钢箱梁截面有效分布宽度的计算分析

钢箱梁截面有效分布宽度的计算分析

王泽华

深圳华粤城市建设工程设计有限公司,广东省深圳市518172

摘要：超大截面钢箱梁的桥位制造过程中，以基准控制、公差控制等措施，减小了钢箱梁的误差，确保了精度的控制，从而减少了实际装配中的失误。节段预拼装的操作，有效确保了整体线型及端口匹配平顺，减少了后续的调整，大幅度提高了制造效率。而提梁站与步履式顶推方式的选择，能有效进行施工控制，减小钢箱梁损伤及主体结构的整体受力，减少现场施工的工期流程与额外的运输等消耗，为以后相似类型的超大截面钢箱梁桥位的流水线设计提供了宝贵的经验。本文主要分析钢箱梁截面有效分布宽度的计算。

关键词：钢箱梁;有效宽度;单箱宽度

引言

进行钢箱梁桥设计时首先要确定桥梁截面布置型式。钢箱梁的截面设计要充分考虑翼缘有效分布宽度，尽可能使截面翼缘受力时全宽有效，减小剪力滞效应对翼缘板应力计算结果的影响。钢箱梁截面单箱宽跨比不宜过大，否则截面不经济，容易造成钢材浪费。以跨径30m～50m的多跨连续钢箱梁桥为例，对钢箱梁截面有效分布宽度进行分析研究。

1、设计主要过程

（1）考虑地形、地质及道路总体要求，结合工程区域近远期规划等要素，合理确定连续梁的平面和跨径布置。（2）根据桥梁周边场地、交通运输条件等合理拟定桥梁的施工工艺。（3）根据该布置情况及相应受荷计算要求确定跨中及支点截面梁高，及梁底曲线，初步确定梁体构造。（4）建立桥梁模型，对桥梁结构进行计算，根据计算结果调整梁截面尺寸、钢板厚度、连接方式、加劲肋等的布置位置、大小及方式，进一步确定梁体构造。（5）对全桥结构进行核算，并满足各项构造措施要求。

2、钢箱梁桥位现场节段拼装

现场组装钢箱梁节段，由多个且不同的板单元进行装配，最终在胎架上组成梁段。胎架应使用专用胎架，提交设计要求并进行计算，之后通过马板对板单元进行固定。为避免暴力拆卸对母材造成损伤，产生咬边及弧坑，现场人员应对马板相关的拆除进行监督，严禁以锤击的方式拆除马板，应在距母材表面1~3mm处用气割切除，并在切割完成后，对该位置进行打磨。钢箱梁的专用胎架适用于整体组装，在设计之初，应确保其承载力，防止后续生产组装过程中因胎架承载力不足，基础发生沉降，从而影响钢箱梁的成形，造成形变或损伤。与此同时，专用胎架的设计应保证刚度，防止在后续拼装时胎架变形，对钢箱梁的外形造成影响，最终导致钢箱梁发生形变或在局部位置积聚应力，产生安全隐患。为控制胎架的位置及高程，需要设立基准点，严格按照施工工艺进行监控与调整，防误差的产生。而在后续的钢箱梁组装时，基准点可以便于对板单元位置或各种构件进行定位，从而确保钢箱梁段整体的精度要求，减小制作时的误差。钢箱梁总拼时，应同时进行组装、焊接和预拼装，这样能有效地减少后续的时间损耗，加快生产进度。根据场地的长度，以“10+1”为基准，在场地进行连续的钢箱梁组装及预拼装步骤。钢箱梁每轮完成时，应确保最后一处节段用于下轮的总拼，从而控制每一轮钢箱梁节段装配的线型，减少桥位现场装配可能出现的误差及错误。钢箱梁总拼并验收合格后，将分段运至整体报验区进行修补和完工报验。在打磨与完工报验结束后，以液压平板车依顺序将分段运至涂装厂房进行打砂涂装。涂装完成后用液压平板车转至缓存区和提梁区。

