高速公路鋼箱梁施工技術(shù)研究

吳非

【摘 要】隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，鋼箱梁以其優(yōu)越的性能被廣泛應(yīng)用于高速公路橋梁結(jié)構(gòu)中。文章結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)鋼箱梁施工工藝、焊接工藝、涂裝、頂推施工進(jìn)行了探討，在該工程投入使用后性能良好，可供類似工程參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】高速公路;鋼箱梁;上跨;吊裝;頂推

【中圖分類號(hào)】U445.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0068-03

1 工程概況

昆明市北京路北端連接西北繞城高速立交主要位于盤龍區(qū)龍泉街道處，跨過(guò)西北繞城高速公路段采用鋼箱梁。西北繞城高速公路為既有公路，通行車輛較多。鋼箱梁為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，兩端橋臺(tái)為樁基礎(chǔ)鋼筋混凝土橋臺(tái)，橋臺(tái)施工完成后，方能進(jìn)行頂推施工。

鋼箱梁分左右幅制安，兩幅橋鋼結(jié)構(gòu)共重656 t，材質(zhì)均采用Q345qD。橋面寬10 m，兩幅并行，為分離式橋梁，兩幅橋梁間距為0.25 m。鋼箱梁為單箱雙室截面，跨徑為58 m。箱梁腹板采用等高設(shè)計(jì)，橋面橫坡由箱梁截面繞設(shè)計(jì)高程點(diǎn)旋轉(zhuǎn)而成。鋼箱梁的頂板兼做橋面承重結(jié)構(gòu)，按正交異性設(shè)計(jì)。鋼梁箱體部位頂、底板采用“U”形肋加勁，懸臂部位頂板采用“U”形肋加勁和板肋加勁。箱內(nèi)縱向每3 m左右設(shè)一道普通橫隔板。支點(diǎn)處設(shè)支點(diǎn)橫隔板，并在支點(diǎn)處設(shè)豎向加勁肋。箱梁內(nèi)外側(cè)懸臂長(zhǎng)2 m，懸臂根部高60 cm，端部高35 cm，縱向每1.5 m左右設(shè)一道懸臂梁，其位置與箱內(nèi)橫隔板、豎肋相對(duì)齊。箱梁外輪廓高2.3 m。箱梁頂面全寬10.0 m，箱梁底板寬6.05 m，懸臂長(zhǎng)2.0 m，寬挑臂。

2 鋼箱梁制作工藝

鋼箱梁制作擬在生產(chǎn)基地進(jìn)行。在劃分梁段過(guò)程中，充分考慮到市場(chǎng)提供材料的局限、生產(chǎn)車間的情況、運(yùn)輸路線的局限性及重點(diǎn)考慮現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的吊裝限制、采用的起重機(jī)械設(shè)備等因素。經(jīng)實(shí)地觀察及結(jié)合運(yùn)輸車輛、起重機(jī)械性能，進(jìn)行分段。鋼箱梁縱橋向分5段，橫橋向按各室分1段;挑檐左右分開(kāi)制作，每段長(zhǎng)7～9 m。鋼箱梁運(yùn)輸選用長(zhǎng)13 m的四橋車運(yùn)輸。兩橋均跨過(guò)既有高速公路，跨度均為58 m;在不對(duì)既有公路進(jìn)行封閉施工時(shí)，擬對(duì)跨既有公路段鋼箱梁采用液壓千斤頂頂推的施工工法安裝。頂推順序如下：先頂推左幅，再頂推右幅。

