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[装备] 叠合箱梁的有力臂膀——大跨度箱梁整孔运架一体吊架系统 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2011-12-7 10:20:15 |显示全部楼层 |          |
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合箱梁的有力臂膀——大跨度箱梁整孔运架一体吊架系统5 m+ y& e9 v% D! R5 f

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文/任继新
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随着我国综合国力的不断增强,桥梁建设的发展迅速,跨海大桥和跨江大桥迎来了建设高峰。这些跨江海大桥主通航孔两侧主要采用大跨度连续箱梁结构,箱梁在预制梁厂整孔预制,然后整孔运输和架设。采用箱梁整孔运架一体吊架系统施工工法作业平稳,施工精度高,曾在上海长江隧桥工程中成功地运用。

工程概况

上海长江隧桥B4标段位于主通航孔两侧,长兴岛侧和崇明岛侧跨径组合均为85m+5×105m+90m钢-混凝土叠合箱梁,全长1400m。大跨度箱梁整孔运架一体吊架系统是为主通航孔两侧各一联双幅28孔大跨度连续箱梁的整孔运架一体而设计的:整孔箱梁在沈家湾预制梁场预制,移至栈桥码头,吊架系统在栈桥码头上取梁后,将箱梁悬吊至船体甲板面上3.25m高度处与船体绑扎固定,然后船体运行至桥位,吊架系统再将箱梁与船体的绑扎固定解开,起吊箱梁安装就位,完成箱梁整孔运架一体的作业过程 ,并为顺利完成上海长江隧桥B4标段叠合箱梁的整体运架和大跨度连续箱梁整孔运架一体提供可靠的设备保障。

系统功能和工作原理

大跨度箱梁整孔运架一体吊架系统由吊具系统和绑扎系统两部分组成(见图1)。

吊具系统

吊具系统由1套吊梁扁担、4根平衡梁、4根托梁、8套拉索装置、8套滑轮架、4套拉索卷扬机构、8套托梁卷扬机构、4套纵坡稳梁装置、2套伸缩装置、8套锥形保护套和8套脱索装置等组成,其上部通过销铰与主起升系统连接,下部由托梁和拉索装置与105m钢-混凝土叠合箱梁连在一起;绑扎系统由2套夹持装置Ⅰ、2套倒伏装置Ⅰ、2套夹持装置Ⅱ、2套倒伏装置Ⅱ和4套预应力装置等组成,其上部与105m钢-混凝土叠合箱梁连接,下部安装于船体上。

105m钢-混凝土叠合箱梁(以下简称叠合箱梁)由钢梁和混凝土桥面板组成叠合箱梁,混凝土桥面板与钢梁之间通过设置在钢梁顶板的剪力销连接,叠合箱梁长105m,宽17.157m,高5.10m,重2300t,叠合箱梁的最大起升高度为53m。叠合箱梁顶板为混凝土面板,其抗拉性能较差,起吊叠合箱梁时,只有叠合箱梁吊点外悬臂≤16m时,叠合箱梁顶部混凝土面板的受拉强度才在许用范围之内,方能确保叠合箱梁的起吊安全;同时叠合箱梁架设时有纵坡,必须保证叠合箱梁和吊具系统之间的相对固定,吊具系统才能确保安全。

为了确保叠合箱梁起吊的安全和各吊点结构的受力均衡,设计了8点起吊形成3个吊点的安全起吊装置。在吊梁扁担两端(长度距离60m,宽度距离10.68m)4个吊点上设置了4根平衡梁,平衡梁中部采用销铰与吊梁扁担连接,每根平衡梁两端吊点距离14.1m,同时在叠合箱梁底部设置4根托梁,托梁两端吊点与平衡梁吊点相对应并通过拉索装置将二者连接起来;此时起吊叠合箱梁时悬臂为15.45m,叠合箱梁的2300t重量由4根托梁传递给8套拉索装置,再传递给4根平衡梁,由于平衡梁中部销铰的机械平衡功能,8点起吊形成4个吊点后传递给吊梁扁担两端,其中吊梁扁担A-A剖面侧2个吊点经过该侧上部单销铰吊梁的机械平衡作用形成1个吊点, 叠合箱梁整体8点起吊,最后形成3个吊点传递给主起升系统,经过主起升系统的起升和降落完成叠合箱梁的取梁和架梁过程。

以下操作和保护机构是为完成吊具系统的起吊功能和施工操作的方便而设计的:①拉索卷扬机构和托梁卷扬机构是完成拉索装置升降功能的拉索卷扬机构和完成托梁升降功能的托梁卷扬机构。②伸缩装置。内侧2根托梁的放置功能是由设置在船体甲板面上的2套伸缩装置来完成的。外侧2根托梁的放置则是通过其它船舶来协助完成的。③锥形保护套。起吊叠合箱梁过程中,设置了特制桥梁板式橡胶制成的锥形保护套,并安装在混凝土桥面板的预留孔内,拉索从锥形保护套的内孔穿过,在拉索和混凝土桥面板的预留孔之间起缓冲保护作用。④脱索装置。拉索下部锚头如何与托梁脱开成了架梁的重大难题。因此设计了一套机械脱索装置,在桥面板上人只需拉动预先设置好的绳索,拉索下部锚头就能十分容易地与托梁脱开,从而完成架梁的循环过程。⑤纵坡稳梁装置。该装置的一端挂钩与叠合箱梁端部的混凝土桥面板连接,另一端张紧装置与吊梁扁担端梁连接,并能方便调节长度和锁紧,该装置使用效果非常好,确保了纵坡架梁时吊具系统的安全。

