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摘要：本文介绍了京沪高铁南京大胜关长江大桥钢梁架设过程中，如何安全、高效、快速的完成钢梁架设安全平台的搭设、应用及拆卸的综合设计，在实际施工过程中的优化改进。
关键词：安全平台；脚手架；结构计算；钢梁架设
1、工程简介
京沪高铁南京大胜关长江大桥位于既有南京长江大桥上游20km处，是京沪高速铁路和沪汉蓉铁路共同的越江通道，同时搭载南京市地铁十二号线，为六线铁路桥。大桥全长14.789km，跨水面正桥长1615m，采用双孔通航的六跨连续钢桁拱桥（109+192+2×336+192+109）m，采用三桁承重结构，全桥钢梁总重8.5万吨。六跨连续钢桁拱主桥钢梁架设采用从两侧往跨中架设、跨中合龙的总体方案。六跨连续钢桁拱共设4个合龙口，南北两侧192m 边跨各一个，两孔336m主跨各一个，全桥4个钢梁合龙口均采用双悬臂合龙。
2、总体设计理念
2.1京沪高铁南京大胜关长江大桥是世界上目前仅有的一座六线高速铁路钢桥，具有体量大、跨度大、荷载大、速度高“三大一高”的显著特点。全桥用钢量达到三十六万吨，共计9万多根大小杆件，最重的单根杆件有120吨。为了将这九万多根杆件逐一安装到位，必须分别采取吊装、对接、拼装、高栓施拧、油漆涂刷等工序，才能完成大桥合龙。
钢梁杆件共分为桁拱拱脚区段杆件，主桁与桁拱其他区段杆件，拱桁上下平联、横连杆件，拱桁竖杆，拱桁吊杆，平弦主桁上弦杆件，平弦主桁下弦杆件，平弦竖杆，平弦斜杆，平弦上下平联、横联、桥门架杆件，正交异性整体式桥面板等。
由于众多杆件具有不同重量，不同样式，不同架设方式的特点，且要兼顾钢梁杆件完成架设的各个工序阶段，特别分成了上弦脚手架；下弦脚手架；钢桁拱下弦拧脚手架；平联、横联、桥门架施拧脚手架；竖杆、吊杆脚手架；桥面板脚手架。
2.2为了确保钢梁架设工程中安全平台具有足够的安全性，同时要求，在有条件的地方，必须挂设安全网，辅助安全通道等。同时，施工人员必须使用安全带，尽可能与安全平台形成整体的总的设计指导方案。
3、安全平台结构计算
南京大胜关长江大桥钢梁架设安全平台中的主要受力结构构件是各类施工脚手架，其主要材质为[14b、[10，∠75×8×75，∠63×6×63，∠40×5×40等型钢用普通螺栓连接而成，再在架子上铺设5cm厚，30cm宽度的木脚手板而形成。同时，每种型钢使用在不同钢梁杆件架设中，针对每种类型的构件使用，做如下结构计算。
3.1、计算依据
(1)、南京大胜关长江大桥钢梁架设施工设计图纸
(2)、钢结构设计规范
3.2、施工荷载
(1)、脚手板：面荷载2KN/m2或 单位移动荷载1.5KN/m
(2)、步梯：跨中集中荷载1KN
(3)、自重：钢：78.5 KN/m3，木：8KN/m3
3.3、结构计算
3.3.1、摩擦承载力计算
在吊杆、桥门架、拱桁等倾斜杆件的高栓施拧脚手架中，采用在杆件上设置卡箍装置，利用拉杆预拉16KN的压力产生静摩擦力，来承载由脚手架的重力、施工荷载等产生的水平分力。在实际应用中，必須在角钢与钢梁中垫4mm的橡胶垫层，以增加摩擦力。
A、钢与橡胶的静摩擦系数：μ=0.75
B、产生的静摩擦力：f=μF=0.75×4×16=48KN（设4根拉杆），而实际脚手架自重及施工荷载总重不足20KN，有足够的安全储备。