3 鋼箱梁焊接及防腐涂裝工藝

焊接工藝評(píng)定包括對(duì)接接頭試驗(yàn)、熔透角接試驗(yàn)和“T”形接頭試驗(yàn)。本項(xiàng)目中有對(duì)接接頭、腹板與頂?shù)装濉癟”形接頭。鋼箱梁制造的焊接工藝是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，所有類型的焊縫在施焊前應(yīng)做焊接工藝評(píng)定，根據(jù)評(píng)定的結(jié)果編制焊接工藝。由于鋼箱梁節(jié)段為全焊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)焊縫較多，所以產(chǎn)生的焊接變形和殘余應(yīng)力較大，制造過(guò)程中，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，盡量采用焊接變形小、焊縫收縮小的工藝和純度大于99.5%的CO2氣體保護(hù)焊。防腐涂裝的構(gòu)件主要為鋼箱梁整體節(jié)段。橋位焊縫及損傷區(qū)域的補(bǔ)涂、橋位面漆的補(bǔ)涂均在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。涂料應(yīng)裝在密封容器內(nèi)，容器的大小應(yīng)方便運(yùn)輸，并在每個(gè)容器側(cè)面粘貼標(biāo)簽，包括牌號(hào)、顏色、批號(hào)、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)廠家，所有涂料儲(chǔ)存在3～40 ℃環(huán)境中，并注意環(huán)境通風(fēng)。涂層表觀要求漆膜連續(xù)、平整，顏色一致且符合設(shè)計(jì)要求。

4 施工要求和技術(shù)保證條件

施工中，各梁段端部標(biāo)高的確定必須在日出前溫度較穩(wěn)定、風(fēng)力較小的時(shí)段進(jìn)行，以消除日照溫差引起的誤差。端部標(biāo)高確定后應(yīng)迅速用臨時(shí)匹配件將梁段連接起來(lái)，然后進(jìn)行焊接。施工控制的原則是以標(biāo)高控制。在制作梁段過(guò)程中，端口應(yīng)匹配制作。工地焊接的精度要求應(yīng)按招標(biāo)文件的技術(shù)規(guī)范及國(guó)內(nèi)有關(guān)規(guī)程、規(guī)范執(zhí)行。鋼箱梁的懸挑部分及箱梁的小節(jié)段由工廠內(nèi)加工完成，現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)臨時(shí)支架小節(jié)段運(yùn)到工地直接在臨時(shí)支架上拼裝、焊接，拼裝、焊接質(zhì)量對(duì)本工程的總體質(zhì)量起到了關(guān)鍵性的控制作用，因此組裝、焊接及后續(xù)工序的質(zhì)量管理和控制是確保本工程質(zhì)量的重點(diǎn)。本工程除保證橋段的吊裝、高空組對(duì)和焊接工作等施工安全和質(zhì)量外，尚應(yīng)確保施工道路的順暢通車，因此必須投入較大的人力和采取必要的安全防護(hù)措施。吊裝指揮機(jī)構(gòu)為臨時(shí)機(jī)構(gòu)，其作用就是按照既定的吊裝方案統(tǒng)一指揮、調(diào)配，使工作有序進(jìn)行，確保吊裝質(zhì)量、安全和工期。

5 頂推施工控制要點(diǎn)

本鋼箱梁的施工過(guò)程如下：頂推鋼箱梁至指定位置;落放鋼箱梁至橋梁支座位置，頂推擬采用依次頂推的方式;落梁采用4臺(tái)200 t油缸千斤頂下放的方式。頂推施工需要設(shè)置頂推油缸千斤頂、滑靴、軌道、夾軌器等主要的施工機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備。施工的重難點(diǎn)有鋼箱梁線形控制精度、施工安全防護(hù)防護(hù)要求、落梁高度、總體拼裝順序、吊裝場(chǎng)地需求、架設(shè)順序流程、各滑道的橫向標(biāo)高控制、懸臂節(jié)段及其余節(jié)段的整體重心控制、橫向限位及糾偏、起落梁及縱橫向糾偏控制、焊縫檢驗(yàn)、焊縫缺陷修補(bǔ)。

6 吊裝施工受力檢算

（1）鋼繩的受力檢算。本鋼箱梁工程的橋段主體最大重量約29.6 t，經(jīng)進(jìn)行汽吊吊裝計(jì)算后，擬利用2臺(tái)70 t汽吊吊裝，分別用2根繩扣進(jìn)行構(gòu)件的吊裝作業(yè)（如圖1所示）。

