橋梁工程梁拱組合鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)研究

吳春華

（江西通威公路建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

對(duì)于橋梁工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，大跨度拱梁鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)難度較高，對(duì)于施工工藝、技術(shù)有著更高的要求，所以很多大型橋梁項(xiàng)目不會(huì)選擇該方式。當(dāng)前在我國(guó)的橋梁工程領(lǐng)域，應(yīng)用的主要形式是鋼桁架與鋼箱梁組合的形式。鋼箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用價(jià)值比較高，總體的施工效果良好，作為先進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用在橋梁領(lǐng)域，特別是在跨徑300m 以上、高度500m 以下的橋梁中，使用的范圍非常大，綜合利用價(jià)值較高。

1 工程概況

某大跨度混凝土連續(xù)橋梁處于我國(guó)南方地區(qū)，是跨越長(zhǎng)江的重要橋梁項(xiàng)目，橋梁長(zhǎng)度980m，設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁剛構(gòu)-懸索橋。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)條件復(fù)雜性比較高，性能比較差，設(shè)計(jì)荷載要求比較高，是比較典型的重載交通結(jié)構(gòu)形式。

2 施工難點(diǎn)

第一，該橋梁項(xiàng)目的線形剛度比較小，橋面的高度比較低，吊桿作業(yè)的難度較大；上部結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是鋼混組合截面的結(jié)構(gòu)形式，鋼-混凝土結(jié)構(gòu)的組合部位極易發(fā)生滑移的情況，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，影響橋梁運(yùn)行的安全性；下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，尤其是基礎(chǔ)底板的厚度較小，造成橋墩底部高程發(fā)生很大變化，結(jié)構(gòu)的承載性能不足；高墩橫移量較大，結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量有著很大不足。

第二，拱腳鋼腹板的厚度比較小，開(kāi)裂的問(wèn)題較為常見(jiàn)；墩臺(tái)內(nèi)部設(shè)置比較多的預(yù)埋件，性能分布不均勻，薄弱部位容易發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題；有些預(yù)制箱梁存在裂縫、沉陷等嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。為了處理上述各項(xiàng)問(wèn)題，施工單位決定采用如下技術(shù)：加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的水平度控制，各個(gè)部位的尺寸精度合格，構(gòu)造性能達(dá)標(biāo)；加強(qiáng)模板安裝的質(zhì)量管控，吊裝管理的精度合格；嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案的要求，做好各種儀器的檢測(cè)和控制，性能與質(zhì)量合格，且處于檢定周期內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差嚴(yán)重的問(wèn)題。

第三，鋼桁梁出現(xiàn)較為嚴(yán)重的彎曲性，如果不能加強(qiáng)控制容易發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂，甚至引發(fā)倒塌的事故問(wèn)題。對(duì)于該問(wèn)題來(lái)說(shuō)，施工單位嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的監(jiān)督與監(jiān)測(cè)，制定合理的應(yīng)對(duì)措施，并結(jié)合不同結(jié)構(gòu)形式選擇合適的加固措施，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

第四，斜拉索索力分布不均勻，有些部位承受的索力較大而發(fā)生斷裂損壞的問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能不合格。基于此，現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行索力方向的調(diào)節(jié)，確保應(yīng)力處于集中的范圍內(nèi)，做好索力參數(shù)值的調(diào)整，并減少結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題。同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，以更好地恢復(fù)斜拉索的性能，達(dá)到橋梁正常使用的標(biāo)準(zhǔn)和要求[1]。

3 大跨度梁拱組合鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)

3.1 鋼梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對(duì)于橋梁?jiǎn)误w結(jié)構(gòu)形式，目前廣泛應(yīng)用的是雙塔單跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋與多塔簡(jiǎn)支桁架加勁梁拱橋的形式。鋼梁結(jié)構(gòu)是主要的組成部分，也是主要的承載結(jié)構(gòu)，所以對(duì)于結(jié)構(gòu)性能要求比較高。按照設(shè)計(jì)方案施工，加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督與管理，規(guī)避質(zhì)量不足的問(wèn)題。在懸臂鉆孔工作的實(shí)施中，如果直徑比較大，導(dǎo)致原有結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化。要從整體橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，分析影響的因素，并采取科學(xué)合理的應(yīng)對(duì)措施，以確?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能合格。但是，目前我國(guó)對(duì)于該方面的研究還不夠深入，在工程領(lǐng)域也沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，應(yīng)對(duì)以前研究結(jié)果全面分析，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能提高結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量。

