复杂山地环境下人行步道钢结构施工过程分析

来源：中建五局钢结构公司

工程概况

珠海凤凰山山地步道项目位于凤凰山森林公园东南部，串联沿线城市公园及景观兴奋点，巧妙利用凤凰山地形修筑了一条揽山瞰海的慢行生态健康廊桥，全长约 8.6 公里，总用钢量约0.6万t。主体结构形式为独柱墩钢板梁结构体系，整体走势沿山势而行。

钢结构系统可分为竖向独立钢柱、箱体梁及悬挑T型挑梁结构。独立钢柱采用圆型钢，最大型号为D800×32，最大高度为15m；箱体梁和悬挑T型加固挑梁结构桥面标准净宽度3.6m，最大跨距16m。桥墩与承台采用M48地脚螺栓连接，主梁为箱型，宽0.64m，高0.7m，主梁两侧设置T型加固悬挑次梁。全步道采用10.9S级M28高强螺栓栓接，间隔不超过64m设置伸缩缝，桥墩与主梁分别采用焊接连接或橡胶支座连接，综合考虑结构形式及施工条件的局限性，研发了一种适用于山地栈桥工程项目的桥面吊装设备，大大提升了施工进度，提高了施工质量和施工安全。

图1 桥面轨道式起重机施工

施工过程仿真分析

桥面吊行驶轨道需要承担上部设备荷载，并将其均匀传递至桥梁结构，是保证施工安全的主要措施。因此，需确保其具有一定的强度且与结构自身能够可靠连接固定，同时便于安拆。轨道选用热轧H型钢（HW294×302×12×12），铺设于钢梁两侧的T型挑臂上，轨道纵向间距为1.8m，挑臂横向间距为1m，轨道与T型挑臂之间采用U型卡扣+压板组合将轨道下翼缘板的左右两侧均夹持于T型挑臂上，每根挑臂与轨道搭接部位均采用夹具固定，经计算分析，具备良好的夹持效果，结构简单轻巧，安拆便捷。

图2 桥面钢轨加固断面图

采用有限元设计和分析软件MIDAS施工仿真模拟桥面吊行进和吊装过程，通过上部结构整体承重状态改良节点形式和调整施工方法。

桥面吊行进过程中，其自重全部由结构钢梁及挑臂承担，其行进过程产生的震动荷载约等于其自重的1.3倍，当其行进至跨中时，为最不利工况。主梁与柱考虑为刚接，挑臂与主梁采用高强螺栓连接，轨道采用错缝焊接连接为连续梁，模拟分析结果如图所示（图3、图4），结果显示：桥面吊行进过程中钢梁跨中最大挠度为26mm，挠跨比为1/615<1/400；结构构件最大应力比为0.83，可知桥面吊行进过程中构件满足容许应力305MPa限值要求，行走工况结构受力满足要求。

图3 桥面挠度图

图4 桥面应力比云图

针对桥面吊在柱顶进行吊装时，其支腿下方的T型挑臂挠度变形过大的现象，需要进行加固处理，从永临结合的角度出发，将支腿下方的T型挑臂采用H型钢（HI50×150×10×14）加强挑臂进行替换（图5）。

图5 加强挑臂替换模型图

采用有限元分析软件进行分析，取最大吊装工况荷载作用下（桥面吊16m半径吊重3.5t），吊臂转向至与支腿对角线重合时，其吊臂下方的支腿压力值最大，其值为207.8kN。模拟分析结果如图所示（图6、图7），结果显示：加强H型钢挑臂的最大应力比为0.65，最大挠度值为5.06mm，不超过次梁挠度允许值l/250，故桥面吊在柱顶作业时，其支腿下方的加强挑臂承载力满足要求。

图6 加强挑臂处挠度图

图7 加强挑臂处节点应力比云图

标准段钢柱与梁底支座采用焊接连接，分联段位置梁底设计为滑动支座连接，梁底支座置于柱顶橡胶垫板上，无侧向支撑措施，当位于分联段钢柱顶作业时，除将分联段两侧钢梁采用临时码板连接成整体外，还需设置侧向临时支撑防止钢梁发生倾覆。由于山地环境特殊，侧向临时支撑考虑依附于现有结构设置，采用热轧HW175×175×7.5×11型钢焊接于柱身（图8），对四个支腿下方的加强挑臂进行支撑，加固箱体梁分联处节点。

图8 分联处节点强化措施

采用有限元分析软件验算此加固措施稳定性，取最大吊装工况荷载进行分析（桥面吊16m半径吊重3.5t），当吊臂转向至垂直于桥梁方向作业时，为最不利工况，此时吊臂下方的支腿压力值之和为199.3kN，建立整体结构模型，如图（9）所示其强度满足要求。箱体梁最大挠度为32mm，跨度为16m，挠跨比为1/500<1/400；分联处箱体梁结构构件最大应力比为0.82，分联处连接板最大压应力为212MPa，满足容许应力305MPa限值要求，故桥面吊在分联处吊装工况结构受力满足要求。

图9 分联处挠度图

图10 分联处节点应力比云图

图11 分联处连接板应力云图

参考文献

[1] GB 50009-2012 建筑结构荷载规范[S]，北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2] GB 50017-2017钢结构设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.

（责任编辑：何雯丽）