摘要：济南铁路黄河公铁两用桥跨主河槽主桥为下变高连续钢桁梁，桥跨布置为（112+6×168+112m），桥梁科技含量高，桥址地形复杂，架设施工难度大。结合现场实际情况，拟定两种架设方案并充分论证比选，优选双线栈桥龙门吊机架设为实施性方案。采用桥梁领域通用结构分析及设计系统MIDAS/Civil对龙门吊架设过程进行模拟，计算分析结果验证方案技术可行，可为同类下变高连续钢桁梁架设施工提供重要参考。
关键字：下变高连续钢桁梁桥；论证比选；架设方案；模拟；
1 工程概述
郑州黄河特大桥为新建郑州至济南铁路、河南省规划的郑新市域铁路及郑新快速路跨越黄河的共用桥梁，主桥及南引桥全长4377m，为公铁共建段。其下层桥面为郑济高铁双线、郑新市域双线铁路，上层桥面为双向六车道公路。大桥主桥黄河主河槽378#～386#墩采用桥跨布置为（112+6×168+112）m下变高连续钢桁梁桥，全长1231.9m，总重为46986.6t，桥跨布置见图1。
图1 主河槽连续钢桁梁布置图（单位m）
主梁结构为三主桁下弦加劲钢桁梁，平行弦部分边桁桁高15.0m、中桁桁高15.24m，中支点桁高加高15.0m，通过调整加劲弦杆竖板形状使桥梁立面呈现拱型构造。桁宽（13.4+13.4）m，边跨节间长10.5m、12m，中跨节间长度12m。铁路桥面板为带U肋的钢桥面正交异性板+混凝土桥面板，公路桥面板为预制混凝土板［1］。
图2 主梁中支点横断面图（单位：mm） 图3 主梁标准横断面图（单位：mm）
2 本连续钢桁梁架设主要施工难点
（1）主桥连续钢桁梁数量多，跨数多，结构形式多样，单根杆件重量达73t（含拼接板），吊装设备要求高，钢梁制造安装精度要求高、高强螺栓安装质量控制难度大，如何快速高效的完成钢桁梁架设，是本工程的难点。
（2）本连续钢桁梁采用下变高截面，采用龙门吊机散件拼装架设，桥址所处黄河主河槽季风大，水上施工周期长，散件拼装风险大。
（3）主桁合龙部位多、合龙精度要求高是本工程的重、难点。全桥主桁杆件合龙口6处，如果按理论杆件合龙，当对每处合龙口进行调整时，则其余位置杆件也会受到影响，合龙实施的难度大。
（4）钢桁梁龙门吊架设施工工况与成桥工况差异较大，架设施工计算分析及辅助工程设计是本工程的重点。
3 比选方案
钢梁最大吊重杆件73t（含拼接板），且黄河不通航，根据桥位现场地形情况，为满足安全、质量、工期、成本及对河道影响等多方面要求，特拟定采用架梁吊机及龙门吊机拼装。对两种方案进行技术、经济等各项指标分析比较。
3.1 方案一：龙门吊机架设方案
（1）总体施工方案
378#～386#墩的全部8跨连续钢桁梁主要采用4台80t龙门吊机架设分别从中墩（382#墩）向两侧悬臂架设，两侧分别从378#墩和386#墩向382#墩相对架设，在380#与381#墩之间和383#与384#墩之间合拢。382#墩处设置墩旁托架，各跨之间设置临时墩，用于钢桁梁架设过程中的临时支撑。满足上墩条件后，完成当前跨的钢桁梁架设。铁路钢桥面板与钢桁梁同步架设安装。
公路桥面板在钢梁架设完成后开始架设，架设完成后即开始现浇湿接缝及预应力施工。
（2）施工步骤
步骤一：
1.架设栈桥，安装龙门吊走行轨道；
2.搭设基础施工平台；
3.施工桩基础、墩身；
4.施工临时支墩、中墩墩旁托架，拼装4台龙门吊机，分别走行至待拼装钢桁梁位置。
步骤二：
1.分别将2台龙门吊机移至378#、386#墩位置，2台移动至382#墩；
2.利用临时支墩及墩旁托架分别从中间向两侧，两侧向中间相对架设钢桁梁，在380#与381#墩之间和383#与384#墩之间合拢。钢梁架设过程中同步架设铁路桥面板。
步骤三：
1.钢梁合龙后利用墩顶调整装置对全桥线形调整，钢梁架设完毕。
2. 拆除临时墩、墩旁托架；
3.施工公路混凝土桥面板施工；
4.进行公路、铁路桥面附属结构施工；
5.拆除龙门吊机，主桥连续钢桁梁施工完成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（3）大临设施及主要机械设备
龙门吊机方案机械设备及大临表
