新型大跨連續(xù)鋼桁組合梁橋施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

張德利 ，李 仙，任建新

（1.天津濱海新區(qū)高速公路投資發(fā)展有限公司，天津市 300457；2.天津城建設計院，天津市 300122）

0 引言

連續(xù)桁架組合梁橋是通過剪力鍵將鋼梁與混凝土連接起來共同受力、變形的一種新型橋梁形式，其充分利用了鋼的抗拉優(yōu)越性能和混凝土的抗壓性能，顯著提高了梁的剛度和穩(wěn)定性，具有結(jié)構(gòu)輕盈、跨越性強、承載力大、造型優(yōu)美等諸多優(yōu)點[1-2]。連續(xù)桁架組合梁橋?qū)儆诔o定結(jié)構(gòu)，因此理想的幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設計有關(guān)，且還依賴于科學合理的施工方法[3]。如何通過施工時的澆筑過程的控制以及主梁標高調(diào)整來獲得預先設計的應力狀態(tài)和幾何線形，是施工中非常關(guān)鍵的問題[4]。在橋梁各施工階段，必須實時進行主梁線形控制和應力監(jiān)測，鋼梁與混凝土之間的滑移量監(jiān)測等以便及時調(diào)整施工狀態(tài)，優(yōu)化施工方案，指導施工現(xiàn)場作業(yè)，使橋梁結(jié)構(gòu)趨于理想狀態(tài)。

1 工程概況

依托工程主橋采用三跨鋼混組合連續(xù)桁架結(jié)構(gòu)，跨徑布置為95 m+140 m+95 m=330 m。主橋12榀桁片組成，分為左右兩幅，每幅橫向由6 榀桁架組成，每桁中墩支點處梁高12.5 m，邊墩支點處梁高3 m，跨中梁高3.5 m，桁橫向中心間距3.56 m,一榀桁架由上、下弦和腹桿組成。橋梁橫向聯(lián)系分為上、下橫撐和上下平縱聯(lián)，見圖1。

圖1 橋梁效果圖

2 連續(xù)組合桁架橋設計特點

對于連續(xù)桁架組合梁橋，中支點附近的負彎矩區(qū)，由于混凝土橋面板受拉、鋼梁下翼緣或下弦桿受壓，受力較為不利。負彎矩區(qū)需要重點解決下弦桿的受壓穩(wěn)定問題以及混凝土橋面板的開裂問題，本工程針對該問題提出兩點措施：

（1）在大跨連續(xù)桁架組合梁橋中，正彎矩區(qū)混凝土板和鋼桁架上弦桿通過抗剪連接鍵相連，能充分發(fā)揮兩者的組合作用。針對負彎矩區(qū)組合桁架的受力特點，制定特殊工藝從而改變鋼與混凝土的組合方式，以改善負彎矩區(qū)組合桁架的受力性能：在負彎矩區(qū)鋼與混凝土之間只設置稀疏的構(gòu)造剪力鍵，使混凝土板和鋼梁能自由變形，有效釋放混凝土板中因收縮徐變、溫度效應以及汽車荷載引起的拉應力，并提高負彎矩區(qū)橋面板縱向預應力的導入效率，改善橋面系的抗裂性能。負彎矩區(qū)附近鋼桁架下弦桿內(nèi)澆注混凝土，形成鋼管混凝土截面，充分發(fā)揮混凝土材料的抗壓性能，顯著改善下弦桿受壓穩(wěn)定性。

本橋在中墩附近85 m 范圍內(nèi)布置抗拔不抗剪剪力鍵，使橋面板在預應力束作用下能縱向滑動。在正彎矩區(qū)密布普通栓釘，使橋面板和鋼桁架緊密結(jié)合。全橋縱向橋面板與鋼桁架上弦桿之間剪力鍵布置見圖2。

圖2 剪力鍵布置圖（單位：m）

（2）本工程設置臨時支撐和調(diào)整混凝土橋面板的澆筑順序來減小混凝土的拉應力：

步驟1：在橋位處搭設主梁節(jié)段支撐，分次吊裝中墩處的D5（D9）節(jié)段桁架，見圖3。

圖3 步驟1（單位：m）

步驟2：由1#，2＃中墩至邊墩方向，分別安裝北岸側(cè)D4→D3→D2→D1及南岸側(cè)D10 →D11 →D12→D13 節(jié)段桁架，并進行各節(jié)段內(nèi)橫向連接及節(jié)段內(nèi)、節(jié)段間的縱向連接，見圖4。

圖4 步驟2（單位：m）

步驟3：安裝D6，D8 節(jié)段，進行節(jié)段內(nèi)的縱、橫向連接，見圖5。

圖5 步驟3（單位：m）

步驟4：安裝D7 節(jié)段，進行節(jié)段內(nèi)縱、橫向連接，最后進行與D6，D8 的縱向連接，實現(xiàn)全橋縱向合攏并澆筑下弦桿內(nèi)混凝土，見圖6。

