桥梁大节段钢箱梁施工技术分析

桥梁大节段钢箱梁施工技术分析

崔维康

重庆交通大学 重庆市 邮编400074

摘要：高架桥作为现代城市立体交通体系的核心部分，其建设质量直接影响着城市交通水平的高低。钢箱梁吊装施工技术具有技术先进、应用效果好、采用范围广等诸多优势，合理应用该技术，有助于提高高架桥项目的施工质量和施工效率。本文主要分析桥梁大节段钢箱梁施工技术。

关键词：桥梁施工；大节段；钢箱梁

引言

为实现交通强国战略，全国掀起了新一轮公路、市政等一系列项目建设高峰。在工程建设中，钢箱梁结构具有工期短、施工便捷、对桥下交通影响小的特点。为尽可能减少对既有交通的影响，缩短工期，减少造价，新建桥梁在跨越既有高速公路时，常常采用钢箱梁的结构形式进行跨越。钢箱梁分节段预制，现场吊装的工艺流程就要求在转运、安装节段时对节段进行起吊。钢箱梁采用正交异性桥面板，吊耳位置直接影响钢箱梁节段在吊装过程中的整体稳定、应力分布等受力特性。本文以某跨高速钢箱梁为例，采用有限元软件研究在吊装过程中钢箱梁顶板、底板、加劲肋等构件的应力分布等内容，对指导工程实践、保障施工安全具有重要意义。

1、工程概况

某桥梁工程为跨江大桥，全桥主线长1.68km，桥面分为左右双幅，宽度均为21.25m，按照双向八车道设计。桥址所在地属亚热带海洋性气候，桥址处最高和最低潮位分别为6.62m和0m。主线桥为两联，均为变截面连续箱梁，主桥主跨跨中采用钢箱梁，长度为90m，分为三段。大节段钢箱梁现场焊接作业量少，整体性好，但吊装难度较大，而小节段体积小、重量相对较轻、便于运输及吊装，但现场焊接作业量较大，焊接质量无法保证。基于此，本工程跨中钢箱梁采用工厂小节段制作，在运输船的甲板上拼装成大节段，整体吊装。本文对大节段钢箱梁施工技术展开分析。

2、施工注意事项

1）避免盲目吊装钢箱梁，施工前应对龙门吊进行低空试吊，在保证龙门吊安全运行后，方可正式施工。2）梁段吊装时，要求各吊点的受力具有均匀性，龙门吊始终维持平衡运行的状态。3）例如支点位置的沉降等因素可能会对钢箱梁的安装高程造成影响，在本次钢箱梁安装时已经考虑到此类影响因素，均在设计值的基础上增加了预抬高量，因此施工中需注重预抬高后梁段与墩柱间的平顺衔接，以免影响最终的合拢效果。

3、桥梁大节段钢箱梁施工技术

3.1制造线形

（1）在对钢箱梁分节段焊接的过程中，线性控制是较为常用的方法，具体是指模拟施工条件，计算桥梁的预拱度。线性控制参数具体包括钢箱梁的线形参数和下料参数，钢箱梁中心位置处的上边缘为控制带，计算点设置在每个小截面的两端。按钢箱梁的实际状况，给出胎架的线性参数，可将之近似为无应力状态，即准确计算出钢箱梁的累积变形，按0.5倍的活荷载与施工累积变形的和，反向设置钢箱梁的预拱度。在充分考虑桥梁垂直曲线的基础上，给出钢箱梁的制造指令。（2）将本桥梁大节段钢箱梁分为11个节段，其中每个节段的高程与主跨中心线的顶板和底板，全都设置三个高程观测点，以此来复核并控制加工前后的标高。施工阶段要对梁段的压缩量加以修正，按照钢箱梁的几何特性，对下料参数合理确定。小节段钢箱梁会产生一定的夹角及缝隙，因为制造钢箱梁时，采用以直代曲的方式，以底板中心作为控制点，若是按矩形块对梁段预制，则可能在梁段间出现缝隙，因此可根据钢箱梁截面的几何关系，对顶板修正量加以计算，依据补偿平分原则，按一半补偿两边节段，进而得到钢箱梁顶板的实际下料长度。将底板作为顶板修正量的基准时，可获得考虑误差影响的钢箱梁顶板与底板下料长度。（3）钢箱梁预制是通过直线完成，在两个小段间会产生一定的角度与间隙，使用矩形块的预制梁部分，会出现梁体侵入或梁间间隙的现象。按补偿平分的原则，两边节段按一半补偿。

