組合梁橋頂升過程施工技術(shù)研究

【摘要】鋼-混組合梁橋在簡支變連續(xù)的過程中，在墩頂澆筑橋面板混凝土?xí)r，在墩頂通過頂、落梁施工工藝來減少甚至抵消成橋階段墩頂負(fù)彎矩，從而達(dá)到延長結(jié)構(gòu)使用壽命和保證運(yùn)營階段橋梁的使用安全性。但是在頂升過程中，有很多需要注意的控制因素以及監(jiān)測參數(shù)。本文就以在建的港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋?yàn)閷?shí)例，對鋼梁頂升過程一些注意事項(xiàng)進(jìn)行簡單闡述。

【關(guān)鍵詞】組合梁；頂升

1 概述

鋼箱—混凝土梁是一種能有效地推遲或避免受壓區(qū)鋼板局部屈曲以充分利用鋼材強(qiáng)度， 又能發(fā)揮和改善混凝土受壓性能的新型組合截面梁???[1]。鋼梁形式包括工字鋼、槽鋼以及箱形鋼梁?；炷僚c鋼梁之間用剪切連接件連接，使混凝土板與鋼梁組合在一起，整體共同工作形成組合梁[2]。在橋梁建設(shè)中，組合梁由于其力學(xué)性能優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)效果明顯，施工方便，在各種橋型中被廣泛運(yùn)用。

組合梁橋之所以有良好的受力性能，就是因?yàn)榘芽估芰?qiáng)的鋼材放在截面下緣，把抗壓能力強(qiáng)的混凝土放在上緣。但是在連續(xù)組合橋中，在中間支座附近，產(chǎn)生負(fù)彎矩，即結(jié)構(gòu)的上翼緣受拉，若上翼緣的混凝土板受到的拉應(yīng)力超過某一限值，橋面板開裂，將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的使用壽命。這樣，在連續(xù)組合梁橋中，支座附近的混凝土就必須要做處理，以減小支座處負(fù)彎矩，即減小甚至抵消支座附近處混凝土的拉應(yīng)力。

2 鋼-混凝土組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)處理方法

組合梁橋設(shè)計中的難點(diǎn)之一是混凝土不得已處于組合構(gòu)件或混合結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)時，如何降低混凝土的拉應(yīng)力作用??????[3]。組合結(jié)構(gòu)在支座附近負(fù)彎矩段的控制方法，按照對結(jié)構(gòu)的作用主要分為調(diào)整施工順序、施加作用措施、釋放作用措施和加強(qiáng)抗力措施，其中施加作用措施可分為墩上鋼梁起頂、預(yù)加靜載法和配置預(yù)應(yīng)力筋。

2.1 調(diào)整施工順序

圖1 調(diào)整混凝土澆筑順序改善負(fù)彎矩截面內(nèi)力

通過調(diào)整混凝土澆筑順序來改善截面受力如圖1所示，此種方法比較適用于中、小跨徑的鋼-混凝土組合梁橋，且恒載所占比重較大，活載等級較低的情況。橋面板混凝土澆筑順序如圖1所示：首先澆筑3#、1#、5#混凝土，即中跨跨中和邊跨跨中及邊支點(diǎn)區(qū)段的混凝土；再澆筑中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)的橋面板混凝土2#和4#。這樣做可以使負(fù)彎矩區(qū)的橋面板混凝土只承擔(dān)橋面鋪裝層和活荷載產(chǎn)生的負(fù)彎矩，使其拉應(yīng)力有所減小。各區(qū)段混凝土的分界點(diǎn)可以選在恒載彎矩零點(diǎn)附近。但是該方法也有其不足之處：施工簡單，但對活載較大的橋梁，難以從根本上解決負(fù)彎矩引起的開裂問題。

