重庆朝天门长江大桥主桥钢梁安装设计

康晋，等：重庆朝天Ｉ＇１长江大桥主桥钢梁安装设计　重庆朝天门长江大桥主桥钢梁安装设计　康晋段雪炜徐伟　（中铁大桥勘测设计院有限公司，武汉一一一曲一一一一一一一４３００５６）　　摘　要：重庆朝天门长江大桥主桥采用（１９Ｏ＋５５２＋１９０）ｍ中承式连续钢桁系杆拱桥结构，为双层桥面布置的公轨　两用大桥，也是世界上跨度最大的拱桥。主梁边跨采用临时墩辅助的伸臂法架设，中跨采用扣索塔架辅助伸臂安　装，先合龙主拱，再合龙系杆。主桁杆件的设计与安装步骤及控制工况息息相关，需要确定各个施工工况下扣索及　临时系索的索力、保证悬臂倾覆稳定需要的最小压重量、为实现合龙而对支点施加的纵移量及竖向顶落量。　关键词：钢桁系杆拱；伸臂法；扣索；临时系索；桥梁设计；安装设计　ＩＮＳＴＡＬＬＭＥＮＴ　ＤＥＳＩＧＮ　ｏＦ　ＳＴＥＥＬ　ＧＩＲＤＥＲ　ｏＦ　ＭＡＩＮ　ＢＲＩＤＧＥ　ｏＦ　ＣＨＡｏＴＩＡＮＭＥＮ　ＹＡＮＧＴＺＥ　ＲＩＶＥＲ　ＢＲＩＤＧＥ　ＩＮ　ＣＨｏＮＧＱＩＮＧ　Ｋａｎｇ　Ｊｉｎ　Ｄｕａｎ　Ｘｕｅｗｅｉ　Ｘｕ　Ｗｅｉ　（Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｍａｊｏｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　８Ｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉ一归ｔｕｔｅ　Ｃｏ．Ｌｔ一　一　一　ｄ，Ｗｕｈａｎ　４３００５６，Ｃｈｉ～一　一～～．一一　一～一　ｎａ）　一一一～一一一一　一　朝天门长江大桥地处重庆市朝天ｆ１（长江与嘉陵　１　安装设计思路及原则　江交汇处）下游约１．７１　ｋｍ处，其主桥采用（１９０＋５５２＋　１９０）ｍ三跨连续钢桁系杆拱桥。主桥全宽３６．５　ｍ，桁　的受力特点。在主跨系杆作用范围内呈现系杆拱的　宽２９　１ＴＩ，中支点至拱顶高度为１４２　ｍ，中跨布置上下两　受力特征，其余部分的钢梁则呈现连续钢桁梁的受　～本桥钢梁外部结构体系完全呈现出三跨连续梁　　一一一～一～～　一　层系杆，中心间距为１１．８３　ｉｎ，下层设有辅助系索。纵　力特征。因此可以认为本桥是内部带有系杆拱的三　向支承体系布置：在江北侧中支点（７号墩）设置固定铰　跨连续钢桁梁，对钢梁总体上可按传统的钢桁梁进　支座，其余各墩均设置活动铰支座。大桥采用双层交　行安装，考虑实现内部系杆拱受力的工法。　通布置，上层桥面为双向六车道和两侧人行道，下层桥　钢桁梁杆件在伸臂架设中均采用无应力状态安　面中间为双线城市轻轨，两侧为双向两车道，如图１所　装，为了保证钢桁拱架设完成后的内力和线形满足　示。　设计要求，合龙节间杆件也必须实现无应力安装。　主桁各杆件的控制内力与安装步骤息息相关，　各杆件既要满足成桥状态下规范规定的各荷载组合　工况下的受力要求，又要满足结构安装过程中各控　第一作者：康晋，男，ｉ９７８年出生，工程师。　图ｉ朝天门长江大桥主桥ＩＴＩ　Ｅｍａｉｉ：ｋａｎ鲥＠ｂｒｄｉ．ｃｏｒｎ．ｃｒｌ　收稿日期：２０１０—１１—１５　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２Ｏ１　ｌ（３），Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．１４４　６５　施工技术　制工况下的受力要求，因此安装步骤是设计中各构　件断面尺寸的主要控制因素之一，要采用安全可行　的施工方案并尽可能地减少主桁的施工控制杆件。　由于本桥最大悬臂长度达到２７６　ｉｎ，单层扣索　已经不能满足主拱伸臂架设的要求，需要采用多层　时系索方案。　２　安装方案　本桥钢桁梁的总体安装顺序为：１）先使用临时　墩辅助伸臂安装方式逐步拼装边跨ｌ９Ｏ　ｉｎ主梁；２）　向中跨跨中延伸成为伸臂梁；３）在跨中拱顶合龙成　扣索来辅助主跨钢梁的悬臂架设，以减少主桁施工　控制杆件。