圖6 步驟4（單位：m）

步驟5：澆筑跨中和邊跨混凝土橋面板，張拉預應力并拆除支架，見圖7。

圖7 步驟5（單位：m）

步驟6：澆筑中墩負彎矩處混凝土橋面板，張拉預應力，見圖8。

圖8 步驟6（單位：m）

通過設置臨時支撐和調(diào)整橋面板澆筑順序，一為跨中混凝土施加預壓力，二是極大減小了負彎矩區(qū)混凝土橋面板的拉應力。

3 施工監(jiān)控內(nèi)容

在施工控制中應加強施工監(jiān)測，測試的主要內(nèi)容有主體結(jié)構(gòu)線形、應力和負彎矩區(qū)橋面板與鋼梁滑移量等。線形及應力應變的監(jiān)測應盡量避開日照溫差進行。通常情況下，晴天應在凌晨5：00～7：00進行測試（視季節(jié)略有變化），具體監(jiān)測時機可結(jié)合橋梁的施工工藝和長期監(jiān)測結(jié)果作適當?shù)男拚驼{(diào)整。

3.1 橋面線形監(jiān)控

根據(jù)分階段吊裝焊接施工工藝及本橋結(jié)構(gòu)特點，為了對主桁架分節(jié)段安裝過程及合龍后全橋線形進行監(jiān)測，選擇主跨跨中和邊跨四分點及墩頂位置共9 個斷面在主梁標高定位、橋面板澆筑、支架拆除、成橋等施工階段對全橋橋面線形進行觀測，橋面標高觀測點布置見圖9。拆除所有支架階段橋面標高測量見表1。

表1 拆除所有支架前后左幅主梁高程變化測量 單位：m

圖9 橋面標高測點布置圖（單位：cm）

由表1 可知，左幅橋主梁落架前后高程實測變化值與理論變化值變化趨勢一致，差值在-1.3～4.1 cm范圍內(nèi)。

3.2 應力監(jiān)控

為了確保大橋在施工過程中的結(jié)構(gòu)安全，及時掌握結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，選擇主桁架的上弦桿、下弦桿、腹桿及混凝土橋面板的各控制斷面處安裝應變傳感器，以測量結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的應變值。鋼結(jié)構(gòu)表面應力測點共224 個，其中上、下弦桿176 個測點、腹桿48 個測點，混凝土面板54 個測點，兩幅橋共計278 個測點。橋面板監(jiān)測選擇各跨跨中、中跨四分點截面，共6 個控制截面，見圖10、圖11。

圖10 橋面板應力監(jiān)測控制斷面示意圖

圖11 橋面板應力監(jiān)測控橫斷面示意圖

施工監(jiān)控過程中應變監(jiān)測截面?zhèn)鞲衅鞑捎谜裣沂絺鞲衅?，并選用相應的專用儀器測試。所有的測試儀器都在室內(nèi)進行標定，以保證測量結(jié)果可靠。所有元件在安裝前進行仔細檢查以保證其使用正常。拆除支架階段和預應力張拉階段混凝土橋面板應力變化見表2、表3。

從表2、表3 可以看出，施工階段鋼梁和混凝土橋面板應力增量實測值與理論值相比變化一致。

表2 左幅橋拆除全部支架前后關(guān)鍵斷面應變變化值

表3 左幅橋橋面板預應力鋼筋張拉前后橋面板應變變化值

3.3 支座負彎矩區(qū)混凝土橋面板與鋼梁滑移量監(jiān)測

中墩負彎矩區(qū)采用抗拔不抗剪剪力鍵，橋面板在預應力束作用下能縱向滑動。為實測中墩負彎矩區(qū)混凝土橋面板在預應力張拉前后，混凝土橋面板與鋼桁架上弦桿之間的縱向滑移量，需在該區(qū)段混凝土兩端安設縱向位移傳感器，共30 個位移傳感器。位移傳感器測點布置見圖12、圖13。

圖12 橋面板縱向測量斷面示意圖

圖13 橋面板橫向測量橫斷面示意圖

由表4 可知，右幅南岸負彎矩區(qū)預應力張拉引起的橋面板縱向壓縮變化量實測值與理論值變化趨勢基本相符，差值在-0.1～0.1 cm。

表4 右幅南岸負彎矩區(qū)預應力鋼筋張拉過程中橋面板縱向壓縮量（單位：m）

4 結(jié)語

施工監(jiān)測是施工控制的重要工作，是獲取反映結(jié)構(gòu)實際狀態(tài)的唯一途徑，是確保橋梁安全施工的重要因素。本橋鋼梁結(jié)構(gòu)為支架施工，先在支架上拼接鋼結(jié)構(gòu)主梁和澆筑除負彎距區(qū)外的混凝土，然后進行體系轉(zhuǎn)換,再澆筑剩余部分混凝土并張拉預應力束。在鋼梁各施工階段，必須實時進行主梁線形控制和應力測量，以便及時調(diào)整施工狀態(tài)。監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確是監(jiān)控工作的關(guān)鍵，測量精度關(guān)系全局，必須根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式和具體施工工藝，選擇確定穩(wěn)定可靠的的測量方式、合理的測量時機和適當?shù)臏y量周期。