3.3.2、螺栓计算
脚手架采用M12、M16两种螺栓连接，以下以M12螺栓计算
M12螺栓容许剪力[F]=A[τ]=0.84×11=9.24KN
步梯螺栓（普通）：F=0.5KN；
步梯螺栓（搭设脚手）：F=3×0.6×2/4=0.9KN
吊挂梁螺栓：F=12.2/2=6.1KN
连接杆件：F=3×3/2=4.5KN
3.3.3、步梯及连接系的基本构件结构计算，表格一：
3.3.4、安全平台的主要受力结构都是横担在钢梁体上面的吊挂梁，并主要具有以下三种工况，如下图所示，表格二：
3.3.5、吊挂梁各种工况结构计算，表格三：
4、工厂加工制造技术要点
(1)钢梁架设安全平台构件主要是型钢型材，在机加工过程中应注意合理下料，避免浪费，考虑材料的通用性，综合考虑。
(2)构件中的型钢需要开孔处，直径六毫米以上孔径必须使用机制钻孔，六毫米以下可以冲孔，但不能直接采用乙炔焰气割成孔。
(3)吊挂梁必须采用整体杆件，不得利用余料焊接加工，如因型材长度不够，确需接长，应报工程部门计算，经答复后方可接长使用，并尽可能补强型材。
(4)吊挂梁及步梯上开孔位置需要补强部位必须补强，避免型材因壁厚不够而发生严重的剪切变形。
(5)所有杆件的补强部位采用与材质相符的焊接材料，不得采用碱性焊条，并应注意焊缝应做到顺直，密实，无渣及焊缝高度应不小于补强板厚度。
(6)设计中所使用的型材已经过计算结构强度，不得擅自改变型材的型号，不得使用非标型材，以次充好。
(7)加工完成后应对开孔、切割部位及型材本身的毛刺进行打磨清理。
5、安全平台构件拼装、使用及拆卸要点
(1)钢梁架设安全平台构件宜采取地面拼装，完成安全平台并做好安全措施，再起吊钢梁杆件。若情况特殊无法实时地面拼装，应尽量分块预拼，减少高空作业。
(2)钢梁杆件起吊时，附着杆件上的安全平台构件必须捆绑牢靠，构件与杆件棱角接触处应用胶皮垫好并不得妨碍钢梁杆件的正常起吊和拼装，如有影响应拴上安全绳，防止构件的滑动。
(3)安全平台构件在高空拼装时，必须有固定的信号指挥。信号员应事先检查场地周围有无障碍，构件拼装过程中，信号员、吊车司机、架梁人员要密切配合、指挥得当、操作准确。信号员的哨音手势和旗语应宏亮、正确、清楚，如遇妨碍司机视线处，应增加传递信号人员。吊物下面严禁站人。
(4)拆装脚手架，紧固螺栓等工作，应上、下交叉进行，尽量避免双层作业。
(5)拼装脚手架结构必须牢固，连接螺栓必须拧紧，脚手板必须使用红、白松，其厚度不得小于50mm，跨度不得超过2m，并不得使用腐朽木料，脚手板必须钉牢，不得有缝隙和探头板，板边缘应有100mm高的挡板，并装设栏杆。
(6)箱形下弦杆平面两侧，应特设防护栏杆，栏杆应与弦杆卡固。针对倾斜式钢梁案件，可采取设置禁锢拉杆组件，不允许在钢梁杆件上电焊。
(7)拼装钢梁上平联时，因在不能张挂安全网和搭设平台脚手的情况下操作，应在两桁上弦节点处加设临时联结杆件，并在其上栓结钢丝绳，作业者将安全带挂其上，达到安全带高挂低用的效果，作业者应在背挂好安全带的情况下沿上平联杆件骑行至作业点。
(8)安全平台上严禁堆载、散放任何与施工无关的工具器具等，高强螺栓可以采取分批运送的方式，不得超过安全平台的设计荷载，钢梁杆件拼接板严禁至于安全平台上，
(9)未完全形成的安全平台处应经确认防护栏杆，上下梯子、人行道等的安全使用，否则必须在安全平台完整安装后才允许使用。