经过对双层扣索及临时系索方案与三层　为连续梁；４）在跨中系杆中部合龙，使结构成为内部　扣索方案的对比分析后，最终采用了双层扣索及临　带有系杆拱的三跨连续钢桁梁，如图２所示。　一耳　－　：：１　【５　Ｔ　ｌ　ｌｌ　川＿＿１　ｌ＿　川　＿Ｉ　¨』　Ｊ　Ｉ南岸　Ａ－卜　田　础　ｌ　－　＝　＿　。＝＝。　兀　雠　９号　．　．＿ｌ～　～＿ｌ＿＿：　５５２　＿＿ｌ＿　ｌ图２主桥安装结构简图ｍ　１）边跨架设。边跨采用部分膺架结合临时墩的　设计采用调整支点位移的方法，并辅以合龙构　５　●　广　伸臂法架设。其中在Ｅ　、Ｂ节点设置膺架，利用墩旁　造措施，使钢梁两侧合龙端节点相对位移达到理论　ｔ　Ｊ　塔吊架设Ｅ１、Ｅ３两个节间钢梁及两个节间的平衡梁，ｆ　　值，保证钢梁顺利合龙。　共长４８　ｍ。然后在钢梁上弦拼装架梁吊机，分别在　拱肋下弦Ｅ。　节点的合龙通过钢梁支点的顶高　Ｅ６和Ｅ　。节点设置临时墩，利用架梁吊机分别伸臂　（落低）、梁体的整体纵、横移动来消除合龙点两侧存　３６，５０，８０　ｍ逐步架设钢梁至中间墩，伸臂架设时在　在的相对位移，在无应力的情况下完成Ｂ。节点合　锚跨进行压重，保证抗倾覆安全系数大于１．３。　龙。Ａ。　节点合龙可通过钢梁支点的顶高（落低）完　２）中跨主拱架设。中跨采用两侧对称的辅以扣　成，为了便于合龙时进行微量调整，Ａ拍节点处设有　索塔架伸臂安装的施工方法，在跨中合龙。中跨安　辅助顶拉支承构件。　装时钢梁先整体安装至１０８　ｍ（７个节问），随后仅　４）Ｉ临时系杆索的架设。主拱合龙后，进行临时　架设拱肋桁架及吊杆直至跨中合龙。扣索塔架高为　系杆索的架设安装并将其张拉到具有一定索力，形　１００　ｉｎ，与主拱Ａ　节点用销轴连接，共设两层拉索，　成系杆拱的受力体系。　前索锚固点分别位于Ａ。　、Ａ。　节点，后索锚固点分　５）中跨系杆安装及合龙。进行系杆区除桥面板　别位于Ａ。、Ａ。节点，塔架顶部锚固点间距２　ｍ。中　外所有构件的拼装。中跨上、下层系杆合龙时，采用　跨钢梁架设时首先对称伸臂架设至１６８　ｍ（第２６节　千斤顶纵向调整８号墩支座位移、竖向调整６号及　间），同时可以进行扣索塔架的安装，然后挂设内索　９号墩支座位移或者调整临时系杆索索力以消除合　并进行初张拉，继续架设钢梁至２４０　ｍ（第３２节　龙点两侧存在的相对位移。　间），然后挂外索，初张拉，继续架设钢梁，最后进行　６）中跨桥面板安装及二期恒载的施工。系杆合　跨中合龙。　龙后，将边支点顶升到设计标高，即可进行桥面板的　３）主拱合龙。超静定结构的连续梁合龙的误　安装、临时设施的拆除及二期恒载等后续工况的施　差，不仅影响线形，也影响杆力。本桥按一阶段受力　工。　状态考虑：不论在合龙前还是在合龙后所加的力，均　７）成桥索力调整。在二期恒载等施工完毕后对　按合龙后的结构状态受力考虑。这就需要进行体系　全桥吊杆及辅助系索的索力进行调整使其达到设计　转换，即将悬臂梁体系转换到连续梁体系，这要求很　要求。　高的合龙精度，技术难度很大。　６６　钢结构　２０１１年第３期第２６卷总第１４４期　康晋，等：重庆朝天门长江大桥主桥钢梁安装设计　３　安装计算　安装计算采用平面杆系程序，计算模型见图３。　安装设计主要考虑主桁杆件的安装内力、倾覆稳定、　钢梁合龙及体系转换等内容。安装计算时，需要较　准确考虑施工临时荷载，主要包括：扣索塔架、架梁　安装计算时，需要确定边支点压重量、各扣索张　拉索力、临时系杆张拉索力、支点起顶纵移量等。本　桥扣索最大索力要控制在１７　０００　ｋＮ以内，临时系　杆索力控制在４５　０００　ｋＮ以内。由于结构体系复　杂，相关参数众多，各参数问相互影响，且成桥状态　是唯一的，采用正装计算费时费力，且有一定盲目　吊机走道、主桁施工便道、拱上架梁吊机、桥面吊机、　梁端安装脚手架等自重。　性，故本桥在计算时采用了倒拆法，经过数次试算，　就可以由控制参数得到初始参数。支点最大位移　量、扣索索力及压重量等各项安装控制参数如表１　所示。　图３主桥安装计算模型　表１主桥安装控制参数　注：表中数据均为每桁参数值．