秘鲁大跨度下承式钢箱系杆拱桥钢系杆安装工艺及稳定性分析

秘鲁大跨度下承式钢箱系杆拱桥钢系杆安装工艺及稳定性分析

吴劲松

中铁十局集团第三建设有限公司 合肥 230000

[摘 要]秘鲁区域对大跨度下承式钢箱系杆拱桥钢系杆安装领域的专业性研究较少，秘鲁建筑行业也未出台指导性的施工规范。本文对于大跨度钢箱系杆拱桥钢系杆安装工艺进行了研究，并使用南美地区建筑行业普遍使用的Bentley RM Bridge桥梁设计分析和施工软件建立有限元模型进行钢系杆安装施工过程中桥梁受力模拟分析，最终得到钢系杆安装、张拉及临时支架拆除顺序，既保证了施工过程中桥梁整体稳定性，又缩短了工期、节约了成本，可供南美区域类似工程借鉴。

[关键词] 秘鲁 大跨度系杆拱桥 钢系杆安装 稳定性分析

1 引言

安

图1 下承式钢箱系杆拱桥钢系杆体系示意图

第斯山脉贯穿整个南美洲，因此南美地区包括秘鲁的高山深谷很多，村庄聚集点多数分布在山区，需要修建大量跨径较大的桥梁。受材料、运输以及施工场地限制，该地区大跨度钢结构桥梁分布广泛。随着秘鲁国家基建深入山区，最近几年新建桥梁多数都是钢结构拱桥，其中钢箱系杆拱桥是其中的代表桥型。钢箱系杆拱桥的钢系杆安装、张拉工艺在南美处于起步阶段，秘鲁各桥梁项目的结构工程师学习外来的钢系杆安装工艺，尚未有较为系统、具有针对性的大跨度下承式钢箱系杆拱桥安装技术的研究成果，秘鲁桥梁建筑行业相关部门也未出台指导性的施工规范。本文通过使用南美地区建筑行业普遍使用的Bentley RM Bridge桥梁设计分析和施工软件建立有限元模型进行钢系杆安装施工过程中桥梁受力模拟分析，最终得到钢系杆安装、张拉及临时支架拆除顺序，既保证了施工过程中桥梁整体稳定性，又缩短了工期、节约了成本，该方法普遍适用于南美地区刚系杆拱桥施工。

2 工程简述

查莫罗大桥位于伊卡大区钦查省埃尔卡尔门区（El Carmen），跨越马查多特河，主桥为160m下承式钢箱系杆拱桥，拱圈及主梁均采用钢箱结构，拱肋系统由中拱肋、边拱肋及拱顶风撑等构件组成，主体结构采用原位拼装施工方法。桥梁净跨径158m，矢高25.5m，矢跨比1/5.78。桥面总宽14.05m，其中行车道宽3.6m*2，路肩宽0.5m*2，防撞墩0.4m*2，人行道宽1.0m*2。

全

图2 钢系杆细节图

桥系杆共72 根， 吊杆沿桥轴水平方向吊点标准中心距8 ｍ， 吊杆采用碳和不锈钢拉杆，其规格为M64, M60,M56，最小屈服强度为Fy=540Mpa。钢拱的两面各有18根钢系杆，上、 下锚点均为穿销点，自0#~1#桥台编为36 组， 桥梁上下游２ 根吊杆为１ 组，编为36组，拉杆向右侧倾斜编号为 A1-A18,拉杆向左侧倾斜编号为B1-B18。拱桥钢系杆细节见右图所示。

拱 桥钢系杆编号见下图所示。

图3 钢系杆编号图

3 钢系杆安装及张拉方案确定

3.1 方案比选

为明确钢系杆安装及张拉顺序，确定与该张拉顺序对应的吊杆张拉控制力，提出以下2种吊杆张拉方案：⑴先安装所有钢系杆并撤走临时支架，然后两边拱同时从拱脚两侧对称依次向跨中张拉；⑵在安装拉杆的同时，由两边拱同时向跨中边安装钢系杆边拆除临时支架并对称张拉。

3. 2建模计算

利用Bentley RM Bridge桥梁设计分析和施工软件建立有限元模型，模拟该桥钢系杆施工阶段张拉施工过程。将施工阶段桥梁受到的静荷载和动荷载输入软件系统建立整体模型，模型共划分为3752 个节点、2869 个单元，见下图。

图4 桥梁有限元模型图

按照钢系杆受力情况和安装各个工况下钢结构整体变形分析，得出由两边拱同时向跨中边安装钢系杆边拆除临时支架并对称张拉张拉过程中拱肋的应力分布更加合理，对桥梁整体稳定性最优。