（4）工期安排
3.2 方案二：架梁吊机架设方案
（1）总体施工方案
378#～386#墩的全部8跨连续钢桁梁采用4台80t架梁吊机架设，其中378#、386#、382#墩起始节段及架梁吊机利用履带吊机在墩旁托架、拼装支架上拼装。2台架梁吊机从382#墩墩顶向边跨悬臂架设，2台架梁吊机从边墩（378#、386#吨）向中跨悬臂架设，各主跨之间设置临时墩，用于钢桁梁架设过程中的临时支撑。在上墩之前，通过起顶临时墩上的千斤顶，调节悬臂端高度，满足上墩条件后，完成当前跨的钢桁梁架设。
（2）施工步骤
步骤一：
1、架设栈桥；
2、下部结构施工；
3、施工拼装平台、临时墩及墩旁托架，利用履带吊拼装墩顶节间钢桁梁；
4、利用履带吊拼装4台架梁吊机并试吊。完成当前跨的钢桁梁架设。
步骤二：
1、运梁车将钢桁梁杆件以散件的形式运输至架梁吊机工作区；
2、利用2台架梁吊机从382#墩对称双悬臂拼装钢桁梁从378#、386#墩各利用1台架梁吊机向中间对向架设；
3、在380#与381#墩之间和383#与384#墩之间各设置1个合拢口。
4、钢梁架设过程中同步架设铁路桥面板。
步骤三：
1、钢梁合龙后利用墩顶调整装置对全桥线形调整，钢梁架设完毕。
2、拆除架梁吊机、临时墩、墩旁托架；
3、进行公路、铁路桥面附属结构施工；
4、主桥连续钢桁梁施工完成。
（3）大临设施及主要机械设备
架梁吊机方案机械设备及大临表
（4）工期安排
4 方案优缺点分析
对以上2种方案从设备投入、大临结构工程量、对航道的影响、工期、经济性等各方面综合对比分析。
方案比选分析表
通过对（112+6×168+112）m连续钢桁梁两种施工方案的优缺点对比和经济性分析，得到以下结论：
两种方案均能满足工期要求。龙门吊机方案工期较短，造价相对较小；而架梁吊机方案工期紧张，悬臂端附加荷载较大，造价高。因此推荐采用龙门吊机方案。
5 钢桁梁龙门吊架设工况计算分析
采用桥梁领域通用结构分析及设计系统MIDAS/Civil2013建立模型，钢桁梁和铁路桥面板横梁采用梁单元模拟，铁路正交异性板采用带肋板单元模拟，研究整桥结构体系的强度、刚度和稳定性。全桥共划分为14978梁单元，2496板单元，具体模型见图4所示。
图4 全桥整体模型
通过对各架设工况和合龙工况进行整体结构有限元数值模拟分析，研究在架设施工过程中整体结构体系的受力状态，并对细部节点进行详细分析。综合分析结果得出以下结论：
（1）主桁梁各杆件的强度、刚度和稳定性满足相应规范技术要求；抗倾覆验算满足规范要求。分析结果表明龙门吊架设过程中整体结构体系是安全的；
（2）利用拼装支架及墩旁支架调整钢桁梁线形，模型恒载挠度与设计图纸恒载挠度基本一致，可以实现主桁杆件合龙。
（3）龙门吊架设施工过程中，整体节点最大拉应力为231Mpa，压应力为209Mpa，均未超过钢材容许应力，节点安全；
（4）架设施工过程中，基础承台和桩基承载力满足设计及规范要求。
根据计算分析结果，采用双线栈桥龙门吊机架设方案技术可行。
6 结论
针对郑济铁路公铁两用桥主桥连续钢桁梁跨越黄河主槽施工，本文提出了两种钢桁梁架设施工方法，从总体施工方案、主要施工步骤方面分别进行了详细的阐述。对安全可靠性、成本经济性、工期可控性及对河道影响等方面进行充分地比选分析，针对性地提出了双线栈桥龙门吊机架设钢桁梁施工方法。采用了MIDAS/Civil2013有限元软件对施工过程的模型计算分析，对杆件的强度、刚度和稳定性，成桥线形调整，主桁合龙，钢梁节点及主墩基础受力进行了分析及验证，计算结果证明该施工方法技术可行、经济合理，定为施工实施方案。
参考文献：
[1] 中铁工程设计集团有限公司.新建铁路郑州至济南铁路郑州至濮阳段施工图（郑州黄河特大桥主桥（112+6×168+112）m连续钢桁梁）2017.
论文作者:柯卫峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/7
标签：吊机论文; 钢梁论文; 方案论文; 黄河论文; 龙门论文; 托架论文; 工期论文; 《基层建设》2018年第11期论文;