大跨度钢桁架连续梁桥施工及监控技术

大跨度钢桁架连续梁桥施工及监控技术

杜佳翰

中大智能科技股份有限公司单位省市：湖南省长沙市单位邮编：410006

摘要：铁路、公路桥梁施工技术的提升与施工装备的升级不仅是我国从“交通大国”向“交通强国”转变的重要因素，同时也是我国基础建设和民生工程的根基。钢桁架梁桥具有承载能力强、跨越能力大、施工速度快和结构耐久性好等特点，在国外各类桥梁和我国铁路桥梁建设中较早地得到普遍应用。近几年，为提升我国公路桥梁的品质和耐久性，降低全寿命周期成本，在公路桥梁中积极推进钢结构桥梁建设，钢桁梁桥在公路桥梁中得到普遍应用。本文以某工程为例，探究大跨度钢桁架连续梁桥施工及监控技术的有效应用。

关键词：大跨度；钢桁架连续梁桥；施工；监控

近些年来，随着我国在基础建设上的巨大投入，各种不同结构类型的桥梁不断涌现，尤其是大跨度桥梁发展迅速。以前，施工技术多依靠工程人员长期的实践经验积累。人们在建造桥梁的过程中并没有过多的考虑结构安全，“施工监控”这一概念也没有被提及。由于条件的限制，在桥梁施工过程中桥梁的安全往往得不到充分的保证，尤其在大跨径桥梁的施工过程中，施工监控显得更加重要。可以说，大型桥梁的施工过程是一个系统工程，系统中的各个部门是这个系统的组成单元，施工监控部门是确保桥梁施工安全最重要的单元，是为确保桥梁施工的安全与质量特殊设置的。大跨度钢桁架连续梁桥作为一种特殊的桥梁类型，在交通工程建设中得到了广泛应用。笔者结合某工程项目，探讨大跨度钢桁架连续梁桥施工及监控技术。

1. 工程概况

某桥梁跨越高铁线路与公路线路之上，其钢桁梁主桁为正三角结构，其间为倒三角结构，布置图如图1所示，尺寸参数如表1所示，斜交角为14°、72°，总重约为2700t。期初设计施工方案为配重纵向顶推法，简支梁铺架后进行简支梁平台两侧钢管帮宽布置，于拼装平台进行导梁布置，其后配重，最后进行顶推作业。经过比选与优化设计，原施工方案可能影响下部已有线路，施工风险较大，随即进行施工方案调整，采用刚桁架梁整体横移方案施工。施工流程为:场地平整作业→支架基础施工→支架安装→轨道梁安装→滑道安装→龙门吊安装→钢桁梁组装→支撑设备架设→附属设备安装→钢桁梁涂装→钢桁梁横移→滑道梁拆除→调整落梁位置→支座安装作业→钢桁梁验收→支架拆除作业。

图1钢桁架主梁布置图(mm)

表1钢桁梁主要尺寸表(m)

钢桁梁施工过程中，由于全过程均需要考虑各部分结构构件的受力情况，且需要判断最不利位置、关键部位、特殊构件的情况，故采用有限元模型建模，考虑运用普遍适用于桥梁分析研究的MidasCivil软件进行。参考表2～4参数建立的空间3D模型，包括主桁杆件、联结部件、桥面部件等。由于主桁相关构件在施工前已于工厂完成，在现场对接时利用整体节点的方式进行现场拼接。有限元模型如图2所示。

表2主桁参数表(mm)

表3联结参数表(mm)

表4桥面参数表(mm)

图2钢桁梁3D有限元模型图

2. 钢桁架连续梁桥施工技术要点

2.1施工准备工作

为了高效开展桥梁施工作业，应做好前期的准备工作。基于本桥梁的设计和施工方案，施工人员要认真研读图纸，了解方案设计意图，并做好施工前的技术交底工作。同时，还要做好材料的准备，选择质量达标的材料，并按照施工顺序安排材料进场，从而保障材料质量满足施工质量要求。

2.2梁段组拼作业施工平台

在现场安装与焊接等因素的影响下，在施工时在焊缝位置预留施工平台，同时为后续施工提供安全保障。在构建水上施工平台时科学选择钢管柱，最好选择强度大、刚度高、稳定性好的钢管柱，这样才能达到支撑平台的效果。同时，对平台进行预压处理，降低施工平台出现不均匀沉降以及非弹性变形等问题的几率。

2.3龙门吊架设钢桁梁施工

从施工现场的情况来看，在加工厂完成钢桁梁单元件的拼装工作，并做好各段尺寸的检查工作，在完成检查工作后，通过水运的方式将单元件运输至施工现场，其次，施工单位在施工现场设置龙门吊，之后在作业平台上开展节段拼装焊接工作。借助履带吊实现栈桥施工，然后开展临时墩施工，最后将经过处理的钢桁梁构件安装在指定位置。