3.2吊耳位置确定

吊耳是钢箱梁节段在起吊过程中的主要受力构件，确保其正常工作是保证吊装施工安全的前提。为确保吊装过程中的稳定性，每个钢箱梁节段均采用4个吊点进行起吊。确保吊装过程中的稳定性，避免发生较大变形，首先应确定吊耳在钢箱梁节段上的纵向布置位置。在确定吊耳纵向布置位置时，采用有限元软件Midas/Civil建立节段模型，同时在节段上施加4处竖向约束。当4处约束的竖向反力大致相当时，可认为4个吊耳受力均匀，钢箱梁节段在吊装过程中不会发生较大的相对位移。采用此方法可以大致确定吊耳的粗略位置范围。由于钢箱梁顶板为正交异性桥面板，在吊耳焊接位置处受到集中荷载作用，常常会出现应力集中的现象。为减少应力集中对钢箱梁结构的影响，吊耳位置一般布置在刚度相对较大的横隔板处。同时为精确确定吊耳位置，采用大型有限元软件ANSYS，对吊耳在横隔板上方的位置进行多次试算，并根据最终结果确定吊耳的最终位置。

3.3钢箱梁吊装

在吊装作业开始前，应当事先进行模拟吊装演练，以避免吊装过程中发生事故，确保实际吊装作业万无一失。吊装演练在通常情况下先于正式吊装，但如果正式吊装失败，也可能在后续重新进行吊装演练。在吊装演练完成后，应当检查钢索和起重机，确认其没有问题后吊起钢箱梁。吊装过程中提升速度应当低于1.25m/min。把钢梁吊起到距离桥墩制作面约1m位置处，将机械臂进行延伸为24m。然后根据此距离，结合现场实际情况，调节吊起结构。通过转动机械臂，将钢箱梁吊运至制定位置，缓缓放下。当钢箱梁与梁体距离约20cm时静止，左右微调梁体位置，确保梁体在最准确的位置，再让钢箱梁继续下落。当梁体碰到桥面后，摘掉吊钩，检测梁体的受力情况，根据受力结果调节升降设备，确保梁体状态最佳。

3.4桥面吊架安装

利用中跨挑臂梁吊装既有200t履带吊和1台25t汽车吊进行桥面吊架安装，主要涉及金属结构、起升机构、锚固机构及钢丝绳的穿绕等，安装的总体思路是：地面拼装金属结构→安装起升变幅机构→桥面安装位置铺设轨道→整体吊装落位→吊装吊具、电气液压及调试→穿钢丝绳、调试→整机纵移到工作位、支点锚固→载荷试验。1）金属结构主要由2片棱形桁架组成，两片棱形桁架之间设计横梁及斜撑，形成一个稳定的结构。起重载荷主要由2片棱形桁架承受，侧向力主要靠横联及斜撑承受。使用25t汽车吊地面组拼底桁架、底撑杆、底连杆，从下而上依次拼装，用葫芦充当缆风绳临时拉住竖支撑和斜支撑。先吊装上框架，装好后松掉斜支撑缆风绳，再吊装后拉杆。2）吊装卷扬机、导向滑轮座与横移小车，并安装梯子平台。整机的起升机构由1台卷扬机、动滑轮组、导向滑轮组等组成。变幅机构由变幅小车及变幅油缸组成，变幅及横调机构主要便于吊梁时，实现梁块精确定位对接而设置的，所有动作均通过液压系统来实现。

结束语

桥梁大节段钢箱梁施工是一项较为复杂的工作，其中涉及钢箱梁的工厂制造、运输、吊装以及现场安装等诸多内容，一旦某个环节出现问题，都可能对钢箱梁的质量造成影响。为避免这一情况的发生，应了解并掌握大节段钢箱梁施工技术，以此确保质量达标。

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