3.2 鋼箱梁施工技術(shù)

3.2.1 結(jié)構(gòu)建模

根據(jù)已經(jīng)掌握的數(shù)據(jù)信息建立模型，分析結(jié)構(gòu)模型的特性，為現(xiàn)場(chǎng)施工效果的提升奠定基礎(chǔ)。首先，對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸展開(kāi)分析，了解其所處的空間方位，并應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，了解真實(shí)的工作情況。對(duì)于橋梁項(xiàng)目中的多截面或者小斷面的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，以有限元模型分析為主，或者使用多種相似數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果。但是，該方式容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精度不足，模型設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜，無(wú)法直接反映分析的結(jié)果，給整體的應(yīng)用效果帶來(lái)不利的影響。為了提高計(jì)算的精度，使得結(jié)論更具合理性，可以將其看作是近似的形式。此外，還要重視細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)，如明確荷載傳輸路徑等，以消除負(fù)面因素的干擾和影響[2]。

3.2.2 焊接作業(yè)

焊接作業(yè)關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的性能，所以必須加強(qiáng)管理和控制，具體應(yīng)做好如下工作：其一，準(zhǔn)備焊接材料；其二，加熱焊接材料，做好保溫措施；其三，切割焊縫；其四，冷卻到室溫。對(duì)于不同材質(zhì)的鋼筋，焊接工藝有差異，所以需要加強(qiáng)焊接管控。焊接后形成鋼桁梁的結(jié)構(gòu)，確保焊接的質(zhì)量和性能達(dá)標(biāo)，以提升橋跨結(jié)構(gòu)的承載性與耐久性。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，加強(qiáng)溫度的控制，保持在合理的范圍內(nèi)，預(yù)防發(fā)生變形或者開(kāi)裂的問(wèn)題，以提高施工的質(zhì)量水平。執(zhí)行工藝方案的要求進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)管理，預(yù)防產(chǎn)生凍脹裂縫的危害。將現(xiàn)場(chǎng)所需要的全部設(shè)備、管道、閥門安裝到位，結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量合格，以延長(zhǎng)使用壽命?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)節(jié)的組裝焊接極為重要，特別是大跨徑的橋梁，安裝難度較高，極易產(chǎn)生焊接缺陷，所以必須加強(qiáng)控制。

3.2.3 吊裝和運(yùn)輸

除了焊接作業(yè)之外，吊裝和運(yùn)輸也是不容忽視的工序。拼裝作業(yè)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能不合格，甚至?xí)l(fā)坍塌的事故，影響工程的質(zhì)量。因此，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理，加強(qiáng)施工質(zhì)量的監(jiān)督控制，落實(shí)監(jiān)控管理措施，以提升現(xiàn)場(chǎng)施工的質(zhì)量水平，保證工程的質(zhì)量合格。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)做好下述幾個(gè)方面的工作：一是在制作腹板、肋板時(shí)，選擇應(yīng)用優(yōu)質(zhì)冷彎成型鋼材，厚度在20mm 以上，結(jié)構(gòu)性能符合工程的使用要求。二是橫擔(dān)、縱擔(dān)應(yīng)用等高線的布置方式，縱向間隔50m 以內(nèi)，橫向間隔100m 以內(nèi)，結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量達(dá)標(biāo)。三是主梁上斜拉索進(jìn)行張力控制，強(qiáng)度性能符合要求。四是橫梁采取局部調(diào)整的方式，受力條件在合理區(qū)間范圍內(nèi)，為后續(xù)的檢修處理提供幫助與支持。五是加強(qiáng)橋梁尺寸的控制，并且使得塔柱高度遵循國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求。通常來(lái)說(shuō)，單根塔柱高度在4m以內(nèi)，雙根塔柱高度在10m 以內(nèi)，多根塔柱的間隔控制在30m 以上，并保證結(jié)構(gòu)部位的設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。六是現(xiàn)場(chǎng)施工的鋼絞線應(yīng)用鍍鋅鋼絲網(wǎng)編制，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能合格，并且使用時(shí)加強(qiáng)防護(hù)管理，預(yù)防出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞的問(wèn)題。七是混凝土結(jié)構(gòu)的性能符合要求，抗拉強(qiáng)度、剛度性能達(dá)標(biāo)，且可以承載地震的作用力，性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.4 下段分料

