闽江钢桁梁跨中合拢.docx
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闽江钢桁梁跨中合拢
闽江大桥钢桁梁跨中合拢施工
一、工程概况
闽江特大桥为新建铁路福厦线（福建段）站前工程Ⅰ标中一座铁路特大桥,主要跨越闽江,上部结构桥跨主跨结构为99+198+99）m连续钢桁拱。
钢梁总重为8448t，其中主桁6172t，连接系958t，桥面系1086t，高强螺栓415t，最大杆件重35t。
钢梁架设施工方案为：
边跨采用膺架法施工，中跨为全悬臂架设，跨中合拢。
二、跨中合拢的一般原理
闽江大桥钢梁三跨跨度分别L1=99m,L2=198m,L3=99m。
合拢点距43＃（B）墩L2-1=96.68m，距44#（C）墩L2-2=101.32m，L2-1+L2-2=198m。
合拢处断面在左侧梁上为a-b，在右侧梁上为c-d。
钢梁在安装荷载作用下，左侧梁端断面a-b有转角
，右侧梁端断面c-d有转角
。
b、d两点均有垂直挠度和水平位移。
实现跨中无应力状态下自然地合拢有下列四个因素：
（1）消除转角的影响；
（2）消除b、d两点不同挠度、高差的影响；
（3）消除b、d两点顺桥向水平位移、里程不一致的影响；
（4）消除左、右两段钢梁平面中线不在一条直线上的影响。
消除转角影响：
有意识地将B、C墩支点顶高一个高度h，使a-b，c-d两断面接近处于竖直状态，转角的影响即可消除。
【根据计算北岸43＃选取顶高值为h＝0.991米（支座上垫高）、44＃墩选取统一顶高值为h＝1.052米（支座上垫高）】。
所以要消除转角影响，须将B、C墩支点顶高。
因此各墩顶均设置有一套完善的千斤顶顶落梁设备。
水平位移变化的影响：
通过计算，悬臂端点b、d两点有水平位移，变形后的L2-1与L2-2之和不等于L2。
又由于消除转角因素时对B、C墩各有顶高值，亦影响合拢点的水平位置。
此处还由于钢梁制造、安装、墩顶间水平距离测量等可能存在的误差，合拢时温度不同于设计温度等等原因，使b、d两点不能处在同一个里程，本桥经计算需要将钢梁顺桥向进行纵移【在44＃墩单侧向福州侧纵移500mm（564.7mm）】，各墩顶均设置水平向千斤顶的纵移钢梁设备。
平面中线的影响：
两岸分别悬臂架梁，平面中线不可能完全处在一条直线上。
日照与风力均会使钢梁平面产生偏移，所以选择在无风和无日照影响的时间进行跨中合拢是十分必要的。
但为了满足跨中合拢的轴线一致，各墩顶均设置水平向千斤顶（横桥向），能使钢梁往上游或下游作横向移动。
三、合拢前钢梁的状态
福州侧钢梁悬臂拼装96.68m至A17、E17节间，43＃墩为固定支座，42＃墩为活动支座，两墩正式支座均已安装，福州侧42＃～43＃墩边跨9孔槽形梁现浇并架设完成。
架梁吊机位于A17节点后侧2.5m，施工临时荷载均未撤除，42#墩后锚索拆除。
厦门侧钢梁悬臂拼装101.32mm至A18、E18节点，44＃墩临时锁定为固定支座，45＃墩为活动支座，两墩正式支座均已安装，厦门侧45＃～44＃墩边跨9孔槽形梁现浇并架设完成。
架梁吊机位于A17节点后侧2.5m，施工临时荷载均未撤除，45#墩后锚索拆除。
此时南北岸荷载差异如下：
架梁吊机的位置差异（差1个节点）、合拢口杆件重量差异（南岸A18+E18＋竖杆＝30t）
墩顶反力：
墩号
42＃墩
43＃墩
44＃墩
45＃墩
墩顶反力（吨）
207
2370
2450
169
合拢前钢梁架设状态见下图：
四、合拢前准备工作
（1）墩顶布置
根据合拢需要，主墩43＃、44＃墩在设计标高的基础上进行顶高，43＃、44＃墩墩顶均设置千斤顶顶落梁和纵横移设备，可作上、下、左、右前后移动。
