大跨度全焊非對稱斷面鋼桁梁橋整體吊裝方案

楊艷靜，韓廣興,，趙 娟

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,，天津 300222）

摘要：隨著鋼引橋跨度的不斷增大，為了減小鋼橋自重,、節(jié)省投資,，采用非對稱斷面鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)型式。非對稱斷面鋼桁梁橋由于設(shè)置懸臂側(cè)而成為偏心結(jié)構(gòu),，吊裝時需合理設(shè)置吊點(diǎn)位置,。本文從設(shè)計角度提出了一種新的吊點(diǎn)布置方法——將吊點(diǎn)布置于橫梁處，并針對新方案進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)計算,，在保證鋼橋結(jié)構(gòu)安全的前提下,，為施工提供不同的吊裝選擇,。

關(guān)鍵詞：大跨度全焊鋼桁梁橋；非對稱斷面,；整體吊裝,；吊點(diǎn)布置

引 言

海港工程不同于公路和鐵路工程，鋼引橋多為了配合碼頭的正常運(yùn)行而建,，隨著工程技術(shù)和施工工藝的不斷進(jìn)步,，引橋的跨度不斷加大。簡支鋼桁梁橋以其跨越能力強(qiáng),、受力明確合理,、施工經(jīng)驗(yàn)相對豐富等優(yōu)點(diǎn)成為海港工程設(shè)計中常用的結(jié)構(gòu)型式之一。鋼桁梁橋是由主桁架,、平縱聯(lián),、橫聯(lián)和橋面系組成的空間結(jié)構(gòu)，由于海港工程環(huán)境相對復(fù)雜,，大跨度鋼桁梁橋現(xiàn)場拼接,、安裝、焊接及防腐難度大,，同時也為了不對現(xiàn)場其他結(jié)構(gòu)的施工造成交叉影響,，故多將鋼橋在預(yù)制場整體焊接制作完畢后浮運(yùn)到施工現(xiàn)場，采用水上整體吊裝,。

隨著鋼引橋跨度的不斷增大,，工程上為了減小鋼橋自重、節(jié)省投資,，有時會采用非對稱斷面鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)型式,。但非對稱斷面結(jié)構(gòu)存在偏心，勢必會給吊裝施工帶來更大的難度,。故探討非對稱斷面大跨度鋼引橋的水上整體吊裝方案很有必要,。橋梁的吊裝施工以設(shè)計方給出的吊點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行方案設(shè)計，但是設(shè)計圖紙中給出的吊點(diǎn)位置往往是基于結(jié)構(gòu)安全計算和假定的施工方法給出,，圖紙先行,、施工在后，導(dǎo)致現(xiàn)場施工狀況通常會與設(shè)計預(yù)期存在偏差,。尤其是大跨度鋼桁梁橋的跨度和自重均較大,，施工方礙于現(xiàn)場環(huán)境及吊裝機(jī)械等有時難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)。

基于此,，本文從設(shè)計角度提出了一種新的吊點(diǎn)布置方法,，并進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)計算，在保證鋼橋結(jié)構(gòu)安全的前提下，提供不同的吊裝選擇,。

1 海港工程鋼引橋吊點(diǎn)布置

吊裝方案設(shè)計的重中之重為吊點(diǎn)位置的合理選擇。但在實(shí)際工程中,，設(shè)計吊點(diǎn)位置一般都是在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下參照以往工程經(jīng)驗(yàn)給出的,，并不能很好地結(jié)合施工單位的施工能力和復(fù)雜多變的現(xiàn)場環(huán)境綜合確定。

非對稱斷面大跨度鋼桁梁橋由于設(shè)置懸臂側(cè)而成為偏心結(jié)構(gòu),，吊裝時需合理設(shè)置吊點(diǎn)位置,，吊點(diǎn)位置的設(shè)置通常有兩種選擇，布置在上弦桿和或下弦桿,。