3、线形控制和调整

参考桥梁制造安装验收标准，横向焊接作业交替过程、装配公差和预定义线性形状基本上是经验控制，施工过程需要根据焊接零件的结构偏差实时调整后续控制措施,包括桥梁标高、轴偏移、梁长度的总偏差、箱口匹配精度等，同时考虑桥面宽度和桥梁横向坡度。(1)高程控制是这种桥梁线控制的关键要素，从地面高程控制到顶面高程调整，施工期间分阶段监测和数据收集分两个阶段进行:清理前和清理后。由于支架基础的不均匀沉降是无法控制的因素，桥梁车轮首次架设的初期时间将推进生产线类型。沉降的累积平均值由后续连续观测确定。在单段焊接结束时，根据梁的段类型，使用多点连接千斤顶和单点高程调整方案，以确保顶部高程不超过单个支架桩的承载能力。在本研究中，每个调节系统配置六个300t的千斤顶，心面向支架管桩，支撑侧腹、中间腹和隔板；为了避免过度负荷，起点处的多点连接将确保同步，直到最低点的高程达到默认值，并且将尽可能检查每个桥梁点高程是否处于正差值(+ 5~ + 10 mm)内，以避免进一步细分。为防止单个控制点的反作用力过大，高程超出默认值的点将逐个移动，并返回到默认高程。梁底部接触面设置平垫片和铁楔，以防止梁底部在提升过程中变形，并确保接触面适合梁底部表面；会在环的顶部平板上设置防滑锁，以防止梁段在操作过程中偏移过大。(2)板机分散时，应尽量消除桥台轴的横向偏差，在每次路面转动前使用全站仪进行精确放样，并根据中厚板机组的位置和调节，将桥台轴分别设置在轮胎码头的顶部和远端桥轴线偏差主要是对接焊缝不均匀收缩和支架不均匀下降造成的，5mm以内偏差可通过调整高程来纠正；当偏差较大时，必须使用圆柱进行横向调整，以便梁段中心线不超过设计中心线1mm。(3)由于仅设置了中间的纵向分段，未设置边缘，板单元均为双向净尺寸，因此梁长度控制由正公差控制，每个环的正公差+6mm将在代码缝合时设置，以补偿由梁引起的缩进 五个梁段的累计测量误差不得超过±10mm，超灵敏梁段可由下一个凹槽的头部间隙调整，累计总长度不得超过±20mm。

4、桥位现场作业

钢箱梁节段在桥位顶推至前一节段后，通过监控单位的数据计算，调整出适当的线型与高程，之后用马板固定后再进行焊接。桥位现场的工作主要分为以下内容：（1）不同钢箱梁节段之间的接口环缝的焊接与检验；（2）钢箱梁内部U肋与I肋之间的连接板，高强螺栓的安装与紧固；（3）U肋及I肋嵌补段之间的打磨焊接、焊缝检查等；（4）油漆补涂与一些附属设施，如水管等的安装。钢箱梁节段通过运梁平台转送至顶推平台上时，需要通过全站仪对其线型与预拱度进行测量，确保其精度与准确度，同时，按照监控单位要求，预防一定的焊接反变形量。在后续桥位现场作业中，钢箱梁环缝焊接完成后，需再次通过全站仪复测其线型，如有影响，则需要再次修正，从而保证整体线型无误，满足项目工艺要求与施工要求。顶板、底板、斜底板、腹板环焊缝无损探伤检验合格后，安装高强螺栓，并进行初拧。初拧完成后对全部高强度螺栓复拧；按同样的顺序完成高强度螺栓的终拧，并用密封胶密封螺纹。

结束语

对同一钢箱梁，边跨正弯矩区截面的有效分布宽度最大，中跨正弯矩区的次之，支点负弯矩区的最小。对30m～50m跨径连续梁，钢箱梁单箱宽度在2．0m左右时接近全宽有效，截面较为经济。为保证截面接近全截面有效，箱宽应与跨径对应，不宜偏大。钢箱连续梁截面单箱宽度与连续梁跨径关系可按式(3)～式(5)计算后综合确定。桥宽12．5m、跨径30m～50m的中等跨径钢箱连续梁截面可采用单箱宽度2．1m的双箱单室截面型式。

参考文献：

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[3]张宁莉.浅谈桥梁步履式顶推法施工工艺[J].建设科技,2018(6):121-122.

[4]王志翔，余显全，朱东生．山区大跨径悬索桥钢箱梁制造方案研究［J］．工程技术研究，2019，4(20):25－26．