3×80m連續(xù)鋼桁梁拼裝線型控制

蓋平

摘要：陜西合銅高速公路水蘇溝大橋主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上承式3×80m鋼桁-混凝土組合梁，設(shè)有2%橫坡并處于豎曲線上。施工時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝、步履式頂推施工工藝。通過設(shè)計(jì)帶坡度的頂推滑道，保證了鋼桁梁的縱坡;通過桿件加工長(zhǎng)度調(diào)整預(yù)設(shè)預(yù)拱度、胎架桁片拼裝預(yù)拱度設(shè)置、桁片組裝線型控制三個(gè)方面控制鋼桁梁拼裝后的預(yù)拱度及豎曲線，保證了鋼桁梁的拼裝線型質(zhì)量及成橋線型，對(duì)以后同類型鋼桁梁拼裝線型控制有較高的借鑒價(jià)值。

Abstract： The superstructure of the main bridge of Shuisugou Bridge on Hetong Expressway in Shaanxi is designed as a through-type 3×80m steel truss-concrete composite beam， with a 2% cross slope and on a vertical curve. During construction， on-site welding assembly and walking push-up construction technology are used. By designing a sloped push-up slide， the longitudinal slope of the steel truss beam is ensured; the pre-camber and vertical curve after assembling the steel truss is controlled by adjusting the preset pre-arch degree of the processing length of the rod， pre-camber setting of tire frame truss assembly and the linear control of the truss assembly line， which ensures the assembled linear quality of steel truss girder and the completed linear shape and has a high reference value for the linear control of the assembly of the same type of steel truss in the future.

關(guān)鍵詞：鋼桁梁;拼裝;預(yù)拱度;線型

0? 引言

近年來隨著鋼板材質(zhì)、設(shè)計(jì)制造水平不斷提高，鋼橋應(yīng)用越來越廣。根據(jù)交通運(yùn)輸部在推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見中提出提升公路建設(shè)項(xiàng)目“內(nèi)在”、設(shè)計(jì)更高品質(zhì)的橋梁的要求，設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)了一種新型橋梁鋼桁-砼組合梁應(yīng)用到高速公路建設(shè)中。鋼桁采用耐候鋼全焊結(jié)構(gòu)，可以提高主梁跨度、減少鋼梁的后期維護(hù)成本，同時(shí)滿足綠色公路、品質(zhì)工程的建設(shè)宗旨。

1? 工程概況

1.1 線路概況

陜西合銅高速公路TJ-6標(biāo)位于陜西省渭南市白水縣境內(nèi)，標(biāo)段全長(zhǎng)20km。水蘇溝大橋橋梁全長(zhǎng)697m，跨越水蘇溝，溝寬約500m，最大高差80余米，孔跨布置為2-（3×30）m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁+3×80m鋼桁-砼組合梁+3-（3×30）m預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱梁。設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)，分離式布置，單幅橋面寬12.9m。

1.2 主橋概況

主橋（6#-9#墩）上部結(jié)構(gòu)為3×80m鋼桁-砼組合梁，下部結(jié)構(gòu)為簿壁空心墩、群樁基礎(chǔ)，最大墩高82m。

主橋鋼桁梁設(shè)計(jì)為上下平行弦，無豎桿形式兩片主桁結(jié)構(gòu)，桁高7.2m，節(jié)間長(zhǎng)度8m，主桁中心距6.7m。主桁架間采用橫梁加強(qiáng)橫向聯(lián)系，跨內(nèi)小橫梁縱向間距8m。全橋鋼桁梁采用Q420qD耐候鋼，總重2341t。

主桁上下弦桿采用箱型截面，外高600～700mm，內(nèi)寬600mm，最大板厚38mm;斜腹桿采用箱型和工字型截面，最大板厚30mm;上、下平聯(lián)及下平聯(lián)十字撐均采用工字形截面。主橋鋼桁梁除下平聯(lián)十字撐采用高強(qiáng)螺栓連接外，其余均采用焊接。

2? 主要施工方法

綜合考慮主橋的地理位置、墩柱高度、鋼桁梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等多方面因素，最終確定主橋鋼桁梁采用頂推法施工。在大里程11#-14#墩之間設(shè)置52m長(zhǎng)拼裝平臺(tái)，拼裝平臺(tái)主要有鋼桁梁組拼胎架、拼裝龍門吊、頂推滑道組成。首先在組拼胎架上組拼焊接上下弦桿和腹桿，形成16m長(zhǎng)的桁片;然后利用龍門吊將桁片吊裝至頂推滑道上與前一段桁架焊接;最后依次焊接下平聯(lián)和上平聯(lián);焊接完成檢測(cè)合格后進(jìn)行頂推作業(yè)。

