沙坪河大橋鋼箱梁分段安裝曲線線形控制方法研究

何中旺

摘要 文章結(jié)合具體工程實例，介紹了沙坪河大橋鋼箱梁吊裝施工方案，并分析了吊裝過程中可能導致安裝線形和最終成橋線形出現(xiàn)誤差的各種因素，并提出了線形控制措施，以確保鋼箱梁安裝線形滿足設(shè)計要求，提高橋梁工程鋼箱梁安裝施工質(zhì)量，降低鋼箱梁施工風險隱患。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；鋼箱梁安裝；線形控制

中圖分類號 U445.4文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）09-0060-03

0 引言

鋼箱梁施工技術(shù)已經(jīng)成為橋梁工程不可缺少的組成部分[1]，減小鋼箱梁安裝后實際線形和設(shè)計線形之間的偏差則是鋼箱梁施工控制的主要因素。偏差較小時，所產(chǎn)生預應力較低，橋梁安全系數(shù)較高，因此，對于偏差的控制至關(guān)重要[2]。

1 工程概況

沙坪河大橋的主橋采用300 m四跨的連續(xù)鋼箱梁，主橋長300 m，引橋長227.6 m，全橋全長527.6 m。大橋圓曲線半徑是570 m，在大橋主墩墩頂2 m的地段，鋼箱梁的高度是4 m，當位于墩頂43 m區(qū)域時，鋼箱梁高度逐漸變?yōu)?.3 m，其他區(qū)域的鋼箱梁均高為2.3 m。鋼箱梁的寬度是17.25 m，箱體的寬度是5.4 m，鋼箱梁底部梁高與中跨的直徑比是1∶32，中部梁高與中跨直徑比是1∶40。

2 吊裝施工方案概述

將鋼箱梁大節(jié)段從工廠用運輸船移送到大橋的指定取梁區(qū)，提前準備好液壓小車和200 t以上的浮吊起吊。浮吊的詳細參數(shù)見表1。浮吊吊著鋼箱梁依靠自身動力駛向轉(zhuǎn)運平臺進行二次轉(zhuǎn)運，將轉(zhuǎn)運平臺軌道上的液壓小車鋼箱梁設(shè)置在鋼箱梁的兩端的第一檔橫隔板與外腹板交匯的位置，利用180 t龍門吊將鋼箱梁的首跨吊裝到橋墩墩頂支座上面的調(diào)節(jié)位置處，中跨和尾跨吊裝到首跨的懸臂端，另一端也置于墩頂支座上面的調(diào)節(jié)位置處，將首跨、中跨和尾跨分別精準地調(diào)整到指定位置后，開始對鋼箱梁相鄰階段進行焊接，當焊接部位通過審核驗收后，開始下一梁段的施工[3]。

作為主要構(gòu)件之一的鋼箱梁，在限位操作期間需依托特定的支座才能實現(xiàn)穩(wěn)固的支撐作用。在結(jié)束第一節(jié)大段的安裝作業(yè)后，施工人員需將用于支撐的臨時墩依照縱、橫的連接方式加以固定。對于永久性支座的安裝也需提前利用吊車將其放置在墩頂?shù)闹ё戏?，同時將用于固定的地腳螺栓構(gòu)件嵌入之前的預留孔內(nèi)，并采取雙頭螺柱的安裝工作，降低鋼箱梁對雙頭螺柱的前期損傷[4]。上述操作期間，墊石后的澆層處于未施工的狀態(tài)，且支座的頂面要低于實際梁底低約4.5 cm，對箱梁安裝作業(yè)影響不大。

3 吊裝階段線形控制分析

橋梁現(xiàn)場施工要比工廠制作環(huán)節(jié)的施工環(huán)境復雜得多，而且大部分復雜因素都是臨時不可控的，而相較于陸地施工，海上施工的難度更大，可采用的措施和施工借助的工具都比較有限，所以為了達到減小實際線形和設(shè)計線形之間的偏差，就非常有必要對事先可能出現(xiàn)誤差的施工環(huán)節(jié)進行嚴格控制。例如在鋼箱梁吊裝過程中可能影響偏差的施工溫度、承受荷載的能力、工廠制造時產(chǎn)生的誤差等因素。