2.2 預(yù)加配重法

預(yù)加配重法是在調(diào)整混凝土澆筑順序法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展完善而來的。預(yù)加配重法簡單地說就是在調(diào)整混凝土澆筑順序法中，當(dāng)澆筑完中跨跨中和邊跨跨中及邊支點(diǎn)區(qū)段的混凝土后，待澆筑的混凝土凝結(jié)硬化后，在上面預(yù)加配重，再澆筑負(fù)彎矩區(qū)段混凝土，待負(fù)彎矩區(qū)段混凝土凝結(jié)硬化后，再卸除配重荷載。在卸除配重荷載的過程中，相當(dāng)于給支座附近負(fù)彎矩區(qū)混凝土施加了預(yù)壓力。對于中小跨徑的橋梁，該方法效果比較明顯，但是對于大跨度橋梁，需要施加的配重過大。

2.3 橋面板混凝土配置預(yù)應(yīng)力鋼束

對于大跨度鋼-混凝土組合梁橋，采用之前兩種方法對降低橋面板負(fù)彎矩效果不明顯，這時可以采用在負(fù)彎矩附近配置預(yù)應(yīng)力鋼束，此時，預(yù)應(yīng)力鋼束提供給負(fù)彎矩區(qū)段正彎矩，與產(chǎn)生的負(fù)彎矩可以抵消一部分，而且預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩可以抵消任何階段的負(fù)彎矩，不管是恒載產(chǎn)生的還是活載產(chǎn)生的負(fù)彎矩，都可以用預(yù)應(yīng)力抵消一部分，故其適用性較廣。

2.4 強(qiáng)迫位移法

該方法的思路是待鋼-混凝土組合箱梁的鋼主梁部分架設(shè)完畢并連成整體后，在組合負(fù)彎矩區(qū)段混凝土橋面板時，頂升待澆筑（組合）橋面板支座，然后澆筑混凝土橋面板，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后再落梁，這樣就給負(fù)彎矩區(qū)段橋面板一個預(yù)壓力。但是此施工工藝對頂升量δ要求嚴(yán)格，若δ偏小，達(dá)不到預(yù)期的要求，但是如果δ偏大，對跨中鋼主梁以及橋面板損害都較大。

3 某橋梁采用頂升施工工藝進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整

3.1、工程概述

港珠澳大橋起自香港大嶼山石散石灣，止于珠海/澳門口岸人工島，總長約35.6km。CB05合同段起點(diǎn)里程K29+237，終點(diǎn)里程K35+890，主線設(shè)計總長度6653m。淺水區(qū)非通航孔橋采用85m連續(xù)組合梁，5～6孔一聯(lián)，全長5440m。主梁采用“開口鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)。單片組合梁最大重量約1846t。主梁采用“開口鋼主梁+混凝土橋面板”的組合結(jié)構(gòu)。施工方法采用先整孔吊裝，再通過主梁焊接、橋面板混凝土濕接成五孔或六孔一聯(lián)的連續(xù)梁橋。在負(fù)彎矩區(qū)段橋面板組合過程中，采用施加預(yù)應(yīng)力和頂升兩種方法并用消除支座附近負(fù)彎矩。

圖1 組合梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

3.2 施工技術(shù)

每個墩頂單幅頂落梁施工由8臺600t豎向千斤頂完成，頂梁或落梁作業(yè)時，每2臺千斤頂通過1臺油泵串聯(lián)，千斤頂和支座頂面采用600mm×400mm×20mm鋼板抄墊，平均每個墩頂需鋼板約640塊。千斤頂上的鋼板中心與梁底墊板中心對齊，支座上的抄墊鋼板（用于倒頂）與橫隔板對齊，千斤頂下抄墊1100mm×500mm×20mm鐵板。頂梁施工以鋼梁應(yīng)力控制為主，頂升量控制為輔。采用分級起頂?shù)姆绞奖ＷC頂梁施工的同步性，以頂升高度控制，頂升作業(yè)時，每頂升2.5cm即停止頂升，抄墊梁底與支座頂面鋼板，抄墊完成后再繼續(xù)頂升，每頂升5cm高度時記錄一次數(shù)據(jù)，如油表讀數(shù)、尺讀數(shù)和實(shí)際頂升高度等。