3? 拼裝線型控制方案

由圖2可見，鋼桁梁成橋后的線型主要由鋼桁梁預(yù)拱度、線路豎曲線、線路橫縱坡三個(gè)方面決定，鋼桁梁拼裝過程中也主要從這三個(gè)方面進(jìn)行控制。

鋼桁梁成橋后的橫縱坡線型、豎曲線在墊石標(biāo)高設(shè)置上已經(jīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在拼裝過程中應(yīng)使用相同的縱坡和豎曲線進(jìn)行拼裝，保證鋼桁梁在拼裝過程與落梁就位后的受力一致。線路縱坡通過拼裝平臺(tái)上的滑道標(biāo)高控制，滑道按照設(shè)計(jì)的5‰坡度進(jìn)行安裝。

鋼桁梁的預(yù)拱度及線路的豎曲線共同決定了鋼桁梁的拼裝曲線，分別從鋼桁梁的桿件加工長(zhǎng)度調(diào)整預(yù)設(shè)預(yù)拱度、胎架桁片拼裝預(yù)拱度設(shè)置、桁片組裝線型控制三個(gè)方面進(jìn)行控制，以保證鋼桁梁的拼裝曲線與成橋的曲線一致。

4? 預(yù)拱度計(jì)算

該橋?yàn)?跨連續(xù)鋼桁梁，預(yù)拱度分跨設(shè)置，設(shè)計(jì)文件中給出預(yù)拱度設(shè)置計(jì)算公式：y=0.5A×（1-COS（X/L×2π）。A=每跨跨中恒載撓度+0.5倍活載撓度，其中X為距離支座距離，L為每跨跨徑。通過模型計(jì)算得出各跨跨中的預(yù)拱度A值詳見表1。

該橋的施工周期較長(zhǎng)，環(huán)境溫度變化幅度大，考慮到鋼桁梁的溫度效應(yīng)，對(duì)鋼桁梁的預(yù)拱度進(jìn)行溫度校正以得出最終的施工控制預(yù)拱度。施工時(shí)可以根據(jù)拼裝時(shí)的溫度和預(yù)計(jì)落梁時(shí)的溫度，靈活選用表2的修正值對(duì)預(yù)拱度進(jìn)行修正，表中修正值代表溫度下降時(shí)，各跨預(yù)拱度值的所需增量。以第7跨為例，由表1中可知該跨跨中預(yù)拱度100.9mm，施工時(shí)拼裝時(shí)間為夏季平均氣溫35℃，落梁時(shí)溫度15℃，按照溫差20℃進(jìn)行預(yù)拱度修正，得出拼裝控制預(yù)拱度跨中為103.6mm，按照計(jì)算公式算得每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)預(yù)拱度值如表3所示。

5? 線型控制措施

5.1 橫、縱坡度控制

拼裝過程中橫坡由兩條滑道設(shè)計(jì)頂標(biāo)高相對(duì)高差進(jìn)行控制，內(nèi)側(cè)滑道比外側(cè)滑道高13.4cm（橫向?qū)挾?.6m，橋面橫坡2%）?；揽v向設(shè)置5‰的縱坡，與線路縱坡一致保證鋼桁梁的拼裝縱坡與成橋縱坡一致。如圖3、圖4。

5.2 桿件加工預(yù)設(shè)預(yù)拱度

根據(jù)表3中的控制預(yù)拱度做出預(yù)拱度曲線，調(diào)整鋼桁梁桿件長(zhǎng)度設(shè)置鋼桁梁的出廠預(yù)拱度。鋼桁梁的下弦桿及斜桿長(zhǎng)度不變，通過改變上弦桿的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)出廠預(yù)拱度的設(shè)置。第7跨各桿件長(zhǎng)度設(shè)置如圖5。圖中所示長(zhǎng)度為節(jié)點(diǎn)間距，桿件加工長(zhǎng)度應(yīng)綜合考慮焊接接縫長(zhǎng)度及焊接余量長(zhǎng)度。