42＃、45＃墩同样布置有顶落梁和纵横移设备，但由于此时钢梁已落于正式支座上，顶落梁设备此处仅为备用。
纵横移滑道采用聚四氟乙烯板结合不锈钢板组成。
（2）测试工作
测试工作包括中线、挠度、大气和钢梁温度、钢梁应力测量。
钢梁悬臂架设前对钢梁中线进行一次调整；钢梁悬臂架设阶段，每拼出一个节间需进行一次中线、节间平面对角线尺寸、挠度、应力测量并和电算值进行比较，发现偏差，及时研究原因，作出对策，迅速调整，对钢梁架设质量进行监控，为钢梁合拢提供数据，同时绘出一昼夜内温度－时间曲线，通过同步观测，测出不同温度、日照下钢梁中线、挠度变化资料，以供选择适当的合拢时间。
控制安装荷载处于对称、平衡、均匀理想状态，除了为调整位移，在桥上按规定坐标堆放预定荷载外，其它位置均不得乱堆乱放荷载。
（3）计算工作
计算工况：
通过计算比较，先通过试算确定墩顶顶高值，以达到合拢口转角及竖向高差最接近合拢要求，确定北岸钢梁顶高0.991m，南岸钢梁顶高1.052m，后进行下列工况组合：
、在A18节点竖向加载10t；
、在A18节点向边跨水平加载100t；
、在A18、E18节点向边跨各水平加载50t；
、钢梁整体升温10℃。
（计算中考虑的施工荷载包括：
1、安装荷载（每桁）假定如下：
钢梁自重按设计统计
p1-架梁吊机70t/每桁个。
p2-拼装脚手1.5t/每桁个。
p3-初拧脚手1.5t/每桁个（后一个节间）。
p4-终拧脚手1.5t/每桁个（后三个节间）。
q1-上弦人工走道0.3t/每桁.m。
q2-下弦人工走道、安全网0.4t/每桁.m。
q3-架梁吊机走道0.15t/每桁.m（考虑33m）。
2、计算结果水平、竖向位移单位米，转角单位米为弧度。
3、计算结果为理论计算结果，仅供现场参考，由于现场条件变化以及钢梁刚度系数取值不同，实际变形情况应以实测结果为准。
）
计算结果：
北岸计算工况图式：
a、北岸在各工况下18、38节点的位移值如下：
北岸合拢口A18E18施工组合位移汇总表
节点号
荷载工况
水平位移（m）
竖向位移（m）
转角位移（rad）
18
43#墩起顶0.991m
-2.715e-001
5.027e-001
1.202e-003
38
-2.735e-001
4.973e-001
6.312e-004
18
43#墩顶
0.991m
竖向加载10t
-2.672e-001
4.802e-001
8.932e-004
38
-2.733e-001
4.747e-001
3.369e-004
18
43#墩顶
0.991m
A18水平
加载100t
-2.856e-001
5.462e-001
1.802e-003
38
-2.788e-001
5.404e-001
1.186e-003
18
43#墩顶
0.991m
A18、E18各
水平加载50t
-2.812e-001
5.259e-001
1.459e-003
38
-2.795e-001
5.204e-001
8.759e-004
18
43#墩顶
0.991m
整体升温10℃
-2.621e-001
5.072e-001
1.217e-003
38
-2.639e-001
5.003e-001
6.464e-004
说明：
节点号18为合拢口A18的相关数据，节点号38为合拢口E18的相关数据。
b、南岸在各工况下18、38节点的位移值如下：
南岸计算图示：
南岸合拢口A18E18施工组合位移汇总表
节点号
荷载工况
水平位移（m）
竖向位移（m）
转角位移（rad）
18
44#墩起顶1.052m
-2.778e-001
4.805e-001
2.450e-004
38
-2.914e-001
4.799e-001
2.588e-004