1.1 下弦桿

優(yōu)點(diǎn)：局部設(shè)置扁擔(dān),，不影響整體美觀。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)存在偏心,，為保持水平吊裝,，吊索長短不一，受力存在不均勻現(xiàn)象,，且吊索需從鋼橋內(nèi)部穿過,，較易與桿件相碰。

1.2 上弦桿

優(yōu)點(diǎn)：避免吊索與桿件相碰,。

缺點(diǎn)：吊裝需要更高的起吊高度,，對船舶起吊能力及周圍環(huán)境要求也更高；尤其是對非平行弦鋼引橋而言,，吊耳的設(shè)置較為麻煩,，且吊點(diǎn)位置需進(jìn)行局部加強(qiáng)，加強(qiáng)的部位暴露在外,。吊點(diǎn)位置較高,，吊耳不易拆除，影響美觀的同時給防腐工作也會帶來麻煩,。在海港工程中,，此吊點(diǎn)布置型式多用于重量及跨度較小的平行弦人行鋼引橋。

2 依托工程鋼引橋簡介

本文的依托工程為天津浮式液化天然氣（LNG）接收終端項(xiàng)目配套碼頭工程,。依托工程共設(shè)計72.8 m管線鋼引橋3榀,，均為下承式大跨度全焊非對稱鋼桁梁橋，除主桁寬度不同外,，橋跨和節(jié)間長度,、懸臂側(cè)寬度及桁高等設(shè)計參數(shù)均相同。由于火炬平臺鋼引橋的主桁寬度最小,，在3榀橋懸臂側(cè)寬度一樣的情況下結(jié)構(gòu)偏心更大,，故本文選取火炬平臺鋼引橋作為研究對象，主要設(shè)計參數(shù)如下：

火炬平臺鋼引橋?yàn)閽佄锞€型全焊接桁梁橋，橋長72.8 m,，計算跨度為72 m,，主桁中心距4.8 m（管線通道），最高桁高9 m,，共12個節(jié)間,，節(jié)間長度6 m，主桁外設(shè)懸臂車輛通道,，寬度為4.8 m,，鋼引橋設(shè)計重量約312 t。

圖1 依托工程鋼引橋示意

3 吊裝方案分析及模型驗(yàn)算

3.1 吊裝方案分析

天津浮式LNG接收終端項(xiàng)目碼頭工程中的火炬平臺鋼引橋整體吊裝采用四點(diǎn)吊,，吊裝角度采用60°,，設(shè)計三種不同吊點(diǎn)位置的吊裝方案進(jìn)行分析比選。

1）方案一：下弦桿吊點(diǎn)

圖2 下弦桿吊點(diǎn)平面位置示意

此方案將吊點(diǎn)位置設(shè)置于下弦桿（圖2）,，通過圖3可以看出,，火炬平臺鋼引橋的重心位置偏心較大。根據(jù)設(shè)計給出的吊點(diǎn)位置和角度,，施工單位結(jié)合現(xiàn)場吊裝機(jī)械及吊索長度進(jìn)行放樣,，放樣時需要考慮吊索與引橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的安全距離，避免桿件與吊索相碰,。

經(jīng)放樣由于火炬平臺鋼引橋偏心相對嚴(yán)重,，懸臂側(cè)主桁與鋼引橋?qū)嶋H重心的距離僅為1 156 mm，鋼引橋在起吊時靠近懸臂側(cè)主桁的吊索與主桁結(jié)構(gòu)本身的夾角非常小,，很難保證吊索與各桿件不相碰的同時兼顧吊裝的平穩(wěn)性（圖3）,；且吊索在斷面方向看長短不一，受力的均勻性亦難以保證,。

