斜拉桥梁底维修施工吊架的设计和安装

张姣龙

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040）

0 引言

从20世纪70年代起，斜拉桥便开始在世界范围内应用，经过40多年的发展，已经成为一种较常见的桥型[1]。但经过多年运营，斜拉桥暴露的问题越来越多。由于前期设计未考虑到斜拉桥的管养期维护，使得桥梁很多病害区域不可达，维修加固困难。维修加固通常的做法是全桥封闭交通，最大限度地保证施工安全。然而，这种保护措施给市民出行和交通通畅带来极大困扰，特别是对于那些处于交通咽喉部位的市政斜拉桥和高速公路斜拉桥，影响尤其明显。因此，如何在确保维修加固过程中结构本身安全的同时，尽可能维持交通通畅是备受关注的问题[2]。本文以某斜拉桥箱梁维修加固工程为背景，设计一种不影响桥面交通的吊架，通过建模对梁底吊架安全可靠性进行验证分析；并阐述了梁底吊架的施工工艺、验收标准和压载实验等，为不中断交通条件下斜拉桥梁底结构的检查维护维修工作提供参考。

1 工程概况

1.1 桥梁概况

某斜拉桥为双塔双索面扇形密索体系斜拉桥，主桥主孔为塔、梁、墩固结，主梁采用双主梁断面，体系为对称布置的“双独塔、双索面、密索体系斜拉桥”桥型；主梁采用悬臂浇注施工，桥墩采用8根4m大直径的实心桩基，斜拉索采用双索面，密索布置。副孔采用50m跨连续梁，主副孔连续，主梁由4片单箱单室的箱梁组成。桥梁经过多年的运营，上锚头有部分锈蚀，部分锚头底部混凝土大面积脱落，部分上锚头有积水也有锈蚀；部分减震器严重错位、箱梁裂缝锈蚀等病害。

1.2 梁底吊架概况

由于该桥边跨无梁底桁车，在维修施工过程中，需利用梁底吊架对桥梁主孔及副孔进行混凝土裂缝、缺陷的普查及处理。为保证施工质量及施工便易性，根据某斜拉桥主梁的截面形式和尺寸，设计适用于主梁底板及腹板外部施工的梁底吊架[3]。在确保梁底吊架的承载能力和刚度的情况下，应尽可能考虑行走方便、拆装灵活、安全可靠、经济适用。梁底吊架设计根据材料、工艺及相关规范选取合适的安全系数，并进行受力验算满足承载力要求。

2 梁底吊架设计

2.1 梁底吊架设计

梁底吊架长32m，宽3m，高8.1m，采用Q235钢材；梁底吊架由桥面行走结构以及梁底U桁架两部分组成，两部分通过螺栓进行连接；主梁采用角钢L90×6，其它连接杆件采用角钢L50×3。

2.2 荷载取值

（1）材料容许荷载。由于本梁底吊架主材为Q235钢材，其容许应力为：抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa，抗剪强度设计值为125MPa。

（2）人群及机具荷载。根据该梁底吊架使用需求，考虑到斜拉索更换施工的需求，梁底吊架上人群及机具荷载为：横桥向距边1.2～6m为0.80t/m的均布荷载，跨中为0.20t/m的均布荷载，根据《建筑结构载荷设计规范》设计计算取1.2的安全系数。

（3）风荷载。考虑6级风荷载，查《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2017）和《公路桥梁抗风设计规范》（JTG∕T 3360-01-2018）得迎风面桁架的风载为：36.2N/m2。

2.3 荷载组合

（1）梁底吊架自重+人群机具荷载。

（2）梁底吊架自重+人群机具荷载+风荷载。

2.4 设计验算

本梁底吊架的计算及演算采用MIDAS/Civil2006软件完成。在自重+恒载作用下，梁底吊架在跨中的竖向最大位移为：0.080m＜L/150，结构变形如图1所示。在自重+恒载作用下结构最大拉应力为1.704×108N/m2=170.4MPa＜215MPa，最 大 压 应 力 为1.412×108N/m2=141.2MPa＜215MPa，如图2所示。