竖向位移以向上为正，纵向位移以向右为正。　４安装实施情况　施工单位按照上述的指导性安装方案架设钢　梁，经过监测监控单位的密切配合，安装及合龙实施　均非常顺利，钢梁于２００６年８月开始架设，主拱于　５　结　语　朝天门长江大桥于２００９年４月２９日正式通　车，成为山城重庆新的地标建筑。在本桥钢梁的安　装设计中，通过合理使用双层扣索塔架、平衡梁、临　２００８年１月１８日顺利合龙，如图４所示。中跨系　杆于２００８年５月１８日实现合龙，钢梁主体结构安　装历时近两年，施工中各主要控制参数均与安装计　算结果基本吻合。　时系索、锚跨压重、合龙顶拉设备和调整支点位移等　措施，解决了大跨度钢桁拱桥安装过程中遇到的一　系列技术难题，本桥的顺利建成通车为同类型桥梁　的建造提供了宝贵的经验。　（下转第６ｌ页）　Ｓｔｅｅ１　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２Ｏｌ１（３），Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．１４４　６７　郁向盛：预应力法安装大跨度双层网壳结构　４应注意的问题　计算。　１）本方法是一种施工与设计相结合的方法，在　进行施工方案准备时应对施工中的各种工况做力学　５　结　语　分析，从而确定各种施工工况下的杆件应力状态。　本文提出通过应用预应力索而实现大跨度网壳　同时应进行一些局部的节点设计，如可转动铰支座　结构安装的思路，在技术经济方面比传统安装方法　的节点设计、钢索与网壳之间的连接节点设计以及　具有优势。应用时其重点在于：　吊车起吊点节点设计等。　１）施工前的结构计算、相应的节点设计和准备　２）相对于螺栓球网架，本方法更适用于焊接球　工作。　网架，因为在预应力钢索的两端与节点连接处需进　２）施工中严格按事先制定的步骤和方案进行。　行节点处理，焊接出一块小的带圆孔的节点板（厚度　控制结构的应力状态和侧向稳定。本方法仅适用于　及大小应依据施加的预应力大小而定），作为钢索与　支座位于地面标高，形状为拱形的大跨度网壳结构　网壳节点的连接点。　（如干煤棚类的结构），具体经验尚有待在工程实践　３）为保证安装过程中末端节点提升时的同步　中进一步总结。　性，应尽量使用一台吊车进行抬升，吊车的起重量应　根据计算确定。　参考文献　４）安装过程中应注意单榀网壳结构的侧向稳定　［１］ＪＧＪ　６１　２００３　网壳结构技术规程［ｓ］．　性，这一点可通过增加截面节点数量解决，也可通过　Ｅ２］ＧＢ　５００１　７　２００３钢结构设计规范Ｉｓ］．　［３］　ＧＢ　５０２０５　２００１　钢结构工程施工质量验收规范［ｓ］．　在安装过程中网壳两侧增设缆风绳的方法解决。　［４］陈绍蕃．钢结构稳定设计指南［Ｍ］．２版．北京：中国建筑工　５）由于涉及预应力索方面的结构计算，计算软　业出版社，２００７．　件必须具备非线性有限元计算功能，目前比较通用　［５］胡宁，罗尧治，董石麟．１０８　１３ｒｌ×９Ｏ　ｍ柱面网壳整体提升施工　的３Ｄ３Ｓ、ＳＡＰ　２０００及ＭＩＤＡＳ等软件皆可以进行　方法［Ｊ］．科技通报，２００３，１９（４）：３２３—３２６．　（上接第６７页）　ａ边跨架设．ｂ主拱合龙；Ｃ一系杆合龙；ｄ建成雄姿　罔４主桥安装实景　桥梁建设，２Ｏ１０（２）：３７—４０．　参考文献　［３］　铁道部大桥工程局．九江长江大桥技术总结［Ｍ］．武汉：武汉　［１］　易伦雄．大胜关长江大桥工程特点与关键技术［Ｊ］．钢结构　测绘科技大学出版社，１　９９６．　２００７，２２（５）：７８—８０．　［４］　秦顺全．桥梁施工控制——无应力状态法理论与实践［Ｍ］．　［２］段雪炜，徐伟．重庆朝天门长　Ｉ：大桥主桥设汁与技术特点［Ｊ］　北京：人民交通出版社，２００７．　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２Ｏ１１（３），Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．１４４　６１