拱梁組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)分析

文/劉瑞林

1 前言

在橋梁建設領(lǐng)域中拱梁組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)的應用，可以提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性，并對項目的開展有著積極作用。因此，對拱梁組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁技術(shù)的應用情況進行分析，不斷尋找出更為科學有效的技術(shù)方案,有助于提高橋梁建設的質(zhì)量。

2 工程概況

某跨河大橋的工程項目，與下方的河流是斜交的形式存在，其交叉度數(shù)為16.12o,因此施工人員要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況按照“斜橋正做”的基本原則開展項目設計和施工。該橋梁下部結(jié)構(gòu)屬于下沉式組合橋梁結(jié)構(gòu)，其跨度為93.24m，寬度設計為34.2～45.8m之間。拱肋結(jié)構(gòu)采用的是梯形鋼筋斷面制作而成，系梁則是矩形鋼筋斷面的形式。吊桿主要包含內(nèi)外兩個結(jié)構(gòu)部分，以三角形的形式制作，作用在于承載車輛通行的荷載。在非機動車道中，按照平鋼箱梁結(jié)構(gòu)的形式設計，拱的水平推力與系梁拉力是自平衡的系統(tǒng)，能夠完全達到運行標準[1]。

3 技術(shù)實踐分析

3.1 主梁施工要點

在橋梁工程的實施環(huán)節(jié)，橋梁各個結(jié)構(gòu)力學特性都會有所改變，而造成這一問題的原因有如下兩個方面：拱梁組合結(jié)構(gòu)形式非常復雜；橋梁跨度尺寸較大。從實際運行狀況分析，如果橋梁跨度尺寸較大，就會導致橋拱受力較大，極易發(fā)生變形問題，給橋梁運行安全性帶來不利影響。因此，工作人員要分析該結(jié)構(gòu)的受力條件，展開全面深入的分析，以此滿足橋梁的運行標準。此外，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力發(fā)生變化和焊接順序、溫度等要素存在關(guān)系，施工環(huán)節(jié)要重點關(guān)注這些方面，切實提升結(jié)構(gòu)的總體性能[2]。

3.2 主拱施工要點

該工序主要部分是在主梁結(jié)構(gòu)完畢以后才進行的，在具體施工時要求施工人員先搭建好施工平臺，做好橫、縱支撐結(jié)構(gòu)安裝，保證結(jié)構(gòu)體系性能合格。在支架安裝工作結(jié)束后，開始進行鋼拱肋的吊裝施工。鋼箱拱線形設計極為重要，其會影響橋梁的性能，因此在鋼箱拱和吊點隔板組合的時候，施工人員需要考慮到組合的承載力以及抗壓強度。另外，在制作與安裝環(huán)節(jié)進行質(zhì)量管控極為重要，通過全站儀檢測各項數(shù)據(jù)信息，需保證鋼箱拱線達到設計標準。鋼箱拱很多都是中厚板焊接方式，在焊接操作時施工人員應了解焊接工藝的要求，控制焊接連接點，減少焊接不均勻?qū)е碌牧芽p現(xiàn)象；同時，為了滿足焊接變形控制以及殘余應力控制要求，在具體操作階段中，施工人員還需要固定對號焊接對應結(jié)構(gòu)，進而減少焊接晃動問題引發(fā)的質(zhì)量問題[3]。

3.3 支架穩(wěn)定性控制

在鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工中，對于支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析時，一般分為支點失穩(wěn)、極值點失穩(wěn)、躍越失穩(wěn)。在具體的建設過程中，應深入分析支架失穩(wěn)的條件，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性符合要求，達到安全性標準。在拱梁組合橋梁支架施工階段，由于受到外界因素以及技術(shù)因素的影響，通常薄壁型鋼結(jié)構(gòu)容許板件存在局部屈曲現(xiàn)象。針對此問題在設計環(huán)節(jié)需要相關(guān)設計人員做好屈曲后極限承載力參數(shù)的設計工作，要求設計人員對設計的參數(shù)進行校對，以保證在后續(xù)工序開展時，不會出現(xiàn)支架失穩(wěn)的問題。

4 支架方案

要想綜合分析工程的實際情況，就要結(jié)合實際情況發(fā)布相關(guān)的施工方案，同時現(xiàn)場人員展開考察和分析。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，本次橋梁是跨河橋梁項目，下部河道并未完全開挖完成。測量之后確定，河底低點與橋梁最低點的間距為3.68m 左右。工作人員結(jié)合現(xiàn)場的考察結(jié)論，采取先填河、后開挖疏浚的施工方案。這種方案的工期較短，成本較低，符合實際運行需要，且能夠在現(xiàn)場靈活設置支架和支撐的結(jié)構(gòu)，工程安全性完全滿足要求。