(10)各种安全平台在安装完毕后，必须经过检查签证，并填写记录有关人员认可后，方能使用。
6、安全注意事项
(1)钢梁架设平台安装开始前，使用的工具、吊具、构件、脚手板、爬梯、安全带、安全网、起重设备等应经有关人员验收合格后方能使用并应配足、配齐数量，机械应经过试运转并试吊认可后使用。安全网、安全带应按规定作模拟人体冲击试验，合格后方能使用。
(2)参加高空作业人员，必须挂好安全带并在进行垂直双层作业时应有相应的安全措施。钢梁架设前必须进行作业人员进行身体检查，凡不合格者不得参加架梁高空作业。
(3)夜间作业应有足够的照明设备。手持式工作灯应使用安全电压，手持电动工具电源处应加装漏电保护器。
(4)钢梁上种种电动机械的动力电缆和照明线路必须保护绝缘良好，有专人值班，建立相应的应急处理预案。
(5)安全平台拼装过程中要指派专人和气象及地震部门取得联系，若有情况及时通知施工部门采取安全措施。风力达6级和6级以上时停止架梁。
(6)冬季安全平台上要特别做好防冻、防滑等安全防护工作。
(7)夏季安全平台上有防雷措施，最好跟钢梁防雷设施连接一体。
7、小结
整个钢梁架设历时一年半的时间，钢梁架设安全平台总的来讲使用比较方便，结构轻巧，并可以灵活倒用到各种不同的钢梁架设部位。但同时拼装、应用、拆除等各个环节在实际应用中还有进一步改进的空间，以做到更高效、安全的完成钢梁架设。尤其值得注意的，钢梁杆件架设过程中全部处于长江江面上，来往船舶较多，施工人员在高栓施拧过程中应密切注意安全带的使用、杂物的堆放，避免杂物掉落至来往船舶上。同时，在脚手架拆除过程中应尽量避免使用乙炔焰割除构件。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：安全平台；脚手架；结构计算；钢梁架设
1、工程简介
京沪高铁南京大胜关长江大桥位于既有南京长江大桥上游20km处，是京沪高速铁路和沪汉蓉铁路共同的越江通道，同时搭载南京市地铁十二号线，为六线铁路桥。大桥全长14.789km，跨水面正桥长1615m，采用双孔通航的六跨连续钢桁拱桥（109+192+2×336+192+109）m，采用三桁承重结构，全桥钢梁总重8.5万吨。六跨连续钢桁拱主桥钢梁架设采用从两侧往跨中架设、跨中合龙的总体方案。六跨连续钢桁拱共设4个合龙口，南北两侧192m 边跨各一个，两孔336m主跨各一个，全桥4个钢梁合龙口均采用双悬臂合龙。
2、总体设计理念
2.1京沪高铁南京大胜关长江大桥是世界上目前仅有的一座六线高速铁路钢桥，具有体量大、跨度大、荷载大、速度高“三大一高”的显著特点。全桥用钢量达到三十六万吨，共计9万多根大小杆件，最重的单根杆件有120吨。为了将这九万多根杆件逐一安装到位，必须分别采取吊装、对接、拼装、高栓施拧、油漆涂刷等工序，才能完成大桥合龙。
钢梁杆件共分为桁拱拱脚区段杆件，主桁与桁拱其他区段杆件，拱桁上下平联、横连杆件，拱桁竖杆，拱桁吊杆，平弦主桁上弦杆件，平弦主桁下弦杆件，平弦竖杆，平弦斜杆，平弦上下平联、横联、桥门架杆件，正交异性整体式桥面板等。
由于众多杆件具有不同重量，不同样式，不同架设方式的特点，且要兼顾钢梁杆件完成架设的各个工序阶段，特别分成了上弦脚手架；下弦脚手架；钢桁拱下弦拧脚手架；平联、横联、桥门架施拧脚手架；竖杆、吊杆脚手架；桥面板脚手架。