图5不同载荷工况下的系杆拉力（KN）图

图6结构自重导致的变形图

3. 3施工工艺

3.3.1安装前的准备工作。

⑴钢系杆安装前应检查系杆是否完好无损，同时终拧所有高强螺栓，并使用全站仪复测结构整体尺寸；

⑵安装施工人员正式上岗前进行技术培训与交底。

⑶钢系杆张拉前将阻碍结构张拉变形的非结构构件与结构脱离。

⑷张拉前钢拉杆需目测为直线，不能出现下挠等变形。如出现下沉需调整调节套筒至钢拉杆平直。

3.3.2张拉设备的选用

拉杆张拉力最大为17.5吨，采用单动式空心柱塞手动液压千斤顶张拉。千斤顶需进行标定并配备精密压力表。

张拉工装示意图

图7 张拉工装示意图

在系梁及拱肋施工时注意预埋吊杆预留孔、锚头钢筋及螺旋钢筋预埋件等。吊杆实际下料时，应在拱肋混凝土灌注完成后，精确测量上锚垫板顶面标高，根据施工过程中实测拱助变位情况，修正有关计算参数，计入拱肋在桥面系恒载作用下竖向变位推算值影响后，确定实际下料长度。交由专业厂家下料并及时安装吊杆与锚具。

3.3.3钢系杆安装

钢系杆安装采用人工配合汽车吊进行安装作业。吊杆的安装次序应从两端拱脚开始对称依次安装至拱顶。在拱肋混凝土强度达到设计要求后，采用千斤顶在拱助顶单张拉，按设计图纸顺序张拉至初始应力后锚固。两拱肋同一位置的四根吊杆张拉要同步、对称进行，张拉数据应详细记录。

3.3.4、张拉

（1）钢系杆编号及分类

钢系杆参数如下表所示。

钢系杆参数一览表

序号	编号	型号	栏杆起拱前长度（mm）	栏杆起拱后长度（mm）	数量（根）	直径（mm）	备注
1	A1	M64	7716.27	7714.12	2	60
2	A2	M64	11775.05	11763.1	2	60
3	A3	M64	15307.03	15309.4	2	60
4	A4	M64	18258.87	18262	2	60
5	A5	M64	20934.18	20936.5	2	60
6	A6	M56	23239.32	23237.7	2	52
7	A7	M56	25120.07	25108.64	2	52
8	A8	M56	26544.79	26520.66	2	52
9	A9	M56	27494.23	27453.73	2	52
10	A10	M56	27958.05	27936.64	2	52
11	A11	M56	27930.56	27916.44	2	52
12	A12	M56	27409.03	27405.98	2	52
13	A13	M56	26394.54	26399.72	2	52
14	A14	M64	24888.82	24898.61	2	60
15	A15	M64	22897.35	22909.07	2	60
16	A16	M64	20421.92	20431.34	2	60
17	A17	M64	17430.14	17434.74	2	60
18	A18	M64	13646.14	13645.6	2	60
19	B1	M56	13646.12	13645.6	2	52
20	B2	M64	17430.14	17434.75	2	60
21	B3	M64	20421.92	20431.35	2	60
22	B4	M64	22897.5	22909.08	2	60
23	B5	M56	24888.82	24898.61	2	52
24	B6	M56	26394.54	26399.73	2	52
25	B7	M56	27409.03	27405.85	2	52
26	B8	M56	27930.29	27916.42	2	52
27	B9	M56	27958.05	27937.19	2	52
28	B10	M56	27494.23	27453.96	2	52
29	B11	M56	26544.79	26520.29	2	52
30	B12	M56	25120.07	25108.63	2	52
31	B13	M56	23239.32	23237.74	2	52
32	B14	M56	20934.18	20936.52	2	52
33	B15	M64	18258.87	18261.95	2	60
34	B16	M64	15307.03	15309.45	2	60
35	B17	M64	11775.05	11763.06	2	60
36	B18	M56	7716.27	7714.12	2	52

