桥面吊车对特大桥结构受力计算影响分析

桥面吊车对特大桥结构受力计算影响分析

曹新垒

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

摘要：本文以广西钦州北绕城高速钦江特大桥为工程背景，结合桥梁的建设施工方案，对桥面吊车作业进行全桥的静力计算﹐得出主要的计算结果和施工建议，为同类桥梁的施工提供参考依据。

关键词：矮塔斜拉桥；桥面吊车；静力计算；

1、工程概况

钦江特大桥位于广西钦州北绕城高速，道路等级为双向四车道高速公路，设计速度120千米每小时。钦江特大桥主桥主跨跨越平陆运河，大里程主桥边跨跨越既有钦江河道。平陆运河航道等级为Ⅰ级航道，现有钦江航道规划等级为Ⅶ级。

图1 主桥总体布置图

钦江特大桥主桥采用（135+245+135）m矮塔斜拉桥，主桥上部结构采用（135+245+135）m矮塔斜拉桥，下部采用双肢薄壁墩，塔墩梁固结体系，主桥标准横断面全宽28.5m，桥梁横断面布置为：0.5m（护栏）+11.75m（行车道）+0.5m（护栏）+3.0m（桥塔区）+0.5m（护栏）+11.75m（行车道）+0.5m（护栏）。单箱三室大悬臂展翅宽幅箱梁，主塔采用矩形塔，主墩为双肢薄壁墩结构，过渡墩为矩形柱式墩结构，承台接群桩基础，桩基按摩擦桩设计。

2、桥梁的施工方案

本桥施工共分为16个施工阶段：1）施工机具进场放样，完成施工前期准备工作；2）进行主墩桩基施工，而后进行承台、桥墩施工；3）搭设支架或托架，完成0# -1#梁段现浇施工；4）安装挂篮，完成2#梁段悬臂浇注施工；5）移动挂篮，依次由墩顶至跨中对称、平衡悬臂浇筑箱梁，完成 3#~ 30#梁段施工，张拉相应斜拉索，纵、横、竖向预应力筋，要求横、竖向预应力筋在滞后主梁分段浇注施工三个块件进行张拉；6）最大悬臂状态下，拆除全部悬臂施工挂篮，挂篮拆除应对称平衡拆除；7）边跨合龙吊架安装(吊架亦可用挂篮改装)， 同步在跨中悬臂端部施加边跨合龙段配重P1，P1按边跨合龙吊架重量的一半考虑；8）悬臂两端施加配重P2，P2为边跨合龙段重量的一半；9）安装跨中水平顶推设备，对最大悬臂状态逐级对称施加项推力，项推过程中加强施工监控，密切关注主梁及主墩应力及位移状态；10）安装劲性骨架，浇筑边跨合龙段混凝土，同步卸载平衡重P2为已浇混凝土重量的一半，当浇注完时，P2=P2’；11）边跨合龙段混凝土养生、 张拉边跨顶、底板预应力筋、张拉顺序为先长束后短束。12）拆除边跨现浇段支架，安装中跨合龙吊架、并卸载平衡重P1；13）中跨施加平衡重P3， P3取中跨合龙段混凝土重量的一半，施加顶推力，安装劲性骨架。14）浇注中跨合龙段混凝土，同步卸载平衡重P3”。P3为已经浇筑混凝土重量的一半，当浇筑完毕时，P3=P3”；15）全桥合龙，混凝土养生，张拉中跨底板预应力钢束，张拉中跨合龙段横、竖向预应力筋；16）拆除吊架，桥面系及附属设施工，全桥施工完毕.进行初始标高测量，成桥荷载试验。

3、吊车影响计算分析

3.1、计算模型

主桥静力计算模型采用MIDAS Civil软件计算，计算模型桥共划分为296个单元；主梁、主塔单元208个，梁单元模拟；斜拉索单元88个，只受拉桁架单元模拟。约束条件：索梁、索塔节点刚性连接；主墩承台底固结，过渡墩节点处竖向位移约束。

图2 主桥静力计算模型

3.2吊车影响计算工况

根据现场实际施工布载需求，在悬臂施工过程中，桥面31#、32#墩右侧有一台33吨的吊车在桥面执行作业。需要计算以下两个工况：工况一：吊车作用于19号节段。工况二：吊车作用于30号节段。通过计算两个工况来评价其对桥梁结构安全性以及线形影响。

3.3主要计算结果

图3工况二30#节段吊车作用下结构不平衡变形

由变形计算结果可知，工况一作用下吊车产生的最大变形为-6.0、2.6mm，两边不平衡高差8.6mm；工况二作用下吊车产生的最大变形为-40.8、17.6mm，两边不平衡高差58.4mm。

对应两个工况施工阶段验算主梁应力，由计算结果可知，工况一作用下主梁上下缘应力在0.5~-6.3MPa之间，工况二作用下主梁上下缘应力在0.13~-11.2MPa之间，满足规范要求，结构处于安全状态。

综上述，吊车影响对结构应力影响较小，不影响施工过程中桥梁的结构安全。但对结构线形影响较大，尤其伴随着施工悬臂长度逐渐增大，结构刚度减小，最大悬臂状态吊车影响竖向变形最大-40.8mm，两边不平衡高差58.4mm，因此在施工过程中应加强线形控制。因此建议在施工立模阶段务必保证吊车位于0号块处，减少其对立模高程测量的影响；同时吊车处于非作业阶段，结构进行测量阶段时，建议停靠在0号块位置；拉索及预应力钢绞线等材料的堆放也应注意尽量远离悬臂段。

图5工况二上缘应力验算（0 ~-11.2MPa）

图6工况二下缘最大压应力验算（0.13~-9.3MPa）

4、吊车作业要求

在桥梁吊装作业开始前，必须进行充分的前期准备。

1）首先需要对场地进行评估，确定桥梁吊装的方案，制定详细的工作计划，包括吊装高度、重量、吊装点等信息，确保工作人员对操作流程和安全规定了解清楚。

2）吊装设备的检查吊装设备的结构必须稳固、完整。吊装点是挂接吊车与桥梁的重要部位，必须在吊装前检查。桥梁梁体必须完好，不能出现开裂和磨损等。吊装点必须在桥梁的结构腹板支撑处。

3）滞留的重物应采用远离吊装点的位置，避免因桥梁受力过度而导致结构崩塌、危险发生。吊装作业的控制在吊装过程中，必须对绳索、吊车等设备进行严格控制。

4）如果发现吊装过程中设备出现故障或不安全，应立即采取紧急措施，暂停吊装作业，确保周围人员安全。

5、主要结论

相关计算结果表明特大桥施工期间桥面吊车对结构应力影响较小，不影响施工过程中桥梁的结构安全，但是对结构线形影响较大，因此在施工过程中应加强线形控制。本文特大桥的相关计算结论为此类大跨度矮塔斜拉桥施工提供借鉴。

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