非對稱斜拉橋鋼箱梁制造線形施工控制技術(shù)研究

張思富

（中鐵建大橋工程局集團靖江重工有限公司，江蘇 靖江）

1 工程概述

李家沱長江復(fù)線橋為重慶軌道交通18 號線的控制性工程，是國內(nèi)首座公軌同層非對稱布置的大跨度鋼箱梁斜拉橋。主橋采用三跨不對稱斜拉橋，跨徑布置為219.47（北跨）+454（中跨）+313.5（南跨）=986.97 m。全橋梁段劃分為94 個制造安裝梁段，梁段接口之間除頂板U 型肋采用栓接外，其余部位均為全焊連接。鋼箱梁主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)采用Q345qD、Q420qD 鋼，工程量約2.3 萬噸。鋼箱梁標準橫斷面如圖1。

圖1 鋼箱梁標準橫斷面

2 制造線形的控制方法

2.1 概述

李家沱長江復(fù)線橋共94 個制造安裝梁段，采用工廠分節(jié)段加工制造后按單節(jié)段整體運抵現(xiàn)場吊裝。廠內(nèi)制造線形控制的好壞直接影響安裝設(shè)計線形，同時使橋梁的受力狀態(tài)改變，降低橋梁承載力，影響工程質(zhì)量，因此廠內(nèi)的加工制造線形控制尤為重要。

鋼箱梁分節(jié)段加工制造線形控制就是根據(jù)監(jiān)控提供的制造線形，通過模擬各個施工工況及考慮成橋曲線來精確計算出制造應(yīng)施加的預(yù)拱度，從而計算胎架線形參數(shù)及鋼箱梁縱向構(gòu)件的下料參數(shù)。同時在鋼箱梁制造施工中嚴格按照批準的工藝文件施工，制造完成后的鋼箱梁理論上就能達到理想的制造幾何線形。

主梁制造線形是指鋼箱梁段在拼裝場地胎架上無應(yīng)力狀態(tài)下的線形，制造線形的控制主要表現(xiàn)形式為相鄰梁段間轉(zhuǎn)角、梁段間接縫寬度及制造標高的控制。

2.2 轉(zhuǎn)角控制

鋼箱梁橋位安裝線形通過梁段之間的轉(zhuǎn)角控制時，可以通過調(diào)節(jié)頂?shù)装宓暮缚p寬度來實現(xiàn)，但是可調(diào)節(jié)量有限。本項目制造線形采用在保證環(huán)口間隙均勻一致的前提下，通過各節(jié)段頂板、底板、腹板長度的不同形成轉(zhuǎn)角實現(xiàn)縱向制造線形。

根據(jù)梁的受力假定梁軸線在受力時既不伸長也不縮短，長度保持不變，故以梁軸線中心處為基準點計算線形控制參數(shù)是準確的。但是實際施工中由于受到場地、器材、視線等不良因素的制約，梁軸線的位置較難控制，所以施工過程中以底板中心上緣為控制點進行控制。

以底板為控制點時，配切示意如圖2 所示?？梢钥闯?，如以底板控制點，梁軸線處梁長會比設(shè)計梁長增加Δ=Δt+Δa =X·tanαt+X·tanαa，其中，X 為梁軸線到底板的距離，αt 為塔側(cè)與前一梁段之間夾角的一半，αa 為岸側(cè)或江岸與后一梁段之間夾角的一半。

圖2 梁軸線節(jié)段拼裝示意

鋼箱梁總拼采用“以折代曲”的方式進行,故兩個小節(jié)段之間會產(chǎn)生如圖3 所示的喇叭口間隙，故可根據(jù)幾何關(guān)系計算頂板的修正量，根據(jù)角平分原則補償，兩邊節(jié)段各補償一半，可得出真實的頂板下料長度。

圖3 節(jié)段拼裝示意

鋼箱梁縱向預(yù)拱度保證環(huán)口間隙一致的情況下，通過各節(jié)段頂?shù)装迮淝虚L度的不同實現(xiàn)縱向預(yù)拱度，保證全橋的縱向線形。在鋼箱梁節(jié)段制作時，將梁段之間的夾角全部放在一端，即塔側(cè)，塔下段在兩端。懸臂前端接縫面保持與節(jié)段軸線垂直，與前一梁段的焊接接縫面傾斜一定角度以適應(yīng)主梁坡度。即邊跨梁段在岸側(cè)，中跨梁段在江側(cè)，TA 梁段在兩端。

2.3 橫向預(yù)拱度

鋼箱梁橋面橫坡設(shè)計為2%，為滿足鋼箱梁橫坡坡度在規(guī)范規(guī)定的允許偏差內(nèi)，制造工藝需要預(yù)設(shè)橫向預(yù)拱度。結(jié)合鋼箱梁結(jié)構(gòu)特點及板單元劃分（橫向頂板單元13 塊、底板單元13 塊），鋼箱梁橫向預(yù)拱度參數(shù)設(shè)置：以中間底板單元與相鄰底板單元交點為旋轉(zhuǎn)點鋼箱梁整體旋轉(zhuǎn)，吊耳板與頂板的交點向下18 mm、外斜5 mm；錨點向外傾斜6 mm；底板平斜交點向下15 mm。

