自錨式懸索橋大節(jié)段鋼箱梁吊裝線形控制

李育薩 周 婧 魏家樂

(1.陜西省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，陜西 咸陽 712000；2.西安市公路工程管理處，陜西 西安 710000; 3.陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710000)

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自錨式懸索橋大節(jié)段鋼箱梁吊裝線形控制

李育薩1周 婧2魏家樂3

(1.陜西省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，陜西 咸陽 712000；2.西安市公路工程管理處，陜西 西安 710000; 3.陜西通宇公路研究所有限公司，陜西 西安 710000)

結(jié)合大沽河航道橋?qū)崢颥F(xiàn)場施工情況，提出了大節(jié)段吊裝架設(shè)施工方法的鋼箱梁線形控制方法，從工廠拼裝線形控制方法、臨時(shí)墩變形控制法、鋼箱梁梁端轉(zhuǎn)角控制法、裸梁線形偏差控制法等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，并在全橋鋼箱梁架設(shè)過程中體系轉(zhuǎn)換各階段實(shí)施了精確控制，該方法可為同類橋梁施工提供借鑒和參考。

自錨式懸索橋，大節(jié)段吊裝，鋼箱梁拼裝架設(shè)，線形控制

不同于傳統(tǒng)的地錨式懸索橋，自錨式懸索橋的主纜不再“扎根”于地下，而是錨固于主梁，主纜在上部主梁施工完成后才能施工，一般采用先梁后纜的方法施工。自錨式懸索橋上部主梁主要有以下幾種施工方法：搭設(shè)支架施工法、橋位吊架架設(shè)法、兩端頂推施工法及斜拉扣掛法等[1]。本文主要針對節(jié)段吊裝的方法進(jìn)行相關(guān)研究(見圖1)。

1 工程概況

本文以已經(jīng)落成的青島海灣大橋?yàn)檠芯勘尘?，橋型布置圖見圖2。大橋設(shè)計(jì)為主跨跨徑260 m的獨(dú)塔自錨式懸索橋。主塔采用啞鈴型獨(dú)柱塔；大型主纜及空間吊桿采用的是平行鋼絲；主梁采用的是大型鋼箱梁。主要施工流程如下：工廠大節(jié)段預(yù)制、現(xiàn)場節(jié)段調(diào)整拼接、大型浮吊運(yùn)輸、吊裝就位。鋼箱梁采用分離式截面，最大吊裝節(jié)段長72 m，最大梁重10 200 kN，見圖3。

針對該橋吊裝架設(shè)的大節(jié)段鋼箱梁，對其從工廠里預(yù)制拼裝、橋位處吊裝架設(shè)、臨時(shí)墩上調(diào)整連接的整個(gè)過程的主要特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析控制研究。

2 大節(jié)段吊裝施工的鋼箱梁線形控制

2.1 工廠拼裝線形控制

1)鋼箱梁無應(yīng)力拼裝線形理論上均為曲線，但實(shí)際工廠加工制造時(shí)，鋼箱梁的標(biāo)準(zhǔn)小節(jié)段是以直代曲，拼裝時(shí)控制不嚴(yán)容易在接口處出現(xiàn)折角。該橋72 m大節(jié)段鋼箱梁在工廠制造時(shí)由6段12 m小節(jié)段鋼箱梁拼裝而成，以直代曲的線形誤差為3 mm。2)在工廠進(jìn)行線形拼裝時(shí)，鋼箱梁節(jié)段較長、寬度較大，由于地基不均勻沉降和焊接變形等一系列原因，拼裝成大節(jié)段的線形則會(huì)發(fā)生偏差，很難達(dá)到控制目標(biāo)。該橋72 m大節(jié)段鋼箱梁最大豎向拼裝線形誤差達(dá)到20 mm，橫向也超過10 mm。3)由于受力需要，鋼箱梁內(nèi)會(huì)有局部加強(qiáng)的情況，并且鋼板厚度會(huì)存在微小偏差，實(shí)際拼裝完成的大節(jié)段鋼箱梁的重量可能與設(shè)計(jì)重量存在一定偏差，梁重偏差會(huì)引起鋼箱梁線形產(chǎn)生較大偏差。該橋?qū)嶋H梁重偏差約3%，將引起后期橋面線形誤差超過10 cm[2]，為線形控制造成了很大困難。以上不可避免的施工誤差都將導(dǎo)致鋼箱梁線形與目標(biāo)值發(fā)生偏離，加大線形控制難度，實(shí)際在施工中可采取多種手段進(jìn)行控制，如調(diào)整鋼箱梁架設(shè)線形、吊索力以及主纜線形等，從而保證成橋時(shí)鋼箱梁線形接近設(shè)計(jì)線形。