（2）吊耳承載檢算。確定橋段的重心位置后，沿腹板方向在設(shè)置有隔板、加勁肋位置上焊接吊耳，有必要時(shí)對(duì)橋段箱梁采取補(bǔ)強(qiáng)措施。每一橋段上設(shè)4個(gè)吊耳，即每一橋段采用4根鋼繩吊裝。最大吊裝重量為29.6 t，按30 t考慮，則單個(gè)吊耳受力為7.5 t。

耳板材質(zhì)為Q345Qd，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

耳板拉應(yīng)力檢算：

拉應(yīng)力的最不利位置在孔洞對(duì)應(yīng)上方斷面，按結(jié)構(gòu)的最大承載力極限設(shè)計(jì)，Nmax≤[σ]×A/1.4=295×40×20/1.4=168 600 N =16.86 t。

耳板剪應(yīng)力檢算：剪應(yīng)力的最不利位置在孔洞圓心位置截面，Nmax≤[τ]×A2≤170×80×20/1.4=194 300 N=19.43 t。

局部擠壓應(yīng)力檢算：局部擠壓應(yīng)力的最不利位置在吊耳與銷軸（直徑為30 mm）的結(jié)合處，Nmax≤[σ]×（t×d）φ≤295×32×20×0.7/1.4=94 460 N=9.44 t。

耳板與箱梁連接角焊縫的計(jì)算：焊縫高度hf=10 mm、單邊計(jì)算長(zhǎng)度為230 mm的耳板角焊縫時(shí)，Pmax≤[σ]×he×LW/1.4=160×（0.7×10）×[（250-20）×2]/1.4=368 000 N=36.8 t。

綜上計(jì)算得出，吊裝耳板可承受最大荷載為9.44 t，大于7.5 t，滿足本工程最重構(gòu)件吊裝的需要。

7 鋼箱梁頂推受力分析

滑移結(jié)構(gòu)及滑移支撐采用結(jié)構(gòu)分析軟件sap2000進(jìn)行計(jì)算。

7.1 滑移結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

7.1.1 計(jì)算說(shuō)明

邊界條件：滑靴點(diǎn)—Z向縫單元（模擬頂推約束）。荷載：自重—DEAD。荷載組合：強(qiáng)度及穩(wěn)定—1.35×DEAD。支座反力及變形—1×DEAD。

7.1.2 滑移驗(yàn)算結(jié)果

箱梁滑移不同階段驗(yàn)算模型如圖3所示，計(jì)算結(jié)果如下：

各階段滑靴反力：懸挑最長(zhǎng)時(shí)滑靴反力為2 871 kN，前端接收墩支架最大反力為1 882 kN。懸挑端最大下?lián)蠟?25 mm。導(dǎo)梁最大應(yīng)力比為0.382。滿足滑移要求。

7.2 滑移接收支架驗(yàn)算

7.2.1 計(jì)算說(shuō)明

邊界條件：支撐架柱腳—三向鉸支座。荷載：自重—DEAD?；シ戳Α狶IVE。荷載組合：強(qiáng)度及穩(wěn)定—1×DEAD+1×LIVE。支座反力及變形—1.3×DEAD+1.5×LIVE。

7.2.2 驗(yàn)算結(jié)果

箱梁滑移不同階段驗(yàn)算模型如圖4所示，計(jì)算結(jié)果如下：最大下?lián)蠟?.6 mm，最大應(yīng)力比為0.886。滿足滑移要求。

8 結(jié)語(yǔ)

云南省高速公路近年迎來(lái)高速發(fā)展，即將迎來(lái)“十四五”規(guī)劃建設(shè)的高峰期，在高速公路的建設(shè)過(guò)程中，存在大量的鋼箱梁施工，鋼箱梁施工采用分段分塊拼裝焊接，從制作﹑運(yùn)輸﹑安裝等方面來(lái)講，比起傳統(tǒng)的混凝土預(yù)制梁有著施工更為便捷、施工跨度更大、妨礙交通時(shí)間短、適應(yīng)各種惡劣地形的優(yōu)點(diǎn)，前景光明。本文對(duì)鋼箱梁的施工工藝進(jìn)行了探討，為以后類似工程的施工提供了實(shí)際的參考和借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

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