway bridges；high pier；long-span through type simply supported steel truss beam；erection method
中图分类号：U441+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）06-0235-04 0 引言
近年来，随着我国经济的迅猛发展，用钢材建造的桥梁越来越多，钢桁梁又是铁路钢桥中使用最多的一种形式。钢桁梁的架设方法种类较多，如浮运安装法、拖拉法和悬臂拼装法等。根据不同的桥梁特点适合采用的架设方法将会有所不同，本文将针对曲江大桥的特点，对本桥钢桁梁的架设方案比选分析，为今后类似工程施工提供参考。 1 工程概况
曲江大桥是新建玉溪至蒙自铁路的一座重点桥梁（图1），桥址位于红河哈尼族、彝族自治州建水县曲江镇北东部曲江峡谷区，桥位处地质条件复杂，属低中山剥蚀、溶蚀地貌，地面高程为1308～1480m，相对高差约180m，自然横坡变化大。全桥孔跨布置采用3×32m简支T梁+3×96m下承式简支钢桁梁+（1×32+2×24）m简支T梁。3×96m下承式简支钢桁梁采用无竖杆平行弦三角形桁架，主体结构钢材材质采用Q345qD，桁高12.8m，节间长12m，主桁中心
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距为7.5m，预拼后最重杆件93kN，主桁杆件截面除端斜杆采用矩形截面外，其余均采用H形截面，钢梁总重20310kN。该桥钢桁梁架设由于墩高、跨度大，施工难度较大及风险性较高。 2 钢桁梁架设方案初选
根据以往的钢桁梁架设经验大致可分为浮运安装法、拖拉法和悬臂拼装法。本桥虽然跨越曲江，但桥址处水位低，不具备浮运条件，故不考虑浮运安装法；而拖拉法也常用于中小跨度及自重较小的钢桁梁，且在施工过程中需设置滑道和临时墩，因受到地形限制，不具备设置临时墩的条件；若采用加长、加大导梁的设置，则滑道只能布置在主墩上，对主桥受力不利，长导梁不但会使钢桁梁桥面系超荷过多，也会加大钢桁梁端部荷载，通过仿真模型验算后，发现主桥杆件也难以承受施工中的荷载。根据以上初步比选结果，应重点分析悬臂拼装法。 3 悬臂拼装方案
由于悬臂拼装法不采用临时支架，而是将钢梁杆件逐根依次拼装在一起，施工操作受地形影响较小，因此在钢桁梁架设中应用广泛，尤其是对桥墩高、跨度和自重大、跨越河流且不能浮运、不能采用满堂支架、主桥结构为连续钢桁梁或多孔简支钢桁梁时，悬臂拼装法有着不可替代的优势。
而曲江大桥所处的地形、跨度及多孔布置正适合采用悬臂拼装法施工。根据本桥投资及工期的要求，综合考虑施工方案的经济性、安全性、结构设计等因素，对本桥进行了两种悬臂拼装方案研究：
①对称悬臂拼装方案； ②单端悬臂拼装方案。 3.1 对称悬臂拼装方案
对称悬臂拼装方案是在4#、5#主墩上搭设临时支架形成工作平台，然后通过空中缆索吊分别在两主墩上对称安装钢桁杆件，由于受力要求，在5#墩钢桁梁对称悬臂安装5个节间时，需通过吊索塔架调整杆件内力及位移，此时4#墩在墩顶工作平台上对称悬臂3个节间与5#墩的钢桁梁进行中间合龙。
4#～5#墩间的钢桁梁合龙后，利用5#墩的吊索塔架不断调整索力，继续安装5#～6#墩剩余杆件，直至到达6#墩顶。此后，在4#墩搭设吊索塔架，并在相应位置挂索，借助索力调整安装3#～4#墩钢梁杆件。杆件安装完毕后，拆除吊索塔架，此时形成了3×96m下承式连续钢桁梁结构，将临时杆件和4#、5#墩的临时支架拆除即形成简支结构，钢梁安装完成（图2）。 3.2 单端悬臂拼装方案
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单端悬臂拼装方案由玉溪端开始，首先在1#～3#墩之间搭设2×32m六四式铁路军用梁作为拼梁膺架，利用缆索吊机在军用梁膺架上拼装钢桁梁约60m，再分别沿0#台和4#墩方向继续悬拼，最后将已经拼装完毕的0#台～3#墩间96m钢桁梁作为锚梁，在0#台顶处压重或锚定，在3#墩顶处安装两孔钢桁梁间的临时联结杆件。
然后在钢桁梁顶部蒙自端安装起吊能力为15t的拼梁桅杆吊机，由缆索吊机吊装移位（因受钢桁梁杆件存放场地限制），桅杆吊机悬拼，利用第一孔梁继续向4#墩方向悬臂拼装，一直悬拼至第6个节间，同时在4#墩搭设临时托架，在托架上对称悬拼四个节间，通过千斤顶调整相对位置后合龙第二孔梁，这样就形成了2×96m的连续梁。按照此方法继续架设完成4#～5#墩的96m钢桁梁。
在拼装第三孔钢桁梁的同时，将0#台的锚梁和0#台～3#墩间的钢桁梁拆除，拆除的钢桁梁将在5#～6#墩之间拼装，拼装前需在6#墩旁搭设临时支墩并在上面安装钢桁梁的两个节间，待5#～6#墩间拼装6个节间后再将这两个节间与之合龙，这样就形成了3×96m连续钢桁梁，待将钢桁梁拼装的安装设备和连接3×96m钢桁梁的临时杆件拆除后，就完成了曲江大桥3×96m下承式简支钢桁梁的安装（图3）。 3.3 对称悬拼和单端悬拼方案对比
对称悬拼方案可以在4#、5#主墩同时进行施工，架设工期短。在经济方面，由于需要在4#、5#墩顶搭设临时施工平台，平台在施工中要提供对称悬臂支反力，结构需要加强，临时结构用量较大，又加上需要2台吊索塔架和4台拼架吊机；在施工安全上，4#、5#施工平台是施工设计的重点，钢梁安装过程中，施工平台要提供5个对称节间的支反力，此反力通过平台的临时杆件传至墩身，这对墩身设计及平台设计都提出较高要求；另外，在施工难度上，钢桁梁在跨中合拢，精度要求较高，施工难度大。
单端悬臂拼装时钢桁梁端部承受由大悬臂引起的巨大内力，因不使用吊索塔架，又要满足施工要求，需加强悬臂端钢桁梁下弦杆件，保证杆件受压时不失稳，同时减小下弦杆件的计算长度，但增加了临时杆件的用量；从设备投入上来看，由于单向施工，仅需投入1台拼架吊机，大大减少了施工设备的用量；从工期考虑，此方案将带来多安装和拆卸一孔96m锚梁，工期较长。另外，此方案需要进行临时联结杆件的和最大悬臂施工状态下杆件受力的分析，以及钢桁梁的位移计算。
经综合对比，单端悬臂拼装方案设备投入较少，施工难度较小，施工工期较长，因该桥不是控制性工程，故最终采用了该方案。下文将进行单端悬拼方案施工状态下的受力分析和计算。
3.4 单端悬臂拼装方案施工计算模型的建立和计算 3.4.1 一孔96m简支钢桁梁的建立