圖3 鋼引橋重心位置示意

還有一種方法即在四點(diǎn)吊的基礎(chǔ)上加兩個輔鉤吊住懸臂側(cè),，使主鉤四根吊索相匯于主桁中心，從而保證鋼引橋在整個吊裝過程中始終處于水平位置,。此種方法之前也有應(yīng)用實(shí)例,，但由于火炬平臺鋼引橋偏心相對嚴(yán)重，吊索雖然長短一致,，但靠近懸臂側(cè)處主桁受力明顯大于遠(yuǎn)離懸臂側(cè)處的主桁,，結(jié)構(gòu)受力嚴(yán)重失衡，故此法適用于重心靠近主桁中心的結(jié)構(gòu),，并不適用于此案例,。

2）方案二：上弦桿吊點(diǎn)

此方案將吊點(diǎn)位置設(shè)置于上弦桿（圖4），首先采用四點(diǎn)吊,，仍然存在吊索與桿件相碰的問題,，且吊索長短不一,，很難保證其均勻受力；圖5中的加設(shè)輔鉤的措施則很好地解決了繩桿相碰問題,，但同時又存在另外兩個不利因素：①在保證吊裝角度的前提下,，輔鉤吊索長度過長；輔鉤的作用為保證結(jié)構(gòu)平衡,，并不能承受過大的重量,；一旦輔鉤失去作用，鋼橋結(jié)構(gòu)本身受力會嚴(yán)重失衡,，很有可能造成結(jié)構(gòu)的破壞，非常危險,。②上弦桿吊點(diǎn)局部需要加強(qiáng),，需要破壞已經(jīng)安裝成功的欄桿，且吊點(diǎn)局部加強(qiáng)處在吊裝完畢后恢復(fù)原狀較為困難,，并涉及防腐修復(fù)工作,，給施工帶來很多麻煩。

圖4 上弦桿吊點(diǎn)平面位置示意

圖5 上弦桿吊點(diǎn)斷面示意

3）新方案：橫梁吊點(diǎn)

將吊點(diǎn)分別設(shè)置在管線通道和車輛通道的橫梁處,，可以有效解決之前遇到的各種問題,，但由于施工圖設(shè)計時并未考慮橫梁設(shè)吊點(diǎn)這一方案，需要對橫梁做結(jié)構(gòu)加強(qiáng),，最終使結(jié)構(gòu)的受力位于重心處,，且四根吊索長度保持一致，既能保證結(jié)構(gòu)受力的均勻性,，又能保證結(jié)構(gòu)吊裝的平穩(wěn)性,。

圖6 橫梁吊點(diǎn)布置示意

3.2 新吊裝方案的空間模型驗(yàn)算

為了驗(yàn)證鋼桁梁橋吊裝方案的理論可行性，針對吊裝新方案對鋼引橋建立空間模型進(jìn)行驗(yàn)算,。結(jié)構(gòu)劃分成799個節(jié)點(diǎn)和828個單元,，考慮到各節(jié)點(diǎn)為焊接連接，桁架桿件,、縱橫梁均采用梁單元,；橋面板荷載折合線荷載加載到橋面系縱梁之上；結(jié)構(gòu)在吊點(diǎn)處受力簡化成豎直向上的力,，加載到吊點(diǎn)對應(yīng)的橫梁位置,，同時考慮結(jié)構(gòu)受力的不均勻系數(shù)和動力系數(shù)，最終得到靜力模型如圖7所示,。由于模型已經(jīng)在吊裝處按照實(shí)際情況進(jìn)行加強(qiáng),，經(jīng)計算，結(jié)構(gòu)在吊裝期間的受力滿足要求,。

圖7 靜力模型計算

4 新方案可行性驗(yàn)證

一航局一公司根據(jù)我公司提出的吊裝新方案設(shè)計了吊裝工藝,。具體做法為將吊點(diǎn)設(shè)置在大跨度鋼橋主橫梁上，每個吊點(diǎn)均采取雙吊耳穿設(shè)吊索及鋼銷軸。在吊點(diǎn)所在主梁下增加一道加強(qiáng)倒T型梁,。由于鋼引橋行車通道處為懸臂橫縱梁交叉焊接形式,，為保證吊點(diǎn)不影響懸臂側(cè)鋼結(jié)構(gòu)整體受力，在滿足吊點(diǎn)同鋼引橋重心對稱的前提下,，將懸臂側(cè)吊點(diǎn)設(shè)置于橫縱梁交叉節(jié)點(diǎn)處,。同時，由于懸臂側(cè)行車通道處橫梁吊點(diǎn)位置選擇性較大,，為避免吊索吊裝過程中磕碰桿件,，且為了節(jié)省投資及加快工期，結(jié)合以往工程采購的吊索直徑及長度,，經(jīng)空間模擬放樣,，最終吊點(diǎn)位置如圖8所示。

