大跨重載跨國道天橋卸載模擬與變形監(jiān)測研究

劉漢進，王德海，馬海杰

（青建集團股份公司，山東 青島 266071）

0 引言

鋼結構主桁架施工完成后，在結構恒荷載及活荷載作用下，主桁架會發(fā)生下?lián)献冃?。若在主桁架卸載前或其變形基本穩(wěn)定前過早施工后續(xù)幕墻及橋面石材鋪裝，會因主桁架不同部位下?lián)献冃尾顚е聵蛄旱撞康蹴斾X板標高不一、出現(xiàn)錯臺，甚至無法安裝，也會造成立面幕墻預埋件偏位、豎向龍骨無法安裝，混凝土墊層及石材面層開裂；若不經(jīng)變形觀測分析、盲目等待直至主桁架變形最終穩(wěn)定，過晚施工將造成工期拖后，管理成本增加。本文通過對不同施工階段的模擬計算分析及變形觀測，最終得出主桁架變形基本穩(wěn)定的時間，既保證了后續(xù)工程施工的精度、質(zhì)量，又實現(xiàn)了工期目標。

1 工程概況

1.1 工程簡介

青島藍色硅谷核心區(qū)跨越濱海大道天橋項目位于青島藍色硅谷核心區(qū)G228濱海公路K42+420處，該橋為雙層雙向天橋，主體結構采用鋼桁架，用鋼量達1 650t，主桁架高8m，長90m，寬28m，中跨75m鋼桁架橫跨G228濱海公路，東西兩側分別懸挑7.12m及7.88m。橋底采用3mm厚鋁單板吊頂，設計標高4.700m，外幕墻采用穿孔鋁單板單元式幕墻結構體系，采用預埋件與主體鋼結構連接。該橋建成后將硅谷大廈東西兩側連成整體，方便東西兩側工作人員及行人通行，并將作為該區(qū)域地標性建筑屹立于濱海大道之上。

1.2 設計簡介

1.2.1 設計內(nèi)容

設計內(nèi)容為鋼桁梁連廊主體及其配套梯道，廊內(nèi)裝飾、外圍裝飾幕墻、橋上內(nèi)部裝飾、景觀等。

1）天橋主桁架由上弦桿、下弦桿、腹桿、橫梁、縱梁、橋面板等組件拼裝而成，各組件均在工廠統(tǒng)一加工。弦桿、腹桿、橫梁、縱梁采用焊接箱形鋼梁，橋面鋼縱梁及斜撐桿采用熱軋H型鋼，斜撐置于橫梁底鋼板上，與橫梁及弦桿連接處采用高強螺栓連接。

2）外幕墻采用單元式幕墻結構體系，面材采用3mm厚穿孔鋁單板，雙面采用氟碳噴涂（三涂），主次龍骨均采用140mm×40mm鋁合金矩形管，主龍骨壁厚為3mm，次龍骨壁厚為2mm；主次龍骨采用焊接。

3）橋面做法主要包括5cm厚細石混凝土找坡層、3cm厚1∶3水泥砂漿黏結層、2cm厚花崗巖。

1.2.2 荷載及預拱度

1）天橋設計考慮結構恒荷載、外圍附屬荷載、橋面綠化荷載、人群荷載及橫向風荷載的作用。

2）天橋主桁架采用1%人字坡跨中最高，中跨跨中尚應設置預拱度按+80mm設置，支點至跨中預拱度值按二次拋物線過渡。

2 模擬分析

取單幅橋主桁架作為計算單元，采用Midas-civil有限元軟件建立計算模型如圖1所示，支座采用一般支承模擬。

冷熱點分析可以直觀地識別西江流域廣東段傳統(tǒng)村落的空間分布狀況，在GIS中使用指數(shù)，識別西江流域廣東段的傳統(tǒng)村落在西江流域范圍內(nèi)的集聚程度，并測度熱點區(qū)與冷點區(qū)的空間分布，公式為[21]：

圖1 結構計算模型

經(jīng)計算，主桁架跨中最不利豎向位移107mm＜容許值＝L/500=150mm，梁端與建筑連接處最不利豎向位移12.5mm＜容許值=L/300=250mm，安全。

3 卸載施工

3.1 卸載前準備工作

1）主體鋼桁架安裝完成，與桁架相連外腳手架拉結點拆除完成。

2）所有焊縫焊接完成且經(jīng)有資質(zhì)的第三方檢測合格。3）所有螺栓連接節(jié)點已經(jīng)完成且驗收合格。

4）卸載所需千斤頂、氣割等設備準備齊全、就位。

5）現(xiàn)場質(zhì)量、安全保證措施到位且經(jīng)施工單位自檢及監(jiān)理單位驗收合格。

6）主體鋼桁架施工質(zhì)量及外觀經(jīng)設計、監(jiān)理及建設單位驗收合格。

3.2 卸載點布置

卸載點布置要根據(jù)實際情況并結合撓度位移曲線及受力圖分析，遵循對稱布置、受力合理、局部加強、留有余地的原則。卸載點布置在臨時支墩上，同一榀桁架每個支墩布置4個40t千斤頂，共計64個，具體布置如圖2，3所示（以1號支墩為例）。

圖2 臨時支墩布置

圖3 千斤頂布置

3.3 卸載工藝

卸載遵循事先模擬、對稱卸載、同步協(xié)調(diào)、密切觀測的原則，卸載過程由專人指揮協(xié)調(diào)，務必保證卸載的同步性。

1）卸載點分組 所有卸載點分為4組，主桁架同一橫斷面上的卸載點為一組，即 1，2，3，4 號點為 1 組，5，6，7，8 號點為 2 組，9，10，11，12 號為 3組，13，14，15，16 號為 4 組， 每個點4個40t千斤頂。