2.4现场焊接

在现场焊接过程中，应按照以下焊接程序要求进行：（1）焊接环形焊缝时，应安排双数焊接人员，并进行对称焊接；（2）箱型结构焊接时，先进行腹板两侧焊接，待立焊位置焊缝焊至板厚的1/3时，再进行平、仰位置的焊接，且保障仰焊缝、平焊缝焊接的同步性。在桥上焊接时，应注意以下几点：桥上焊接为空中作业，为了保障焊缝焊接的质量，则应搭设临时焊接平台，并对焊工进行培训，使其具有稳定的施焊情绪，确保人员的安全；本工程采用气体保护焊进行焊缝，焊丝应采用药芯焊丝，以保障焊接的安全性；在确定焊接工艺的基础上，要充分考虑大间隙对接焊缝的情况，因为大量工程现场焊接经验表明，受杆件加工制造和安装尺寸会存在一定的偏差，可能导致桥上对接焊缝的根部间隙不在正常范围内，造成大间隙对接焊缝的状况，因此，要对大间隙对接焊缝进行考虑，确保桥上焊接的质量。

3. 施工监控思路及工作内容

3.1监控思路

桥梁结构理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过施工时的浇筑过程的控制以及结构标高调整来获得预先设计的应力状态和几何线形，是大跨桥梁施工中非常关键的问题。尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，但是由于施工中出现的诸多因素，事先仍难以精确估计，而且在实际施工过程中由于施工误差，会使实际结构与原设计不符。所以在施工中对桥梁结构进行实时监测，并根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应调整是十分重要的。

桥梁施工监控关注的重点主要有以下几个方面：

（1）空间结构的静力受力分析，包括施工阶段以及成桥状态下结构的内力、变形。（2）空间桥梁结构的动力性能分析，包括自振频率、振型、阻尼比。（3）分段吊装过程中各个节段的预拱度分析。（4）桥梁施工过程中临时荷载对桥梁结构的影响。（5）临时支墩以及基础的沉降对桥梁结构的影响。（6）日照、温度对桥梁结构的影响。

当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积。所以施工监测和控制是大跨桥梁施工过程中不可缺少的工序。

3.2施工监控内容

为了保障大跨度钢桁架连续梁桥施工的质量，施工单位应该监控施工的全过程。温度监控、线形监控、应力监控以及墩柱沉降监控是主要的监控内容。其中，温度监控就是及时监控施工过程中各个关键点的温度，从而提供优质的定位坐标服务于应力控制工作;线形监控是监控施工时结构线形的变化情况，科学控制水平方向与纵向的偏移量，如果偏移量较大必须停工分析原因并利用有效措施解决，确保结构线形符合设计要求;应力监控则是对应力参数与实际应力数据进行对比分析，判断实际应力是否在合理范围内;墩柱沉降监控是在墩柱上设置棱镜，从而掌握墩柱的沉降情况。

3.3施工阶段的工艺监控要求

3.2.1支架施工阶段

为了消除支架的非弹性变形，施工单位要对临时支架进行预压，并加强弹性变形值的测量，确定钢桁架的预抬值。此过程要对弹性变形量进行监控、对支架预压情况进行监测，要求支架预压时间不低于3d，连续24h内沉降量应不超过2mm。

3.2.2钢桁架拼接施工阶段

在施工全过程监控中，钢桁架拼接施工的监控时间最长，因为该阶段的工程量较大，所以，在此阶段要做好监控工作。该阶段主要分为3个阶段的监控，即钢桁梁满堂支架拼装阶段、合龙阶段、支架拆除阶段。具体而言：（1）钢桁梁满堂支架拼装阶段，基于施工实际情况，监控单位应对加工预拱度、应力参数、施工定位等进行监控，以保障后续工作的开展；（2）合龙段阶段，在合龙节段架设前，监控单位要连续测量关键节点的应力和控制点的高程，测量时间为3d，采集和测量的频率为2h/次，从而在最佳时机进行合龙节段架设；（3）支架拆除阶段，为了确定最佳拆架顺序，监控单位应进行相应的模拟计算，在实际拆架过程中，应监测应力和高程，并对比分析实测值和理论值，确保偏差在允许范围内，从而保障桥梁结构的可靠性和安全性。

本工程中，监控时间长且工作量比较大的环节是钢桁架现场拼装，为确保拼装质量，相关单位要做好沟通和协调工作。监理单位要依据实际开展分析计算，为施工单位提供准确无误的控制点高程及钢桁架预拱度，并将应变计布设在关键杆件的受力部位，当一个节段施工后，应及时采集应力，与理论应力做对比，获取偏差值。若是偏差超出规范要求必须停工并查明原因，解决处理后才能恢复施工，避免影响结构的安全性。可依据监理单位给出的预拱度加工钢桁架，在一个节段施工后，开展联合测量，借此来复核施工定位，确认无误后，便可施工下个阶段。

3.2.3桥面板施工及铺装阶段

监控单位应在预应力钢束张拉前后进行应变数据采集，并将采集数值与理论值对比，从而保障合理施加应力。本工程的桥面板施工过程中，有效观测试验段、预应力张拉、锚固区混凝土的表面裂纹，从而避免裂纹的出现；同时，对混凝土桥桥面板与钢桁架上弦杆之间的纵向滑移量进行有效监测，从而保障桥面板的施工质量。

结语：

随着我国交通强国战略的持续推进，公路里程不断增加。在修建公路的过程中为跨越山川沟谷和江河湖泊不得不修建桥梁跨越障碍物。钢桁架梁式桥其所用材料和结构形式大大降低了桥梁上部结构自重，其跨越能力相比普通混凝土和预应力混凝土而言显著增强。钢桁架结构受力复杂、施工中工况多、施工难度大、风险高，因此有必要对大跨径钢桁架连续梁桥施工过程中的关键技术加以分析。

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