2.2为了确保钢梁架设工程中安全平台具有足够的安全性，同时要求，在有条件的地方，必须挂设安全网，辅助安全通道等。同时，施工人员必须使用安全带，尽可能与安全平台形成整体的总的设计指导方案。
3、安全平台结构计算
南京大胜关长江大桥钢梁架设安全平台中的主要受力结构构件是各类施工脚手架，其主要材质为[14b、[10，∠75×8×75，∠63×6×63，∠40×5×40等型钢用普通螺栓连接而成，再在架子上铺设5cm厚，30cm宽度的木脚手板而形成。同时，每种型钢使用在不同钢梁杆件架设中，针对每种类型的构件使用，做如下结构计算。
3.1、计算依据
(1)、南京大胜关长江大桥钢梁架设施工设计图纸
(2)、钢结构设计规范
3.2、施工荷载
(1)、脚手板：面荷载2KN/m2或 单位移动荷载1.5KN/m
(2)、步梯：跨中集中荷载1KN
(3)、自重：钢：78.5 KN/m3，木：8KN/m3
3.3、结构计算
3.3.1、摩擦承载力计算
在吊杆、桥门架、拱桁等倾斜杆件的高栓施拧脚手架中，采用在杆件上设置卡箍装置，利用拉杆预拉16KN的压力产生静摩擦力，来承载由脚手架的重力、施工荷载等产生的水平分力。在实际应用中，必須在角钢与钢梁中垫4mm的橡胶垫层，以增加摩擦力。
A、钢与橡胶的静摩擦系数：μ=0.75
B、产生的静摩擦力：f=μF=0.75×4×16=48KN（设4根拉杆），而实际脚手架自重及施工荷载总重不足20KN，有足够的安全储备。
3.3.2、螺栓计算
脚手架采用M12、M16两种螺栓连接，以下以M12螺栓计算
M12螺栓容许剪力[F]=A[τ]=0.84×11=9.24KN
步梯螺栓（普通）：F=0.5KN；
步梯螺栓（搭设脚手）：F=3×0.6×2/4=0.9KN
吊挂梁螺栓：F=12.2/2=6.1KN
连接杆件：F=3×3/2=4.5KN
3.3.3、步梯及连接系的基本构件结构计算，表格一：
3.3.4、安全平台的主要受力结构都是横担在钢梁体上面的吊挂梁，并主要具有以下三种工况，如下图所示，表格二：
3.3.5、吊挂梁各种工况结构计算，表格三：
4、工厂加工制造技术要点
(1)钢梁架设安全平台构件主要是型钢型材，在机加工过程中应注意合理下料，避免浪费，考虑材料的通用性，综合考虑。
(2)构件中的型钢需要开孔处，直径六毫米以上孔径必须使用机制钻孔，六毫米以下可以冲孔，但不能直接采用乙炔焰气割成孔。
(3)吊挂梁必须采用整体杆件，不得利用余料焊接加工，如因型材长度不够，确需接长，应报工程部门计算，经答复后方可接长使用，并尽可能补强型材。
(4)吊挂梁及步梯上开孔位置需要补强部位必须补强，避免型材因壁厚不够而发生严重的剪切变形。
(5)所有杆件的补强部位采用与材质相符的焊接材料，不得采用碱性焊条，并应注意焊缝应做到顺直，密实，无渣及焊缝高度应不小于补强板厚度。
(6)设计中所使用的型材已经过计算结构强度，不得擅自改变型材的型号，不得使用非标型材，以次充好。
(7)加工完成后应对开孔、切割部位及型材本身的毛刺进行打磨清理。
5、安全平台构件拼装、使用及拆卸要点
(1)钢梁架设安全平台构件宜采取地面拼装，完成安全平台并做好安全措施，再起吊钢梁杆件。若情况特殊无法实时地面拼装，应尽量分块预拼，减少高空作业。