18
44#墩顶
1.052m
竖向加载10t
-2.734e-001
4.579e-001
-5.781e-005
38
-2.912e-001
4.573e-001
-3.353e-005
18
44#墩顶
1.052m
A18水平
加载100t
-2.918e-001
5.240e-001
8.425e-004
38
-2.967e-001
5.234e-001
8.553e-004
18
44#墩顶
1.052m
A18、E18各
水平加载50t
-2.874e-001
5.037e-001
5.004e-004
38
-2.974e-001
5.031e-001
5.145e-004
18
44#墩顶
1.52m
整体升温10℃
-2.683e-001
4.850e-001
2.602e-004
38
-2.818e-001
4.829e-001
2.739e-004
说明：
节点号18为合拢口A18的相关数据，节点号38为合拢口E18的相关数据。
计算分析：
1）采用主墩墩顶顶高结合合拢口少量压重（北岸压重10t）以调整合拢口转角及挠度影响；调整后计算结果如下：
标高的差值为：
上弦A18（18）节点：
Δy=4.802e-001m-4.805e-001m=0.0003m
下弦E18（38）节点：
Δy=4.973e-001m-4.747e-001m=0.0226m
此时合拢口18、38节点的转角位移也非常小，可以通过其他措施微调进行合拢。
2）水平距离
钢梁合拢口的在此时的开口宽度为：
上弦A18（18）节点处：
Δx=2.672e-001m+2.778e-001m=0.545m
下弦E18（38）节点处：
Δx=2.733e-001m+2.914e-001m=0.5647m
通过墩顶纵向偏移调整0.5m，再通过其他措施微调64.7mm进行合拢。
3）温度调整：
温度变化对水平位移影响较明显：
当温度升高10℃时钢梁向跨中的伸长量为：
北岸：
上弦A18（18）节点：
Δx=2.715e-001m-2.621e-001m=0.0094m
下弦E18（38）节点：
Δx=2.735e-001m-2.639e-001m=0.0096m
南岸：
上弦A18（18）节点：
Δx=2.778e-001m-2.683e-001m=0.0095
下弦E18（38）节点：
Δx=2.914e-001m-2.818e-001m=0.0096
综合以上知，每升高1℃钢梁向跨中的平均伸长量为：
Δ=（0.0094+0.0096+0.0095+0.0096）/40=0.0009525m=0.9525mm
本桥合拢孔跨度大，受日照影响，钢梁平面弯曲变形、温度伸缩量亦大。
合拢孔位于江心高空，气候变化因素复杂，全桥合拢时应统一指挥，严密分工；选定无风、无日照影响，气温变化不大的一段时间（如傍晚或清晨）连续作战，抓紧在最短时间内一气呵成。
4）合拢口顶推调整：
通过计算知在钢梁的上下弦进行顶推较只在上弦顶推合理，此时上、下弦各顶推50t时钢梁的压缩量为：
对于北岸：
上弦A18（18）节点：
Δx=2.812e-001m-2.715e-001m=0.0097m＝9.7mm
下弦E18（38）节点：
Δx=2.795e-001m-2.735e-001m=0.006m=6mm
对于南岸：
上弦A18（18）节点：
Δx=2.874e-001m-2.778e-001m=0.0096m=9.6mm
下弦E18（38）节点：
Δx=2.974e-001m-2.914e-001m=0.006m=6mm
（4）合拢结构设计
a）合拢口的位置：
在距A18、E18节点2.4m处设合拢口，斜杆在A18节点合拢。
b）合拢铰的设计：
