跨娄江136m钢管拱桥拼装方案技术工艺所 康志文摘 要：京沪高铁丹阳至昆山段跨娄江段136m钢管拱桥安装时工期紧张，确定采用非桥位组装焊接，后顶推滑移到桥位的安装方法，此方法是首次用于钢管拱桥，工期紧张、施工难度大。在局领导下桥隧公司和机械厂通过努力成功的将此钢管拱桥采用非常规方法顶推到位。关键词：钢管拱 安装 方案 抱箍 顺利实施1 工程概况京沪高铁丹阳至昆山特大桥(70+136+70)m连续梁拱桥715#718#墩上部结构为（70+136+70）m的预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构。钢管拱计算跨径136m，矢跨比15，矢高27.2m，拱轴线为二次抛物线（设计拱轴线方程Y=-1/170X2+0.8X），拱肋设置最大预拱度为0.15m，施工矢高27.35m（施工拱轴线方程Y=-0.005915X2+0.804412X）。施工时按施工拱轴线制作和拼装，拱肋弦管采用2m长的直管折线对接起拱。拱肋为全焊钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高2.8m，每肋由2根弦管组成，弦管竖向中心距2.0m，弦杆为800钢管，由16mm厚的钢板卷制而成，弦管之间用16mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土。两品拱肋中心距为12.5m，两品拱肋之间共设9道横撑，横撑均采用空间桁架撑，各横撑由4根45012mm主钢管和32根25010mm连接钢管组成，钢管内部不填充混凝土。京沪高铁丹阳至昆山段跨娄江136m钢管拱桥效果图主桥共设14对吊杆，吊杆间距8.0m。吊杆采用PES（FD）型低应力防腐拉索（平行钢丝束）fpk=1670MPa,EP=2.0105MPa，材质符合GB223-95标准。吊杆配套采用OVMLZM（K）7-109L、OVMLZM7-109G型冷铸镦头锚。吊杆上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊杆横梁下缘固定底座。2 问题由于京沪716#墩、717#墩挂篮悬浇浇筑施工工期拖后，如等全桥悬浇节段完成，主桥合拢，再采用传统的桥位安装方法进行136m钢管拱的吊装，钢管拱安装工期将严重滞后，与要求工期完成钢管拱安装的时间相差较大，项目部提出要采取非常规安装的要求，提出怎样在工期要求时间内完成钢管拱安装完成的问题。3 方案在京沪高铁136m娄江桥引桥范围，利用710#715#墩5孔简支梁，搭设拼拱支架，将钢管拱拼装完成，然后在桥面铺设纵移滑道，采用连续顶推法将钢管拱纵移到位。优点：可以利用现有场地和便道拼装钢管拱，施工较方便。难点：纵移距离较远，需纵向移动约206m，且因需避开拱座位置，纵移滑道上托架较高。4 详细方案设计1 方案设计1.1 拱肋分段由于施工方案改变，拱肋的吊装分段需重新分段。时间、周边环境、吊机能力等各方面因素综合考虑，将单根拱肋在地面卧拼为三个大段，长度分别为(54.1m+33.5m+54.1m)，吊装重量分别为（53.5吨+32.7吨+53.5吨）进行吊装。1.2 滑移系统设计抱箍三角支撑架桁架支撑架滑移系统示意图（滑道部分未示出）滑移系统分为抱箍、三角支撑架、桁架支撑及滑道，抱箍与三角支撑架通过焊接连接，三角支撑架与桁架支撑通过螺栓连接。抱箍作为支架与拱肋的连接件，起到固定拱肋、支撑拱肋的重要作用。抱箍分为上抱箍、下抱箍，上抱箍与下抱箍通过螺栓连接，螺栓数量通过计算得出。通过螺栓拧紧力使抱箍抱紧拱肋，达到使用抱箍固定拱肋的目的。拱肋抱箍构造图如下图所示：拱肋下抱箍上抱箍三角支撑架下抱箍上抱箍抱箍构造图1.3抱箍设计要点（1）拱肋截面为哑铃型截面，抱箍的合理设计为类椭圆形截面，即可将拱肋抱紧。（2）由于拱肋是以折代曲，所以抱箍也要设计成与拱肋相吻合的折线形式。（3）上下抱箍连接用法兰的设计，为方便安装与调整，用30m厚钢板做成直条法兰板。螺栓孔的位置需综合考虑螺栓数量，劲板放置，扳手操作范围等。为保证在螺栓拧紧时，连接板不发生弯曲变形，把螺栓孔设置在劲板两侧扳手可操作的范围内。（4）下抱箍与三角支撑架通过焊接连接，将下三角支撑架的连接板直接与法兰板相连接。由于法兰板与抱箍侧面钢板焊接有焊脚，将支撑架连接板与抱箍的侧面间距设计为35mm。法兰板三角支撑架连接板加劲板抱箍侧板法兰板、抱箍、三角支撑架连接板连接示意图（5）此设计是靠螺栓拉紧上下抱箍将拱肋抱紧，法兰板需承受来自螺栓的巨大拉力，为防止法兰板发生扭曲变形，在抱箍与拱肋腹板之间加设加劲板。（6）安装时分段吊装，整拱并未连接，为防止在安装过程中拱肋下滑，需设置挡块，挡块焊接在拱肋钢管上抱箍上边缘处，挡块大小、焊缝长度需要计算得出。（7）抱箍直径适当放大，抱箍的直径需比拱肋直径大3-5mm，保证抱箍可以顺利扣进拱肋且螺栓可以拉紧上下抱箍。（8）保证上下抱箍法兰板的螺栓孔可以准确配对（将上下法兰板点焊配对钻孔）。（9）上下抱箍的连接螺栓经计算得出，由于不确定因素较多螺栓长度需合理增加（此次螺栓加工稍短，已解决，以后注意）2 方案计算1.2.1连接件受力状态分析1）连接状态示意图2）按拆除支架后拱脚对拉状况下的受力(i)拱脚对拉时施加在连接件上的水平力F=115t(ii)连接件上紧固螺栓的拉力Fm(iii)拱肋重量G(iv)支点反力Fz（说明：G与Fz互相平衡）(v)拱肋在连接件接触面上的下滑力f：1.2.2根据初步方案及受力分析对相关零件进行强度校核2)高强螺栓（数量、直径）根据M24、10.8级高强螺栓来验算，用调整数量及直径满足要求；每个螺栓的轴向力f，螺栓数量n将F=1150kN，=172.5Mpa,d底=20.752mm，=33.98代入上述公式得：n9，考虑到板件有4米多长，为了安全起见，取安全系数2.2得n=20，两侧各10个。3)防滑挡块的数量及焊缝面积和挡块在拱肋上的分布下滑力f将G=4000KN代入公式求得kN=172.5Mpa得S=0.0096m2用=20mm的钢板焊接做挡块，焊接长度：1) 验算千斤顶张拉受力部位最小宽度H：公式：将=175Mpa，=30mm，F=2000kN代入公式得：H191mm，加安全系数n=2得：H=400mm通过上述计算得出结果，作出结论：此支撑构造可以加工制造，此方案可行。该安装项目与2009年12月开始实施，到2010年3月中旬136m钢管拱桥顺利从离桥位二百多米的拼装位置平移到位。参考文献：材料力学 高等教育出版社 作者：孙训芳、方孝淑、关来泰136m娄江桥钢管拱汇报材料京沪高铁丹阳至昆山136m拱桥施工图8