2）為減小應力重分布和保證卸載的安全性，卸載過程中千斤頂回程按照等比例微量下降的原則，此次卸載分3次循環(huán)，每次回程不超過10mm。

3）卸載過程 所有千斤頂進程至箱梁底標高，此時用氣割橫切支墩頂部墊梁，穩(wěn)定靜置2h后，將墊梁上部移除，同時操作16個卸載點，其中3組、4組各點設置回程10mm，1組、4組各點設置回程5mm，卸載過程中保證16個卸載點同步進行，當天卸載完成后靜置。次日重復第1次卸載，直至所有千斤頂脫離箱梁，卸載完成。該項目于2018年3月15日8點開始進行主體鋼結構卸載工作，3月16日17點順利完成卸載工作，并于3月20日開始橋底吊頂及立面幕墻的龍骨施工，4月3日開始施工橋面，于5月25日完成外幕墻、吊頂及橋面施工，經(jīng)參建各單位聯(lián)合驗收，觀感美觀、質(zhì)量優(yōu)良。

3.4 卸載過程的注意事項

1）卸載時要統(tǒng)一指揮，保證同步，且嚴格按方案確定分批和分級大小進行。

2）卸載前先計算好支撐點的千斤頂行程，并用鋼尺進行校核保證行程等比例。

3）卸載時要進行實時跟蹤測量和監(jiān)控。

4）卸載過程中，天橋上不得進行其他作業(yè)。

4 變形觀測

卸載后的變形穩(wěn)定是結構安全的重要特征，必須加強卸載后鋼桁架的變形觀測，做好數(shù)據(jù)記錄、分析，若發(fā)現(xiàn)異常突變，應認真分析并及時采取應對措施。根據(jù)結構的位移撓度曲線并結合現(xiàn)場實際情況，以位置便于觀測、代表性強的原則選擇位移觀測點如圖4所示。

圖4 觀測點布置

以卸載前箱梁頂標高作為觀測點的基準標高，卸載開始前進行初始觀測，卸載過程中及完成后每日定時定點觀測，遇到溫度異常、荷載增加時增加觀測頻率，變形穩(wěn)定前不得進行后續(xù)工程施工，待結構內(nèi)力重分布完成后，變形觀測數(shù)值連續(xù)3d穩(wěn)定無異常突變后，方可進行后續(xù)施工。對觀測數(shù)據(jù)記錄分析匯總，得出其位移時間曲線如圖5所示，分析其數(shù)值波動的影響因素，并總結變形規(guī)律及變形穩(wěn)定時間。

4.1 變形穩(wěn)定時間

圖5 變形位移-時間曲線

從圖5中數(shù)據(jù)可知，支座處鋼桁架在卸載后基本無變形，變形受溫度及荷載影響很小，位移變形基本在±5mm內(nèi)，不會對后續(xù)施工工序產(chǎn)生影響；兩側懸挑端會因卸荷而上撓，其變形受溫度及荷載影響大，位移-時間曲線小幅度波動明顯，短期內(nèi)未見其穩(wěn)定，位移變形在-12～6mm內(nèi)，不會對后續(xù)施工工序產(chǎn)生影響；跨中變形最大，其變形受溫度及荷載影響較大，卸載后前3d變形快、變形量大，卸載后第4d起變形量變小且逐漸趨于穩(wěn)定，可進行后續(xù)施工。

4.2 溫度影響

施工過程中，鋼桁架變形受溫度影響，當溫度驟升，鋼梁上撓，變形負增加，跨中及懸挑端受溫度影響較大。3月26日至3月28日溫度上升，以北側通道跨中點為例，得出其位移-時間曲線如圖6所示?？梢婋S著溫度驟升，鋼梁上撓，變形負增加。

4.3 荷載影響

天橋南北兩側通道鋁單板吊頂、地面存在交叉施工，為減少相互干擾、加強成品保護，將南北兩側分為2個施工段，先施工南側通道5cm混凝土基層，再施工北側通道，基層混凝土達到強度后再依次施工南北側通道吊頂鋁板，故南北兩側荷載增加存在時間差，取南側通道跨中點和北側通道跨中點，得出其位移-時間曲線（見圖7），從圖7可明顯看出，兩者變形有時間差，跟突增荷載施加的先后順序一致，但后期吊頂施工時間相對較長，荷載緩增，變形沒有明顯突變。4月3澆筑南側一層商混凝土，4月4日澆筑北側一層商混凝土，從位移-時間曲線可看出，北側位移-時間曲線出現(xiàn)拐點的時間滯后于南側1d。但4月10日起開始施工吊頂，因吊頂施工周期長、荷載是逐漸增加，所以位移-時間曲線變化平穩(wěn)。即：突增荷載，下?lián)献冃渭ぴ觯灰?時間曲線出現(xiàn)拐點；緩增荷載，下?lián)献冃芜f增，位移-時間曲線變化平穩(wěn)。

圖6 溫度影響下的位移-時間曲線

圖7 荷載影響下的位移-時間曲線

5 結語

卸載后橋梁實際下?lián)献冃吻闆r與模擬計算情況基本吻合，數(shù)值基本一致，實踐證明，在卸載后4d內(nèi)下?lián)献冃位痉€(wěn)定，累計下?lián)献冃芜_50mm，在設計預拱度+80mm內(nèi)，結構穩(wěn)定安全，可進行后續(xù)幕墻、鋪裝等工程施工；隨著幕墻、防水、橋面各道工序的施工，橋梁變形累積，但每日變形幅度較前期變化小，90d內(nèi)累積變形量為73mm，未超過模擬計算得出最不利位移107mm，施工階段安全。