加強(qiáng)分料過(guò)程的控制，下料量必須符合工程的施工需要，從而使得物料快速進(jìn)入模具。在上模成型的環(huán)節(jié)，要確保上模位與定位板保持垂直設(shè)置，不能存在偏斜的問(wèn)題，預(yù)防出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題。加強(qiáng)拱橋的主橋以及吊籃的安裝控制，間隙尺寸符合要求，如果存在問(wèn)題要及時(shí)改變和調(diào)整。同時(shí)，以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)設(shè)定拱圈高度，并安裝好相應(yīng)的設(shè)備，對(duì)于提高工程的質(zhì)量水平產(chǎn)生積極的作用。

3.2.5 整體組裝焊接

整體組裝焊接主要是現(xiàn)場(chǎng)工作人員根據(jù)設(shè)計(jì)方案、工藝標(biāo)準(zhǔn)要求將單一零散的部件組合焊接形成整體，以達(dá)到結(jié)構(gòu)總體性能的標(biāo)準(zhǔn)要求。因?yàn)樵擁?xiàng)目采用激光焊連接工藝，焊接時(shí)人員比較少，所以施工作業(yè)的成本大幅降低。此外，與傳統(tǒng)的焊接工藝相比，應(yīng)用激光雕刻的作業(yè)工藝質(zhì)量不斷提升，且人員操作比較熟練，加快施工速度。在檢測(cè)的施工環(huán)節(jié)，先開(kāi)展鋼橫梁結(jié)構(gòu)的預(yù)制處理，并根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作鋼骨架的模型，再進(jìn)行鋼梁拼裝作業(yè)，從而形成整體的結(jié)構(gòu)，混凝土構(gòu)件的性能合格，其主要的施工優(yōu)勢(shì)如下：鋼材使用量少；工期較短；施工作業(yè)安全；維護(hù)和保養(yǎng)成本低；環(huán)境保護(hù)效果好等[3]。

3.2.6 凈尺

整體焊接工作全部完成之后，進(jìn)行表面處理工作，主要是進(jìn)行油漆噴涂、拋光等，達(dá)到表面質(zhì)量的要求。通常情況下涂裝開(kāi)始前要進(jìn)行預(yù)處理，即出油、烘干、烘烤等，以提高油漆的附著力，促進(jìn)表面質(zhì)量的提高。最后一道工序是表面的打磨處理，去除氧化皮，達(dá)到結(jié)構(gòu)性能和質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于凈尺面來(lái)說(shuō)，最為關(guān)鍵的是毛刺的清理。凈尺時(shí)容易存在銳角，極易產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量無(wú)法滿足要求。因此，在打磨開(kāi)始前，首先要清理棱角，完成打磨處理，并確保各個(gè)部位的質(zhì)量合格。為了防止劃痕產(chǎn)生的影響，應(yīng)及時(shí)對(duì)部位進(jìn)行修補(bǔ)處理，提高結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，預(yù)防出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