3.1 制造線形誤差對大節(jié)段接縫的影響

大節(jié)段的誤差分為制造階段的誤差和施工階段的誤差。前一種誤差是橋梁線形的一部分，不影響整體線形，后一種誤差屬于施工誤差。

第一種情況：接縫的兩個節(jié)段高低相同，這種情況一般無需人為強制將實際高低值調(diào)整為理論高低值，由于接縫處可以正常通暢焊接，且將理論值與誤差值控制在上下浮動10 mm時，不影響其他線形，對橋梁的整體線形也不會有太大的影響。

第二種情況：接縫處的兩個橋梁節(jié)段高低不一致，一個高一個低。此時接縫不能正常焊接，如果是接縫處部分區(qū)域高低不一，可以用碼板進行找平；若接縫處某些部位高低不平，可使用碼板找平；但是，若整個接縫處不一致時，則不能使用碼板找平，此時通常通過轉(zhuǎn)動后一節(jié)段的支座來調(diào)節(jié)找平。但是，轉(zhuǎn)動后一節(jié)段的支座會影響下面接縫處的標高。調(diào)節(jié)支座后造成的標高變化與支座和接縫距離是成正比的，一般情況下的比例是87∶23，當對支座進行轉(zhuǎn)動調(diào)整時會形成連續(xù)的誤差疊加，若加上在工廠制作時形成的誤差，最終就會形成較大誤差，甚至超過設(shè)計可接受最大范圍。

例如第二種情況，當接縫處大節(jié)段前端比標高低5 mm，而后端則高5 mm，則此時誤差為10 mm，為了使接縫能順利焊接，此時應采用調(diào)節(jié)支座的方式將后端降低10 mm，則線形變化如圖1所示。

從圖1可以看出，當接縫處前后兩端產(chǎn)生不一樣的偏差時，需要對后一段進行高低調(diào)整，這種調(diào)整會使后一段的線形產(chǎn)生較大變化。因此，鋼箱梁節(jié)段進行安裝的過程中，必須按照設(shè)計標高盡可能地將大節(jié)段高低調(diào)整一致，使接縫兩端的高低誤差降到最小。

3.2 臨時荷載的影響

以下著重分析了接縫處受到的作用力，由于橋梁受到的臨時作用力主要來自吊裝機械、接縫處施工設(shè)施等臨時機械及其他暫時堆放的物品引起的荷載作用力，吊裝機械可供施工設(shè)計時精確預估和嚴格按施工要求管理，但接縫處所使用的有關(guān)機械設(shè)施通常都是按現(xiàn)場施工的需要而臨時安裝的，因此設(shè)計時很難做到精確預判。

同時滿足按照設(shè)計要求嚴格進行鋼箱梁節(jié)段制造、在箱梁節(jié)段組裝過程中時刻保持鋼箱梁的彈性連續(xù)性兩個條件的情況下，以便臨時承受力產(chǎn)生的變化不影響整體橋梁狀態(tài)。其中，彈性連續(xù)性的判定標準是對鋼箱梁節(jié)段的傾斜角度和箱梁前后段高低的差額進行測量。因為當接縫處承受力的位置和強弱變化時，會影響理論狀態(tài)下的橋梁線形，所以，為了保證橋梁整體線形與目標線形值的最小誤差，要按照實際安裝時的線形與彈性連續(xù)曲線線形進行比較，在改變臨時承受力情況下，對實際安裝線形不斷進行修正調(diào)整，從而保證最終的橋梁施工質(zhì)量。在不變化受力位置的情況下將接縫處承受力加大20 t時，接縫處前后端箱梁的標高和理論值之間的差額如圖2～3所示。

從圖2～3可以看出，接縫處臨時承受力的變化對箱梁線形的理論值產(chǎn)生一定的影響。因此，在接縫處應控制好臨時承受力，以減小與設(shè)計線形值的偏差。在因接縫處承受力而出現(xiàn)線形誤差情況下，應在箱梁安裝過程中恰當?shù)卣{(diào)整線形，以使整體線形達到最佳狀態(tài)。

3.3 溫度的影響

影響橋梁線形的另外一個因素就是溫度，通常將溫度對橋梁線形變化影響統(tǒng)稱為系統(tǒng)溫度和底板梯度溫度影響。由于橋梁工程的施工較復雜且工程量較大，所以時間跨度相對就會較長，這就導致橋梁的各種結(jié)構(gòu)會受周圍環(huán)境，特別是溫度的影響而發(fā)生變形或其他變化。影響橋梁整體變化的溫度主要可以歸納為日照溫度、突然降溫溫度和季節(jié)溫度變化三種。溫度對整體橋梁線形影響的原理是橋梁不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件中都會受到溫度的影響發(fā)生熱傳導現(xiàn)象，進而會使得橋梁構(gòu)件在長時間受熱發(fā)生變化的情況下，構(gòu)件自身也發(fā)生變化，從而影響橋梁的整體線形。