頂升橋梁施工順序主要分為以下幾個步驟：墩頂布置，解除支座與梁底連接；量取支點(diǎn)梁底至墩頂初始讀數(shù)；開啟油泵頂升2.5cm，關(guān)閉油泵，抄墊鋼板；開啟油泵，頂升2.5cm，累計高度為5cm，關(guān)閉油泵，抄墊鋼板，記錄實(shí)際油表讀數(shù)、鋼尺讀數(shù)、實(shí)際累計頂升高度等；開啟油泵頂升2.5cm，累計高度為7.5cm，關(guān)閉油泵，抄墊鋼板；開啟油泵，頂升2.5cm，累計高度為10cm，關(guān)閉油泵，抄墊鋼板，記錄實(shí)際油表讀數(shù)、鋼尺讀數(shù)、實(shí)際累計頂升高度等；重復(fù)以上頂梁步驟，直至頂升至設(shè)計高度，關(guān)閉油泵，鎖死千斤頂。

由于千斤頂行程為200mm，不能一次頂升至設(shè)計高度，因此需進(jìn)行倒頂，通過在梁底與支座頂面抄墊鋼板實(shí)現(xiàn)倒頂，千斤頂頂升約150mm時進(jìn)行倒頂。

3.3、頂升階段施工質(zhì)量控制

在頂升過程中，應(yīng)保證每臺千斤頂?shù)捻斏客剑@樣就需要在頂升的時候，每臺千斤頂都需要一個工作人員時時觀測頂升量并報告結(jié)果，當(dāng)頂升量有差異的時候，通過調(diào)整油泵來調(diào)節(jié)各千斤頂?shù)捻斏叨取Ｓ杀O(jiān)理和監(jiān)控單位對油泵的讀數(shù)和千斤頂讀數(shù)進(jìn)行時時記錄。另外在頂升過程中，鋼箱梁頂升附近的拉應(yīng)力很大，通過有限元軟件計算得到頂升過程中應(yīng)力最大點(diǎn)，頂升前安裝應(yīng)力傳感器，在頂升過程中，由工作人員帶上專業(yè)裝備，時時觀測頂升過程中鋼主梁的應(yīng)力，并與計算值對比，保證誤差控制在5%之內(nèi)，當(dāng)實(shí)際應(yīng)力值大于理論應(yīng)力值5%時，應(yīng)立即停止施工，查明原因后再繼續(xù)施工。

通過觀測頂升過程中鋼主梁控制截面的應(yīng)力和理論值對比，其結(jié)果比較接近，且都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其極限承載力。

4 結(jié)論

在連續(xù)大跨度鋼-混凝土組合梁橋中，支座附近的負(fù)彎矩區(qū)混凝土因長期處于受拉狀態(tài)，且隨著混凝土的收縮徐變，拉應(yīng)力進(jìn)一步增加，這對結(jié)構(gòu)的使用壽命和使用周期都提出了很大的挑戰(zhàn)。通過強(qiáng)迫位移法來減小甚至抵消支座附近的負(fù)彎矩已經(jīng)成為工程實(shí)踐中較為成熟并且運(yùn)用較廣的一種措施，特別是對中大型橋梁，這種方法效果明顯且相對經(jīng)濟(jì)。本文以某大橋施工為實(shí)例，通過闡述強(qiáng)迫位移法的施工流程及施工過程中注意的事項(xiàng)，以及應(yīng)控制的關(guān)鍵參數(shù)，為強(qiáng)迫位移法提供了技術(shù)支持以及參考價值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉春（1989-2）男，重慶交通大學(xué)碩士研究生，主要從事大跨徑橋梁研究工作。