2.2 臨時(shí)墩變形控制

在大節(jié)段鋼箱梁吊裝架設(shè)到臨時(shí)墩上時(shí)，如果認(rèn)為臨時(shí)墩有無窮大的剛度，則在支點(diǎn)位置的鋼箱梁高程值則不發(fā)生改變，支點(diǎn)位置對應(yīng)的鋼箱梁高程值即為鋼箱梁的架設(shè)高程。在大節(jié)段內(nèi)無應(yīng)力拼裝和大節(jié)段間有應(yīng)力拼裝中該支撐處線形數(shù)據(jù)一致，而其他位置兩者差異則為大節(jié)段鋼箱梁的簡支變形。然而在實(shí)際情況中，臨時(shí)墩會(huì)不可避免的發(fā)生彈性和非彈性變形。其中的彈性變形量可以通過計(jì)算精確得到，非彈性變形量也可以通過預(yù)壓試驗(yàn)去實(shí)測。在實(shí)際施工中，現(xiàn)場先根據(jù)預(yù)估高程進(jìn)行大節(jié)段鋼箱梁的架設(shè)，之后可讓臨時(shí)墩支架在鋼箱梁自重作用下自然穩(wěn)定一段時(shí)間，然后測得鋼箱梁高程的變化量，再通過在臨時(shí)墩支點(diǎn)上的千斤頂配合增減鋼墊板的方式調(diào)整鋼箱梁高程使之達(dá)到目標(biāo)高程，之后再進(jìn)行相鄰大節(jié)段鋼箱梁間的焊接。

2.3 鋼箱梁梁端轉(zhuǎn)角控制

由于大節(jié)段跨徑和自重均較大，鋼箱梁架設(shè)到橋位臨時(shí)墩上時(shí)將發(fā)生自然變形，造成梁端發(fā)生轉(zhuǎn)角α(見圖4a))，使大節(jié)段之間存在一定張口，無法焊接[3]。此時(shí)，需要采取一定措施將轉(zhuǎn)角張口調(diào)整為零，才能將相鄰大節(jié)段焊接連成整體。

這里提出兩種梁端轉(zhuǎn)角的調(diào)整方式：方法一，在轉(zhuǎn)角處將梁端進(jìn)行切割δ，與前段鋼箱梁匹配成零轉(zhuǎn)角后，便可直接焊接，見圖4b)；方法二，采用千斤頂主動(dòng)頂升一定的高度h，使箱梁在開口處能平順過渡，見圖4c)。

2.4 裸梁線形偏差控制

鋼箱梁節(jié)段吊裝到臨時(shí)墩上時(shí)，由于結(jié)構(gòu)跨度和自重較大，跨中必然產(chǎn)生變形；然而由于存在重量、剛度上的誤差及鋼箱梁局部焊接應(yīng)力等[4]因素，鋼箱梁節(jié)段架設(shè)后，跨中實(shí)際產(chǎn)生的變形與理論計(jì)算會(huì)存在一定偏差，嚴(yán)重時(shí)鋼箱梁線形呈現(xiàn)波浪，影響成橋線形。為解決該問題，提出“預(yù)架設(shè)”的方法，使鋼箱梁在工廠拼裝時(shí)就預(yù)先考慮：吊裝架設(shè)前，在工廠預(yù)先模擬大節(jié)段鋼箱梁的實(shí)橋簡支狀態(tài)，通過工廠實(shí)測得到真實(shí)的變形及應(yīng)力，作為理論計(jì)算結(jié)果修正的依據(jù)[5]，指導(dǎo)鋼箱梁節(jié)段現(xiàn)場架設(shè)時(shí)線形控制。

3 結(jié)語

對于采用大節(jié)段吊裝架設(shè)的鋼箱梁自錨式懸索橋，其鋼箱梁的線形控制難度非常大，一旦形成線形則很難進(jìn)行調(diào)整。本文結(jié)合大沽河航道橋?qū)崢颥F(xiàn)場施工情況，研究提出了大節(jié)段吊裝架設(shè)施工方法的鋼箱梁線形控制方法，工廠拼裝線形控制方法、臨時(shí)墩變形控制、鋼箱梁梁端轉(zhuǎn)角控制法、裸梁線形偏差控制法等方面，在全橋鋼箱梁架設(shè)過程中進(jìn)行了精確控制，有效保證了最終成橋線形達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

[1] 胡建華.現(xiàn)代自錨式懸索橋理論與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2] 趙 煜,魏家樂,賀拴海.基于大節(jié)段吊裝法的自錨式懸索橋主梁線形控制方法[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,27(3)：418-424.

[3] 蔡建軍,季 輝,沈銳利.青島海灣大沽河航道橋鋼箱梁大節(jié)段安裝架設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2011,40(11):66-71.

[4] 莫慧蘭,張震韜,徐文勝.蘇通大橋施工構(gòu)件尺寸偏差對主梁線形影響分析[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)，2010,27(3)：62-65.

[5] 魏家樂．大節(jié)段吊裝施工的自錨式懸索橋施工控制仿真分析及關(guān)鍵技術(shù)[D].西安：長安大學(xué)，2010.

The linear control of large segment steel box girder hoisting of self anchored suspension bridge

Li Yusa1Zhou Jing2Wei Jiale3

(1.Shaanxi Regional Geological and Mineral Institute, Xianyang 712000, China;2.Xi’an Highway Engineering Management Office, Xi’an 710000, China;3.Shaanxi Tongyu Highway Research Institute Limited Company, Xi’an 710000, China)

Combining with the trail bridge site construction situation of Dagu river channel bridge, this paper put forward the steel box girder linear control method,factory assembling linear control method, temporary pier deformation control method, steel box girder beam angle control method, bare girder linear deviation control method and other aspects of large segment hoisting erectioncon struction method, and made detailed discussion, and implementation of accurate control in each stage of full-bridge steel box girder erection process system transformation, this method provided reference for similar bridge construction.

self-anchored suspension bridge, large segment hoisting, steel box girder assembling erection, alignment control

1009-6825(2017)16-0164-02

2017-03-04

李育薩(1964- )，男，工程師

U448.1

A