圖8 橫梁吊點(diǎn)布置示意

根據(jù)新的吊裝方案,，一航局一公司成功吊裝并安裝了火炬平臺鋼引橋（見圖9,、圖10），并對傳統(tǒng)工藝吊裝和新方案工藝吊裝的投入主材情況進(jìn)行對比,。需要說明的是,，此處并未考慮船舶及人員費(fèi)用，因?yàn)槿绻捎闷渌桨笇?dǎo)致吊索長度發(fā)生變化,，現(xiàn)有船舶起吊能力很有可能滿足不了工程需求,，這就要求施工單位必須尋覓新的起吊船舶，這勢必對造價和工期都會帶來很大影響,。

圖9 火炬平臺鋼引橋現(xiàn)場吊裝

圖10 現(xiàn)場吊裝管線通道處吊點(diǎn)

表1 傳統(tǒng)工藝吊裝投入主材數(shù)量

材料規(guī)格數(shù)量 費(fèi)用/萬元 備注吊索φ80 2×約60 m約4.9吊索φ1042×約60 m約8.2 公稱1 570,、纖維芯吊座個 4 以往工程采購槽鋼槽22約7 t 約3.5 輔助吊索吊架

表2 新方案工藝吊裝需投入主材數(shù)量

材料 規(guī)格數(shù)量 費(fèi)用/萬元 備注鋼銷軸φ1854個 0 以往工程采購吊索φ1102×約63.88 9 m 0

5 結(jié) 語

大跨度全焊非對稱斷面鋼桁梁橋由于設(shè)置懸臂側(cè)而成為偏心結(jié)構(gòu)，吊裝時需結(jié)合施工單位船舶的起吊能力合理設(shè)置吊點(diǎn)位置并計算出相應(yīng)的吊索長度,。盡管以往的吊點(diǎn)設(shè)置方案較為成熟,，但也存在著一些缺陷，并不適用于所有的工程項(xiàng)目,。如果沒有結(jié)合好工程實(shí)際,，會給鋼橋的吊裝施工帶來很大麻煩，甚至?xí)绊懲顿Y,。

綜上所述,，按照新方案吊裝鋼引橋——將吊點(diǎn)設(shè)置于非對稱鋼引橋的橫梁處，既經(jīng)濟(jì)又安全,，給施工帶來更多的選擇,，可以在以后的工程中加以推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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Integral Lift and Assembly Strategy of Fully Welded Steel Truss Bridge with Asymmetric Section and Long-span

Yang Yanjing, Han Guangxing, Zhao Juan
(CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Abstract：With the increment of span of steel bridge approach, steel truss bridge with asymmetric section is adopted to reduce the dead weight and cost of steel bridge. The steel truss bridge with asymmetric section becomes eccentric structure because it is set at the side of cantilever. The suspending points need to be set appropriately. A new layout of suspending points is proposed from the design aspect, i.e. the arrangement of suspending points on cross beam. The new plan is checked by calculating space structure. Different options may be applied in the lift and assembly operation subject to the structural safety of steel bridge.

Key words：fully welded steel truss bridge with long-span; asymmetric section; integral lift and assembly; layout of suspending points

中圖分類號：U448.36

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-9592（2017）02-0079-04

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170220

收稿日期：2016-10-23

作者簡介：楊艷靜（1986-）,，女,，工程師,，主要從事港口結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。