南京大胜关长江大桥主桥4号墩双壁钢吊箱围堰整(2)

南京大胜关长江大桥主桥4号墩双壁钢吊箱围堰整体吊装设计与施工 程 晨

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855t,2.5m高单壁顶节为洪水期加高段(暂不施工)。围堰采用分块制造、江边船厂拼装成整体、气囊法下水、浮运至墩位、整体吊装的施工方案。2 钢围堰吊装设计2.1 吊船及吊具选择

考虑动载系数后钢围堰总吊重G=1026t。结合围堰重量及桥位处水位情况选用 镇航工818号!吊船(简称1200t浮吊),其船体平面尺寸为86m 28m。当吊臂仰角为57.5 时,主钩起吊能力1057t,吊高57.9m,吊幅36.9m。吊船自带4根吊装钢丝绳,公称直径为120mm,单根长度58m,每根钢丝绳最小破断力约7820kN,卸扣为150t弓型卸扣。

施工期极限最低水位+1.0m,已成桩的围堰吊挂钢护筒顶标高为+4.65m。由于4号墩下游侧紧邻一座固定式混凝土工厂,北侧有作业平台(不拆除),南侧距相邻墩位仅89m,所以吊装惟一的站位在上游侧,见图1

。

图2 吊点平面布置及吊索投影

围堰双壁厚度1.6m,内、外壁板厚6mm,双壁板间以多层水平环形(V字形)布置的角钢作为联结支撑,并且每隔2~4m设1道隔仓板。吊耳由围堰的内壁板、双壁间隔仓板和新增的吊耳板、横板、竖板、加劲板组成,呈箱形结构,见图3。

图3 吊耳(A吊点)结构示意

2.2.1 荷载

按对称原则布置的4根起吊钢丝绳共同承担围堰吊重G,则单根钢丝绳需承担G/4,由于1根钢丝绳连接A、B两个吊点,且A、B吊点吊索角度不同,假定A索力与B索力相等,根据图2中吊索投影角度建立如下方程组:

FA/sin72.5 =FB/sin57.21

4(FA+FB)=G

式中,FA为A索力的竖向分力,即A吊耳承载的围

图1 围堰整体吊装示意

堰吊重;FB为B索力的竖向分力,即B吊耳承载的围堰吊重。

计算得:FA=1363kN,FB=1202kN。

根据FA、FB值计算出相应的水平分力HA、HB

分别为430kN和650kN,而A(B)索力N为1429kN。

直径120mm的吊装钢丝绳最小破断力为7820kN,取安全系数K=5,则允许吊重为1564kN>N=1429kN。单个吊点设1个卸扣,允许载荷1500kN。钢丝绳及卸扣满足受力要求。2.2.2 吊耳结构受力分析

(围堰属薄壁壳体结构且平面尺寸较大,由于内支撑体系中的水平桁架及吊架均为格构式杆件,截面特性较弱,无法承受吊点集中荷载,如采取替换或加固措施则施工周期较长;如新制大型吊具则投入较多,不经济。经过对围堰结构特性的分析研究,决定在不削弱围堰结构的条件下增设吊耳作为起吊承力结构。围堰长宽比值约为2,吊点可全部设在长边,以受力均匀为原则在每边设2个A吊点和2个B吊点,1根钢丝绳同时连接1个A吊点和1个B吊点,见图2。2.

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结构传递至内壁板、隔仓板,需计算吊耳板的抗拉强度、销孔的局部承压、吊耳板与内壁板间的连接(焊缝)强度、箱形吊耳结构的抗弯强度、隔仓板的抗拉强度等。

吊耳板选用32mm钢板,在销孔处两侧各贴1块20mm加强板,销孔直径176mm。计算结果:吊耳板应力88.5MPa,销孔局部承压应力为156.3MPa。

吊耳板作为主受力结构与内壁板采用焊接,由于内壁板太薄,为保证连接强度在壁板外侧贴1块25mm厚补强板,补强板开U形槽通过塞焊与壁板相连。假定围堰吊装时索力的竖向分力由吊耳板直接传与围堰内壁板(偏安全,不考虑吊耳箱形结构作用),受力焊缝计算结果见表1。

表1 吊耳板与内壁板连接焊缝受力计算

吊点AB

偏心距

e/m

剪力弯矩焊缝角度焊缝有效焊缝应力F/kNF#e/kN#m /( )宽度B/m f/MPa

桥梁建设 2008年第4期

0.3520.604

13631202

479.8726.0

68.4627.08

0.0220.01

40.9108.8

由上、下横板,竖板,内壁板组成的箱形截面抗弯模量W=12.38 106mm3,隔仓板受拉面积A=720mm 12mm=8640mm2,选择受力较大的A吊点进行检算:

箱形结构抗弯强度=FA#L/4W=64.9MPa<[ ]=170MPa

隔仓板抗拉强度=(FA#L1/L)/A=73MPa<[ ]=170MPa

式中,L为两隔仓板间距(见图3);L1为吊耳中心至隔仓板距离(见图3)。由计算结果可知,吊耳结构满足受力要求。2.2.3 局部应力

利用MIDAS程序建立起吊工况下围堰吊耳局部受力模型(见图4),对吊耳板、围堰壁板、隔仓板等应力集中处进行分析,模型检算与计算结果相符,局部应力值在允许值范围内,具体的应力值见表2。

表2 整体起吊工况吊耳各处应力值

吊点A

B

箱形结构52.4~69.647.3~62.8

隔仓板35.1~52.447.3~62.8

吊耳板69.6~86.962.8~78.4

图4 A、B吊点处吊耳局部应力

滑冲下水 浮运至墩位 大型吊船整体起吊 对位 利用导向系统下放围堰 围堰注水下沉 调整围

堰平面位置 围堰就位 固结吊挂系统实现体系转换 拆除围堰起吊系统 封底施工。3.2 钢围堰制造拼装

钢围堰由底板(龙骨)、侧板、内支撑架、吊架、吊挂分配梁等组成。考虑围堰下水要求,拼装场地选在临江边处。围堰尺寸大,重量大,采用车间加工成单元件、分块拼装方案。拼装原则为先下后上、先内(支撑)后外(侧板)。在围堰拼装形成整体后,依据实测钢护筒平面位置、斜率进行底板开孔,开孔直径需比护筒外径大20~30cm。吊耳、浮拖装置、堵漏盖板(用铁丝与底板临时连接)等同步安装。3.3 钢围堰下水浮运

围堰采用气囊法下水。由于钢围堰底板设有龙骨,为保证气囊均匀受力,在底板下铺设厚16mm的钢板作为钢围堰与气囊间的衬垫,钢板在围堰入水后自行脱落,可回收。

围堰浮运距离约20km,综合考虑钢围堰自浮吃水深度、定倾半径、阻力等参数,选择采用3艘合计功率1600kW的拖轮以吊绑结合的形式进行浮运,此种方式因拖力作用点分散,对钢围堰的局部影响不大,不易造成钢围堰的变形和损坏。浮拖选择MPa

吊耳(含加强板)

局部承压处173.2~190.5156.1~171.6

3 钢围堰施工3.1 施工流程

钢围堰的施工流程为:施工准备 工厂分块加