4.1 支架布置

在該項目施工過程中，主體縱梁結(jié)構(gòu)的布設是按照由南到北的方式進行的。支架布設時管支結(jié)構(gòu)按照橋梁縱向的位置布設，保證其受力點能夠在主縱梁腹板位置當中，然后選擇基礎(chǔ)剖面為混凝土板塊設定到支撐點的位置。橋面結(jié)構(gòu)的支撐部分根據(jù)長度、寬度方向進行設置，并且長度方向上間隔距離設定為400cm，寬度設定為360cm。在設置環(huán)節(jié)，工作人員先確定具體的橋?qū)捴行木€，且要在橋面支撐結(jié)構(gòu)上設計為5 列，以對稱方式鋪設施工，應用20#槽鋼連接形成整體的結(jié)構(gòu)。為了達到支撐性能的要求，工作人員設置定位點，具體支架設置點可見下圖1。

圖1 支架點布置圖

4.2 受力分析

橋梁的縱向結(jié)構(gòu)總計分為14 個段落，總體重量是602t。在工程實施環(huán)節(jié)，安排施工人員將龍門吊設置在主梁結(jié)構(gòu)位置，使其能夠在后續(xù)的操作中起吊相關(guān)的構(gòu)件。由于荷載分布在兩側(cè)橋臺以及24 條基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，每個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載22.6t 荷載，基本上達到每根支撐的2 倍左右。因此，從受力層面分析，各個荷載均能夠在不同的支撐體系中分布，實現(xiàn)了受力擴散的需求，這對提升穩(wěn)定性具有積極作用。

4.3 拱肋支架方案

混凝土基礎(chǔ)與管支撐都是設置到人行道挑梁的下部，并且要嚴格根據(jù)方拱節(jié)段合攏縫投影位置安裝，合攏部位的支架一般都要安裝到挑梁上部空間上，以此實現(xiàn)地面力的傳遞。拱肋支架的制作材料為φ325×8mm 的無縫鋼管，總計需要4 根；橫撐和斜撐也是應用無縫鋼管制作，規(guī)格為φ100×8mm。根據(jù)設計方案的要求，斜撐與橫撐在設置時間隔距離全部是3m。支架高度超過9m 的情況下，工作人員應該在現(xiàn)場設置纜風繩結(jié)構(gòu)，每個支架上要設置4 根纜風繩，直接固定到管子上，且和地錨連接。

5 吊裝方案

5.1 吊耳及鋼絲繩

所有的主縱梁、拱肋分段都要設置4 個吊耳，主要以鋼材(Q235B)進行制作。其中，對于吊耳的要求格外關(guān)鍵，因此工作人員需要對其承載強度進行計算，計算公式為

其中，δ 表示鋼板的屈服強度（MPa）；s 表示吊耳的焊縫位置的最小面積（m2）；K 表示安全系數(shù)，取值為1.3。

主吊結(jié)構(gòu)的鋼繩應達到規(guī)格的標準要求，選擇工作結(jié)束后，工作人員要做好鋼絲繩的檢查，保證不會發(fā)生銹蝕、折彎等情況，且沒有任何問題后才能開始起吊作業(yè)。

5.2 拱肋吊裝

拱肋在吊裝作業(yè)之前，需要采取全站儀進行放樣，然后在現(xiàn)場搭設拱肋支架。拱肋吊裝需要使用鋼絲繩來進行，具體操作階段按照鋼拱架的要求做好傾斜調(diào)整，然后進行吊裝作業(yè)。此外，工作人員還要進行吊架的輕微調(diào)整，保證各個節(jié)點達到設計方案的要求，最終通過焊接方式連接穩(wěn)固。工序完成以后，施工人員要觀察其是否存在傾斜、失穩(wěn)現(xiàn)象，若存在此類問題，則要調(diào)整合格后再開展后續(xù)作業(yè)。

5.3 施工控制

為了達到工程質(zhì)量控制需求，可按照表1偏差值標準進行：

表1 偏差值控制表

在施工階段根據(jù)需要在現(xiàn)場組建測量控制網(wǎng)，通過極坐標的方式進行質(zhì)量控制，保證極坐標的精度滿足要求，達到標準要求后才能進行預埋件的打孔處理。此外，施工環(huán)節(jié)為了避免焊接變形問題，施工人員還需按照焊接工藝要求進行作業(yè)，且做好焊接溫度以及風力因素的分析，減少焊接變形、應力過大的情況出現(xiàn)，保證整體結(jié)構(gòu)形式合格。在鋼結(jié)構(gòu)吊裝合攏操作環(huán)節(jié)進行相鄰梁段結(jié)構(gòu)的高程復測作業(yè)，消除任何不利因素的影響，保證各個結(jié)構(gòu)的尺寸精度合格，穩(wěn)定性、安全性達標。

6 結(jié)語

在橋梁工程項目建設過程中，應用拱梁組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁的結(jié)構(gòu)形式開展橋梁工程的施工，需要綜合分析現(xiàn)場施工環(huán)境、施工技術(shù)和設備等各個方面，選擇最佳的結(jié)構(gòu)形式，并在分析結(jié)構(gòu)應力條件基礎(chǔ)上，保證梁拱組合體系達到標準要求，從而為工程運行質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。