5.3 胎架桁片拼裝預(yù)拱度設(shè)置

5.3.1 胎架設(shè)置

鋼桁梁拼裝胎架采用桁架式結(jié)構(gòu)，胎架總長(zhǎng)48m，寬8.5m，如圖6和圖7所示。胎架采用I20工字鋼焊接形成，底部用膨脹螺絲與地面混凝土錨固，胎架安裝時(shí)頂面標(biāo)高用水準(zhǔn)儀校核，保證頂面在同一水平面上。

5.3.2 桁片拼裝

在桁片拼裝之前在胎架上用墨線彈出桁片的拼裝外輪廓線，作為拼裝過程中上、下弦桿的位置控制線。單根桿件組裝成桁片時(shí)控制節(jié)間長(zhǎng)度8000±2mm，上下弦桿中心距7200±2mm，桿件定位完成后利用水準(zhǔn)儀調(diào)整各桿件的水平高度，保證每個(gè)桁片的桁面平整，誤差不大于3mm。

5.3.3 胎架拼裝預(yù)拱度設(shè)置

桁片拼裝長(zhǎng)度16m，在拼裝過程中將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的預(yù)拱度值差值按照預(yù)拱度控制值進(jìn)行設(shè)置。如第7跨40m與48m節(jié)點(diǎn)之間的預(yù)拱度差值為100.9-91.3=9.6mm，在該桁片拼裝時(shí)40m、48m節(jié)點(diǎn)之間的中心線相對(duì)距離為9.6mm。

5.4 桁片組裝線型控制

桁片拼裝完成后，吊裝至滑道上進(jìn)行對(duì)接組裝。組裝時(shí)通過控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的拼裝標(biāo)高來控制鋼桁梁的拼裝成型的曲線，利用在滑道上支墊不同高度的滑塊及支墊鋼板來調(diào)整各個(gè)節(jié)點(diǎn)的拼裝標(biāo)高。拼裝控制標(biāo)高為縱坡標(biāo)高+控制預(yù)拱度+豎曲線高差三個(gè)之和。以第9跨為例計(jì)算，首先測(cè)量0m處的滑道標(biāo)高為888.970，該節(jié)點(diǎn)直接支承在700mm高的滑塊上，拼裝控制標(biāo)高為889.67，預(yù)拱度為0mm，豎曲線高差為33mm，則節(jié)點(diǎn)的拼裝坡度標(biāo)高為889.637。以889.637為基準(zhǔn)標(biāo)高計(jì)算后續(xù)各節(jié)點(diǎn)的坡度標(biāo)高，以各點(diǎn)坡度標(biāo)高+控制預(yù)拱度+豎曲線高差得出控制標(biāo)高，以控制標(biāo)高與實(shí)測(cè)滑道標(biāo)高的差值進(jìn)行滑塊和鋼板的支墊，如表4所示。

桁片組裝完成后，對(duì)線型進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，根據(jù)測(cè)量結(jié)果與設(shè)計(jì)線型的對(duì)比進(jìn)行調(diào)整直至線型滿足誤差±3mm的要求后進(jìn)行焊接定位，完成鋼桁梁的拼裝施工。

6? 成橋線型檢測(cè)

成橋后對(duì)鋼桁梁的線型進(jìn)行檢測(cè)，成橋線型與設(shè)計(jì)線型基本相符，最大誤差在+2～+5mm之間，如圖8。

7? 結(jié)語(yǔ)

鋼桁梁拼裝線型決定著成橋線型和橋梁使用過程中的行車舒適性，對(duì)橋梁的使用至關(guān)重要。將拼裝滑道按照橋梁設(shè)計(jì)的縱橫坡度設(shè)置，保證了鋼桁梁拼裝過程與成橋狀態(tài)坡度一致;通過對(duì)設(shè)計(jì)預(yù)拱度的溫度修正消除了拼裝與落梁時(shí)的溫度差對(duì)線型的影響;根據(jù)成橋預(yù)拱度線型對(duì)桿件加工長(zhǎng)度調(diào)整預(yù)設(shè)出廠預(yù)拱度，桁片胎架上拼裝調(diào)整相鄰節(jié)點(diǎn)間的預(yù)拱度，桁片組裝時(shí)對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的拼裝標(biāo)高進(jìn)行控制，拼裝成型后的復(fù)核調(diào)整，確保了鋼桁梁的拼裝線型與成橋線型一致，保證了施工質(zhì)量。

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