参考芜湖桥设计，合拢杆件合拢点采用长圆孔加圆孔合龙铰的措施，规定先调整横桥向（Z方向）位置，然后调整竖向（Y方向），在长圆孔内穿入φ79mm锥形销栓，使Y方向受到约束，再调X方向距离，在圆孔内穿入φ119mm锥形销栓，抽去长圆孔铰轴，使合龙节点保持铰接。
为确保钢梁的设计拱度，防止在合拢处造成局部下凹，拼装过程中要求下弦尽量保持负公差。
c）合拢口顶推设计：
设计顶推装置备用，用于合拢口钢梁水平间距的微调。
四、合拢施工：
（一）通过上述计算分析，并对钢梁进行顶高、对中线、纵移测量合拢口距离等宏观调整后，对钢梁合拢口进行精确的测量和观察后即可进行钢梁合拢。
合拢顺序：
施工时上弦杆、下弦杆和斜杆一起安装就位,斜杆下口打上冲钉,上口带上拼接板,待上弦杆合龙完成，再合龙斜杆,最后合龙下弦杆；主桁杆件合拢后，安装下平联及纵横梁等。
实际施工时上、下弦的合拢顺序可根据实际情况调整。
钢梁合拢口的调整措施主要包括：
Z向（上下游方向）：
上下游用导链对拉。
Y向（竖向）：
采用压重（包括吊机）来调整。
X向（顺桥向）：
用特制顶拉设备来调整。
（二）合拢步骤：
1、横向调整中线
2、43＃、44＃墩墩顶顶高，并结合压重调整合拢口转角及标高；
3、测量合拢口间距，解除44＃墩支座锁定，在44＃墩分步纵移，同时调整45＃墩支座位置；
起顶钢梁使支座脱空约1cm，纵向顶推钢梁使纵移250mm，同时44＃支座分步向前滑行250mm（相对底板），45＃墩钢梁落于支座上，钢梁和支座在底板上滑行250mm；45＃墩钢梁起顶，使支座（带底板）前移250mm，落于支座上；44＃墩落梁与支座上，调整顶位后再次起顶钢梁，纵向顶推钢梁使纵移250mm，此时支座中线与钢梁支点偏差为250mm，45＃墩钢梁和支座在底板上继续滑行250mm；钢梁纵移结束。
4、安装弦杆合拢口长圆孔及圆孔；
5、安装弦杆合拢口拼接板；
6、拼装合拢口斜杆；
7、按照《架梁规则》施拧合拢口高栓。
五、合龙机具设备配备
上下弦合龙处及斜杆合龙处均设顶拉设施，可顶可拉。
另备数台1000kN、300~500kN手动顶以及100kN导链等设备。
墩号
合拢设备
数量
备注
42＃墩
LGZJ11000DX-150
2
安装到位
500t千斤顶
4
墩顶起顶布置
200t千斤顶
2
墩顶横移布置
钢垫块
43＃墩
LGZJ65000GD
2
安装到位
500t千斤顶
8
200t千斤顶
2
钢垫块
44＃墩
LGZJ65000DX-250
2
安装到位，合拢过程中需调整
500t千斤顶
8
200t千斤顶
4
钢垫块
45＃墩
LGZJ11000DX-350
2
安装到位，合拢过程中需调整
500t千斤顶
4
200t千斤顶
2
钢垫块
实际测量结果同计算结果差7mm
根据南岸1123，重新计算43#墩起顶高度
确定南岸纵移措施
合龙顺序的确定（先下弦？
先上弦）
计划6月15日合龙
临时设施提前加工制造
拱顶合拢的可行性，拱脚合拢的可行性
李总：
合拢顺序：
下－上－斜
纵移的问题，纵移量的分解
与设计院的沟通
北岸槽形梁的施工滞后，对合拢的影响（北岸4跨，南岸9跨，槽形梁施工1块/10天）
童总：
合拢设计近期完成
纵移可否提前进行？
预偏
南岸必须完成9块槽形梁，北岸按4块槽形梁考虑
架梁吊机站位确定
农总：
施工荷载的影响（对现场施工荷载确认）
增加架梁吊机不同的站位（给出范围），对挠度的影响，吊机距离节点中心为4米。
（南岸架梁吊机站在A16节点，北岸架梁吊机站在A15节点）
连续梁合拢方案5月15日完成
拱的施工及合拢5月20日完成
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