3.3.1 溫度對線形影響分析結(jié)果

沙坪河大橋在實際施工過程中花費了較長時間，各個階段最終連接時間處在不同的季節(jié)。具體施工地的溫度參數(shù)如下：最冷月份的溫度是14.8～16.0 ℃，最熱月份的溫度是28.4～28.7 ℃，全年平均溫度是22.4～23 ℃，最高時的溫度是38.9 ℃，最低時的溫度是零下1.8 ℃。日照時的最大溫差是34～40 ℃，夜間凌晨的溫差會降到2～3 ℃，溫差越大，對箱梁線形的影響也就越大，也就越不利于箱梁節(jié)段的連接合龍施工。下面該文就基于Midas有限元軟件，采用有限元法對溫度影響進行計算分析，從而為具體施工提供可借鑒經(jīng)驗。

3.3.2 溫度對過程線形影響

影響箱梁線形的主要因素是頂?shù)装宓臏夭?，而系統(tǒng)溫度幾乎對橋梁整體線形沒有影響。前后大節(jié)段處于簡易支護狀態(tài)未焊接時，此時當頂?shù)装宓臏囟炔铑~在10 ℃時，箱梁線形的變化曲線如圖4所示。

這時候?qū)η昂蟠蠊?jié)段箱梁進行焊接時，焊接后的箱梁便成了兩端懸空的連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，在這個時候如果將頂?shù)装宓臏夭罱禐榱銜r，焊接后的連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)就產(chǎn)生了?10 ℃的溫差。這個時候橋梁的線形變化曲線如圖5所示。

將圖4和圖5對比就可以得知，對箱梁前后節(jié)段進行焊接的前后時間段，頂?shù)装宓臏夭钍窍嗤?，但是最后對橋梁線形產(chǎn)生的變化卻是不同的。變化不同的根本原因在于前者是作用在簡易支護結(jié)構(gòu)上的，后者是作用在連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)上的，焊接前后的溫差不能相互完全抵消掉，未抵消部分溫差的變形曲線如圖6所示。

因為不能抵消部分的溫差引起的箱梁變形是不可逆的，因此，如果在頂?shù)装逵袦夭畹那闆r下對其進行焊接，線形就會產(chǎn)生偏差。由圖5可知，當頂?shù)装鍦夭钍?0 ℃時，箱梁線形偏差最大可以達到40 mm，已超出了設(shè)計要求。為了保證箱梁整體線形的偏差，需要施工人員在頂?shù)装鍦夭钭钚r再進行焊接施工，通常情況下是22：00—7：00施工焊接最為適宜。

3.3.3 溫度對成橋線形影響

當橋梁全部連接合龍后，頂?shù)装宓臏夭钸€會對橋梁的整體線形產(chǎn)生變化。當頂?shù)装鍦夭钍?0 ℃時，橋梁線形變化的最大值是15 mm，頂?shù)装鍦夭顚蛄赫w線形產(chǎn)生了一定的變化。因此，在具體橋梁焊接施工時，一定要選擇在頂?shù)装鍦夭钭钚〉臅r間段對箱梁進行調(diào)整焊接合龍，最大限度地減少溫差對橋梁整體線形的影響，從何保證橋梁的整體施工質(zhì)量。通常情況下，凌晨時間段是最適宜對接合龍焊接的，這時候的頂?shù)装鍦夭钭钚。瑢ο淞赫w線形的影響也是最小的。

4 結(jié)語

綜上，安裝線形的控制工作作為各鋼箱梁安全匹配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在校對和調(diào)整期間需重點注意，以確保成橋后的主梁線形處于穩(wěn)固及安全的狀態(tài)。該文依托某大橋工程案例背景，重點對其鋼箱梁作業(yè)展開詳細的分析及探討，在線形控制方面給出專業(yè)的意見和建議，旨在提升該大橋工程的施工質(zhì)量。

參考文獻

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[3]龔政. 橢圓形人行天橋鋼箱梁分段吊裝定位技術(shù)研究[J]. 建筑機械化， 2021（2）： 90-91.

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