3.3 支撐系統(tǒng)施工

支撐系統(tǒng)是關(guān)鍵，是主要的承載結(jié)構(gòu)部分，包含鋼管柱、預(yù)制梁等結(jié)構(gòu)部分，設(shè)計(jì)為連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)箱梁的形式。結(jié)合不同的使用標(biāo)準(zhǔn)要求，將其分為基礎(chǔ)、承重兩個(gè)部分?；A(chǔ)的結(jié)構(gòu)包含主框架與次框架的結(jié)構(gòu)，次框架為承臺(tái)、吊籃、系帶、欄桿等，形成整體結(jié)構(gòu)。橋梁的主體結(jié)構(gòu)受到的荷載經(jīng)過(guò)支撐部分傳輸?shù)匠兄貕w內(nèi)，所以該結(jié)構(gòu)的施工尤為關(guān)鍵。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸比較大，自重也比較大，所以必須采取措施預(yù)防出現(xiàn)基礎(chǔ)下沉、塌陷等嚴(yán)重的問(wèn)題，提高結(jié)構(gòu)的施工整體性。同時(shí)還要分析可能產(chǎn)生的塌陷事故原因，如溫度、風(fēng)力、降雨、雷電等，采取合理的應(yīng)對(duì)措施。從整體組成結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析，除了應(yīng)該達(dá)到抗震性能的標(biāo)準(zhǔn)外，還要符合美觀、耐久性的要求。橋梁工程的主要組成結(jié)構(gòu)是混凝土，發(fā)生裂縫問(wèn)題，性能就會(huì)降低，所以必須加固處理。遇到塌方、滑坡等嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，預(yù)防發(fā)生更加嚴(yán)重的安全事故。當(dāng)前，我國(guó)很多橋梁都會(huì)選用鋼橋基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式，完成加固處理，分擔(dān)橋梁的荷載，達(dá)到安全性標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)橋臺(tái)以及橋墩采用加筋處理方式，促進(jìn)結(jié)構(gòu)承載性能的提升。因?yàn)殇摻钊菀装l(fā)生銹蝕的問(wèn)題，影響結(jié)構(gòu)的總體性能，造成力學(xué)性能下降，引發(fā)安全事故，所以必須加強(qiáng)鋼筋的防銹處理工作，以符合結(jié)構(gòu)整體性的要求。

對(duì)于目前的橋梁支撐系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，塔架的形式比較多，如單塔、雙塔、多塔等結(jié)構(gòu)，應(yīng)用鋼管混凝土施工方式。在橋梁工程中，橋墩極為重要，是主要的支撐結(jié)構(gòu)。但是在投入使用后，極易受到氣候條件因素的影響，造成結(jié)構(gòu)性能的降低，需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，達(dá)到輔助支撐的效果，預(yù)防出現(xiàn)鋼拱架的傾覆而產(chǎn)生嚴(yán)重的事故問(wèn)題，保護(hù)人們的生命健康。加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制，保持結(jié)構(gòu)性能合格，規(guī)避不利因素的影響，提高橋梁的質(zhì)量和安全性[4]。

3.4 吊裝工藝

結(jié)合目前橋梁工程項(xiàng)目的使用需要，確定鋼橫梁的直徑尺寸，優(yōu)先選擇應(yīng)用螺栓連接的方式，以形成整體的結(jié)構(gòu)，通常應(yīng)用鋼板焊接形成槽鋼方式。吊裝過(guò)程極為重要，為了達(dá)到安全性要求，起重機(jī)聯(lián)合卷?yè)P(yáng)機(jī)施工，并且達(dá)到吊裝精度的要求，符合安全、可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。拱腳到頂部的距離設(shè)定在500mm 以內(nèi)，吊裝作業(yè)流程如下：根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇合適的材料并進(jìn)行加工處理，執(zhí)行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)的預(yù)制，將板料安裝到軌道上，且要保證其垂直穿越拱腳到頂跨的部位上。對(duì)于大型橋梁項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，必須嚴(yán)格控制吊裝工藝，結(jié)構(gòu)性能和尺寸合格才能符合工程的要求，加強(qiáng)傾斜度的控制，否則容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，對(duì)外觀質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。因此，落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)管控，使各個(gè)結(jié)構(gòu)與環(huán)節(jié)處于管控范圍內(nèi)，消除負(fù)面因素的影響，促進(jìn)結(jié)構(gòu)總體性能的提高[5]。

圖1 吊裝現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁工程項(xiàng)目建設(shè)中，梁拱組合鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)較為常見(jiàn)，在一些復(fù)雜地形條件下的橋梁工程建設(shè)有著極為重要的作用。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以在工廠內(nèi)加工制作，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸精度的控制，性能符合要求，還能提高現(xiàn)場(chǎng)施工的速度和效率，縮短項(xiàng)目工期，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。因此，加強(qiáng)橋梁施工技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)組合鋼結(jié)構(gòu)橋梁的全面控制，各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的性能完全達(dá)標(biāo)，預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于提高橋梁運(yùn)行性能和質(zhì)量具有極為重要的意義，推動(dòng)我國(guó)橋梁領(lǐng)域的全面發(fā)展，促進(jìn)交通工程項(xiàng)目效益全面提高。