绑扎系统

绑扎系统是针对与上海B4标105m叠合梁类似的大型预制梁海上长距离运输临时支撑的固定装置。该装置利用支撑架及夹持器对梁的摩擦力,使得起重船摇摆极限8度时梁两端不被浸水,预制梁与船体无相对滑移。同时夹持固定装置将大型预制梁固定,再加上钢绞线形成的预拉力拉索保险体系,避免了海上运输中的不可预见因素对船体摇摆影响超出预期值,从而造成灾难性后果。

上海长江隧桥B4标段工程位于上海北港水道,105m钢-混凝土叠合箱梁(以下简称叠合箱梁)在沈家湾预制梁场生产,从沈家湾预制生产基地到北港水道工地,航距85海里,长距离航行时会遇到各类情况,对船舶航行的不利因素纷繁复杂,因此叠合箱梁长距离运输的安全保障措施十分关键。针对以上情况设计的绑扎系统在船体摇摆8°时,一方面保证叠合箱梁不至于浸入水中,另一方面保证叠合箱梁与船体之间不出现相对滑移。

(1)夹持装置。该装置是在船体甲板面以上3.25m高度处将叠合箱梁夹持固定。①夹持装置Ⅰ(见图二)由底座、支承座、夹紧块、螺旋千斤顶、水平磨擦阻力块和垂直磨擦阻力块等组成,安装在船体外侧,具有垂直支撑和水平夹持二种功能。②夹持装置Ⅱ(见图二)由底座、支承座、夹紧块、螺旋千斤顶和水平磨擦阻力块等组成,安装在船体内侧,补充夹持装置Ⅰ水平夹持力的不足。夹持装置产生的横船向总水平磨擦力F=2×(F1+ F2)=656t>叠合箱梁在不稳定极限状态时水平滑移力600t,所以保证了叠合箱梁与船体之间不会出现相对滑移,确保运梁时整船的安全。

(2)预应力装置。由于船舶在海上航行时的不利因素纷繁复杂,为保证运梁过程中整船的安全、船体与叠合箱梁之间绝对不发生相对滑移,除采用前述夹持装置外,还采取了保险预紧措施-预应力装置。预应力装置由结构连接座和预应力索组成。为此预应力索按叠合箱梁在不稳定极限状态时水平滑移力600t设计,在叠合箱梁横船向中心线两侧对称设置4套预应力装置,为船体的安全航行提供技术保障。

(3)倒伏装置。由于在船体甲板面以上3.25m高度处将叠合箱梁夹持固定,夹持装置在船体甲板面上的最大高度为3.95m,然而船体进栈桥取梁,最高水位时栈桥上放置的叠合箱梁下底面距船体甲板面只有2m高度,所以船体无法进栈桥取梁。为了解决这一致命难题,专门设计了4套倒伏装置。倒伏装置由结构连接座和油缸组成,船体进栈桥取梁前,油缸收缩实现夹持装置的倒伏,倒伏后的夹持装置距船体甲板面上的最大高度为1.9m,此时船体可进栈桥取梁;取梁后退出栈桥,油缸伸长使夹持装置立起,并固定夹持装置,然后叠合箱梁下放至船体甲板面以上3.25m高度处,采用夹持装置和预应力装置将叠合箱梁固定。

关键技术

8点起吊形成3个吊点,不仅确保箱梁起吊的安全,而且保证了各吊点结构的受力均衡;锥形保护套很好地保护梁体起吊时拉索的安全;脱索装置,在桥位架梁完成后,很好地解决了在高空中拉索下部锚头与托梁脱开的重大难题;纵坡稳梁装置保证架设纵坡梁时吊具系统的安全;机械夹持装置和预应力装置在船体甲板面以上3.25m高度处将箱梁夹持固定,船体摇摆8°时,同时解决了箱梁不会浸入水中和箱梁与船体之间不出现相对滑移的难题,确保运梁时的整船安全;倒伏装置将夹持装置倒伏后,保证了夹持装置在船体甲板面上的最大高度1.9m<船体进栈桥取梁的限高2.0m,这样可实现进栈桥取梁的功能,取梁后退出栈桥还可使夹持装置立起,从而实现夹持装置固定梁体的功能。

发展和运用

随着我国沿海桥梁工程的迅速发展,在沿海气候多变的条件下主通航孔两侧大跨度箱梁整孔运架一体施工已成为一种主要施工工法。

上海长江隧桥B4标段105m钢-混凝土叠合箱梁整孔运架一体施工关键技术填补了国内空白;运架梁安全可靠、施工精度高、稳定性好,不仅保证了工程质量,而且施工效率高、施工周期短、施工成本低,产生了巨大的经济效益和社会效益,为我国大跨度连续箱梁整孔运架一体提供了可靠的设备保障。

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(作者单位:武桥重工集团股份有限公司)
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