(2)钢梁杆件起吊时，附着杆件上的安全平台构件必须捆绑牢靠，构件与杆件棱角接触处应用胶皮垫好并不得妨碍钢梁杆件的正常起吊和拼装，如有影响应拴上安全绳，防止构件的滑动。
(3)安全平台构件在高空拼装时，必须有固定的信号指挥。信号员应事先检查场地周围有无障碍，构件拼装过程中，信号员、吊车司机、架梁人员要密切配合、指挥得当、操作准确。信号员的哨音手势和旗语应宏亮、正确、清楚，如遇妨碍司机视线处，应增加传递信号人员。吊物下面严禁站人。
(4)拆装脚手架，紧固螺栓等工作，应上、下交叉进行，尽量避免双层作业。
(5)拼装脚手架结构必须牢固，连接螺栓必须拧紧，脚手板必须使用红、白松，其厚度不得小于50mm，跨度不得超过2m，并不得使用腐朽木料，脚手板必须钉牢，不得有缝隙和探头板，板边缘应有100mm高的挡板，并装设栏杆。
(6)箱形下弦杆平面两侧，应特设防护栏杆，栏杆应与弦杆卡固。针对倾斜式钢梁案件，可采取设置禁锢拉杆组件，不允许在钢梁杆件上电焊。
(7)拼装钢梁上平联时，因在不能张挂安全网和搭设平台脚手的情况下操作，应在两桁上弦节点处加设临时联结杆件，并在其上栓结钢丝绳，作业者将安全带挂其上，达到安全带高挂低用的效果，作业者应在背挂好安全带的情况下沿上平联杆件骑行至作业点。
(8)安全平台上严禁堆载、散放任何与施工无关的工具器具等，高强螺栓可以采取分批运送的方式，不得超过安全平台的设计荷载，钢梁杆件拼接板严禁至于安全平台上，
(9)未完全形成的安全平台处应经确认防护栏杆，上下梯子、人行道等的安全使用，否则必须在安全平台完整安装后才允许使用。
(10)各种安全平台在安装完毕后，必须经过检查签证，并填写记录有关人员认可后，方能使用。
6、安全注意事项
(1)钢梁架设平台安装开始前，使用的工具、吊具、构件、脚手板、爬梯、安全带、安全网、起重设备等应经有关人员验收合格后方能使用并应配足、配齐数量，机械应经过试运转并试吊认可后使用。安全网、安全带应按规定作模拟人体冲击试验，合格后方能使用。
(2)参加高空作业人员，必须挂好安全带并在进行垂直双层作业时应有相应的安全措施。钢梁架设前必须进行作业人员进行身体检查，凡不合格者不得参加架梁高空作业。
(3)夜间作业应有足够的照明设备。手持式工作灯应使用安全电压，手持电动工具电源处应加装漏电保护器。
(4)钢梁上种种电动机械的动力电缆和照明线路必须保护绝缘良好，有专人值班，建立相应的应急处理预案。
(5)安全平台拼装过程中要指派专人和气象及地震部门取得联系，若有情况及时通知施工部门采取安全措施。风力达6级和6级以上时停止架梁。
(6)冬季安全平台上要特别做好防冻、防滑等安全防护工作。
(7)夏季安全平台上有防雷措施，最好跟钢梁防雷设施连接一体。
7、小结
整个钢梁架设历时一年半的时间，钢梁架设安全平台总的来讲使用比较方便，结构轻巧，并可以灵活倒用到各种不同的钢梁架设部位。但同时拼装、应用、拆除等各个环节在实际应用中还有进一步改进的空间，以做到更高效、安全的完成钢梁架设。尤其值得注意的，钢梁杆件架设过程中全部处于长江江面上，来往船舶较多，施工人员在高栓施拧过程中应密切注意安全带的使用、杂物的堆放，避免杂物掉落至来往船舶上。同时，在脚手架拆除过程中应尽量避免使用乙炔焰割除构件。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。