(2)张拉及支架拆除顺序

总体施工顺序是由两边拱同时向跨中边安装钢系杆边拆除临时支架并对称张拉。

步骤1：桥拱安装完成后，安装A1,A2,A17,A18拉杆，同时拆除1#，6#拱肋支架，然后张拉钢系杆A1、A2、B1、B2。

图8 步骤1钢系杆安装示意图

步骤2：安装A3,A4,A5, B3、B4、B5拉杆，同时拆除2#，5#拱肋支架，再张拉钢系杆A3、A4、A5、B3、B4、B5。

图9 步骤2钢系杆安装示意图

步骤3：安装A6-A17、B6-17，同时拆除3#，4#拱肋支架，再张拉钢系杆A6-A17、B6-17。

图10 步骤3钢系杆安装示意图

步骤4：安装剩余桥面拉杆A18 B18并进行张拉。

图11 步骤4钢系杆安装示意图

步骤5：采用100t吊车将剩余未施工的桥面梁安装结束，使用吊车拆除桥面梁1#，2#，4#，5#支架。

图12 步骤5钢系杆安装示意图

步骤6：使用吊车拆除剩余支架并进行张拉杆调节，拆除完成后进行桥面施工。

图13 步骤6钢系杆安装示意图

⑶张拉施工

正式张拉前 ,张拉设备等辅助设备全部准备及加工到位运至现场。张拉时，服从统一指挥，按张拉给定的控制技术参数进行精确控制张拉。注意千斤顶使用前需先进行调试，使其达到最佳。

张拉过程时需注意事项：

⑴张拉前需将护套向后旋退（如下图示）。

图14 钢系杆护套旋退示意图

⑵按照张拉工装示意图依次安装各张拉配件，安装时要求各工件安装牢固。

⑶该钢拉杆张拉采用分级张拉： 0-30％-65％-100％。每到达一级别后需暂停张拉，观测钢拉杆及钢结构的状态，如发现问题应立即停止张拉，直到解决问题后才可继续张拉。

⑷张拉过程中，最少需配备2名工人，1名工人控制手压式液压泵并同时观测压力表，另1名工人负责旋紧螺母，同时现场需由1名技术人员统一指挥、协调管理。

⑸张拉过程中油压应缓慢、平稳，并且边观察液压表数值边拧紧螺母。

⑹拉杆张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工。

⑺拉杆张拉过程中若发现异常，应立即暂停，查明原因，进行适时调整。

⑻张拉到指定数值后，将护套旋紧，拆除张拉工装。

⑼考虑到螺纹间隙导致的卸载问题呢，张拉吨位提升10%。

3.3.5钢系杆调整

钢系杆安装张拉完成后，根据设计要求对吊杆应力进行调整，调整时必须按设计顺序对称进行，保证梁拱体系在施工过程中的受力平衡及成桥时吊杆应力符合设计要求，张拉完毕及时做好保护罩。

4 施工监控测量

系杆拱桥结构构造较为复杂，施工步骤繁多，且各施工阶段的结构内力和变形，将直接影响到成桥线形及受力状态。实际施工过程中，受到包括天气条件、施工质量等许许多多确定和不确定因素的影响，要保证桥梁的施工和使用安全，要对施工状态进行实时识别(监测)、调整(纠偏)、预测，使施工处于有效的控制之中。这对设计目标安全，顺利实现是至关重要。对桥梁施工过程中的结构受力及变形进行监控，使之在各关键施工阶段直至成桥，与设计预定状态尽可能吻合，施工监控是施工质量控制体系的重要组成部分，是保证桥梁建设质量的重要手施工监控是针对主桥上部结构工过程中的关键环节，特别是结构体系转换前后，桥梁各部位的应力、位移情况，建立计算模型，进行全桥，全过程的结构计算分析，给出施工过程中关键工况，工序的计算结果，将结构计算分析结果与实测数据对比印证，用以指导施工，并于设计印证，及时发现问题确保桥梁施工安全。

根据施工过程的计算与分析，对结构的内力与位移提出误差与精度要求，依据起始监控监测数据，预测结构变形和应力状态，确定施工工序，对施工过程中结构状态的变化提出预警值的要求，真正贯穿到设计、施工全过程之中，结合监测提供的数据经监控计算、分析，指导调整施工组织，确保施工在受控状态下行，保降桥梁安全可靠进行施工。

5 结论

通过采用Bentley RM Bridge桥梁设计分析和施工软件对钢箱梁系杆拱桥施工工况模拟的方法，解决了该类型桥梁原位吊装施工拱肋合拢后钢系杆安装、张拉和临时支撑拆除的施工工艺确定难题，避免了桥梁体系转换时桥梁整体受力失稳，缩短了工期并降低了成本，经济和社会效益显著，该方法在秘鲁区域同类型施工中值得推广。

参 考 文 献

[1] 赵君委.钢箱系杆拱桥吊杆张拉顺序方案研究［J］.公路与汽运,2018

[2] 韦伟，张俊平．吊杆张拉程序对拱梁组合体系内力影响的分析［J］.广州大学学报：自然科学版，2012

[3] 陈强，黎曙文，瞿国召．滁河特大桥吊杆张拉控制力计算［J］．桥梁建设，2011

作者简介：吴劲松（1986—） 性别男，文化程度本科，籍贯安徽六安，职称高工，从事海外工程项目技术管理工作。

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