图1 自重+恒载作用下结构变形图

图2 自重+恒载作用下结构应力图

在自重+恒载+风载作用下，梁底吊架在跨中的竖向最大位移为0.080m＜L/150；结构变形分别如图3和图4所示。在自重+恒载+风载作用下结构最大拉应力为1.705×108N/m2=170.5MPa＜215MPa，最 大 压 应 力 为1.769×108N/m2=176.9MPa＜215MPa，如图5所示。

图3 自重+恒载+风载作用下结构变形立面图

图4 自重+恒载+风载作用下结构变形侧面图

图5 自重+恒载+风载作用下结构应力图

由图3～图5可知，该梁底吊架在设计荷载作用下是安全可靠的。

2.5 设计结论

（1）计算选择了2种最不利荷载组合进行了计算，计算应力组合值均小于所使用材料的允许应力值，表明梁底吊架设计是合理可行的；

（2）对关键部位焊缝进行验算，均满足规范要求；

（3）风力大于6级时停止施工。

3 梁底吊架施工

梁底吊架的制作安装要严格按照图纸及《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81）规定的焊缝要求进行焊接[4]。梁底吊架制作完成通过验收后方能进行安装。其安装位置均布置在斜拉索尾索区、边支点内，见图6所示。

图6 梁底吊架位置布置图

3.1 梁底吊架安装方案

首先需要运输车把桁片运输到桥面上安装位置，吊车停靠在运输车旁，在停车后方布置反光锥，引导车辆通行，反光锥布设长度为40m，占道宽度为6.5m；再由25T汽车吊把桁片下放到桥下后，在桥下拼装桁架；在桥面上安装桁架上部结构，在桁架最外侧安装临时施工平台；桥面上两台25T汽车吊同时起吊桥面下拼装好的下部桁架，两侧桥面封闭长度为50m，封闭区域最大宽度为两侧各6.5m，桥面上车辆通行通道见图7。

图7 施工梁底吊架吊装桥面交通布控图

之后再利用安装施工平台把上下两部分桁架组装在一起，完成安装。在桁架行走轮下铺设20#槽钢，将梁底吊架力均匀分配在人行道板上。梁底吊架安装完成后，首先进行自检，然后项目部质检部、安全部进行验收，对验收过程中发现不满足设计及使用要求的部位及时进行整改加固，项目部检验完成后报监理抽检，验收合格后方能投入使用。当梁底吊架安装满足或符合以上全部验收程序时，该梁底吊架才能通过验收，投入使用[5]。

3.2 梁底吊架压载实验

为保证梁底吊架上施工人员的安全，检验吊架设计、制作、安装的质量效果，吊架安装验收完毕后将对吊架进行压载实验，实验程序如下：

（1）梁底吊架安装完成通过验收后方可进行压载实验；

（2）梁底吊架正中间作为实验区域。实验前测量并记录实验位置梁底吊架与主梁底部的距离；检查并记录梁底吊架关键位置焊缝状态、行走脚轮与地面接触状态[6]；

（3）压载实验载荷为梁底吊架长度方向上0.20t/m。载荷施加位置为梁底吊架中部长3m，宽1m的区域，共施加载荷200kg，载荷持续时间48h。

（4）测量并记录实验加载位置梁底吊架结构与主梁底部的距离，梁底吊架结构变形情况，焊缝是否出现裂纹，脚轮接触部位是否出现异常。

压载试验最大挠度理论上为79cm，实测最大挠度为68cm，小于理论计算值，故该结构安全可靠。

4 结束语

本文为便于对某斜拉桥的主梁梁底结构缺陷进行检查和修补，根据某斜拉桥主梁的截面形式和尺寸，设计一种行走方便、拆装灵活、安全可靠、经济适用的梁底吊架。分析认为：

（1）梁底吊架设计符合设计要求，受力验算结果表明梁底吊架的设计安全可靠，其支反力、应力、刚度和稳定性均满足要求[7]。

（2）梁底吊架安装完成后不影响桥面正常通行，且行走方便、安全可靠、经济适用，另外梁底吊架所有构件均可以在后场加工成型，现场安装安全快捷。

（3）随着我国第一批大规模建设的桥梁使用时间达到一定年限，越来越多的桥梁需要进行维修，因此梁底吊架将在未来一段时间会大量运用于桥梁维修。本项目的顺利实施为今后类似的工程项目提供了宝贵经验，具有积极的实践意义。