2.4 拼裝胎架

李家沱鋼箱梁總拼裝分為6 個輪次進行，最長拼裝輪次長度196 m。根據(jù)鋼箱梁整體總拼以胎架為外胎，橫隔板為內(nèi)胎的工藝原則，橫向沿箱梁橫斷面外輪廓設(shè)置水平橫梁、斜撐，結(jié)合底板結(jié)構(gòu)形式在水平橫梁、斜撐上按一定間距布置牙板；水平橫梁、斜撐下部按一定間距設(shè)置立柱支撐，對應(yīng)立柱位置設(shè)置主縱梁；箱梁斜底板位置斜撐與豎支撐、角撐形成框架結(jié)構(gòu)。為了保證鋼箱梁底板因剛度不足而產(chǎn)生局部變形，所有的支撐橫梁必須布置在鋼箱梁的橫隔板位置，橫隔板與板單元端頭距離超過800 mm 的端口處增設(shè)支撐橫梁。

胎架基礎(chǔ)必須具有足夠的承載力，確保在使用過程中不發(fā)生沉降。胎架還要有足夠的剛度，避免在使用過程中出現(xiàn)變形。采用通用有限元軟件midas civil建模分析，模擬施工狀態(tài)下，對總拼胎架進行了受力分析計算，確保總拼胎架受力及變形均滿足施工要求。施工中每輪次總拼結(jié)束，下一輪次總拼開始前，對胎架頂面標高及沉降值進行量測。

橫梁上的支撐牙板除了起到支撐作用外，還起到通過控制牙板的高度調(diào)整線形的作用。

胎架縱向各點標高按橋梁合攏時的線形設(shè)計，牙板采用上下兩塊搭接的形式，便于牙板標高的調(diào)整和控制。

2.5 測量控制網(wǎng)

鋼箱梁的線形控制包括縱向和橫向，為了有效的控制這兩個項點，在總拼胎架的四周要布置合理的測量控制網(wǎng)，包括高程控制測量網(wǎng)和直線度控制測量網(wǎng)。高程控制網(wǎng)是用水平儀進行測量監(jiān)控，直線度和橫向尺寸是用經(jīng)緯儀進行測量控制的。G1～G10 為高程測量控制網(wǎng)，Z1～Z3 為直線度和鋼箱梁橫向尺寸的控制網(wǎng)，是由設(shè)置在胎架端頭地面上的地樣和返到對應(yīng)位置的標志塔上的標記構(gòu)成的。

2.6 施工過程中梁段的坡口間隙及標高的控制

梁段間接縫寬度必須嚴格控制，過大的焊接間隙會增大焊接收縮量；而間隙過小，則容易造成焊縫熔不透。為此采用間隙定位工藝板，確保間隙尺寸控制在6 mm，其允許偏差范圍為-2～+6 mm。

鋼箱梁總拼過程中制造標高是一個相對概念，制造標高差表示各梁段斷面上相同位置處的高程。由于本橋采用梁段整體組焊和預(yù)拼裝并行完成的工藝方案，其相鄰接口的變形趨勢是相同的，端口偏差較小。因此梁段間端口連接應(yīng)重點檢查中腹板、外腹板及橋中心線處梁高。

3 鋼箱梁的整體拼裝

在鋼箱梁整體組裝胎架上，按照架梁順序，采用多節(jié)段連續(xù)匹配組裝、焊接和預(yù)拼裝同時完成的方法。鋼箱梁總拼組裝時以胎架為外胎、橫隔板為內(nèi)胎，重點控制橋梁的線型、鋼箱梁幾何形狀和尺寸精度、相鄰鋼箱梁接口匹配等。鋼箱梁制作按照“底板、斜底板→邊橫隔板→兩側(cè)中腹板→中隔板→外腹板→中頂板單元、風(fēng)嘴塊體→兩側(cè)頂板單元”的順序進行逐段匹配組裝、焊接，按照立體階梯式推進。

鋼箱梁連續(xù)匹配，重點控制鋼箱梁尺寸、相鄰吊點縱距、鋼箱梁中心線錯位、縱肋直線度、橋面高低差、預(yù)拼鋼箱梁總長及旁彎等，檢查合格后，根據(jù)技術(shù)部給定的鋼箱梁長度及坡口尺寸、間隙，同時配切頂?shù)装宓钠驴?。兩相鄰鋼箱梁匹配前將底板與胎架連接的碼板全部解開（中心底板除外），在無約束狀態(tài)下進行匹配對接。

4 制造數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

4.1 主要項點數(shù)據(jù)統(tǒng)計

胎架縱向各點標高按橋監(jiān)控線形設(shè)計，胎架線型均通過調(diào)整牙板高差來實現(xiàn)。節(jié)段單元及總拼制造幾何精度等主要項點檢測結(jié)果統(tǒng)計見表1、表2。

表1 梁段制造尺寸檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計

表2 節(jié)段總拼質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.2 主要項點測量數(shù)據(jù)分析

通過對鋼箱梁總拼過程的實際量測數(shù)據(jù)分析，鋼箱梁的半寬、標高、橫坡、吊點縱距等主要項點的技術(shù)指標均達到或優(yōu)于設(shè)計要求。

（1）鋼箱梁吊點（外腹板）半寬理論數(shù)值為14 600 mm，允許偏差為±2 mm，共計測量了376 個半寬數(shù)據(jù)，測量位置在各梁段兩端橫隔板處，測量偏差主要集中在-2 mm、1 mm、0 mm 三個公差上，最大實測偏差為2 mm。

（2）對各梁段兩端口對應(yīng)的橋軸線、中腹板、外腹板的高程進行測量，共測量940 個高程數(shù)據(jù)，測量偏差主要集中在-1 mm、0 mm、1 mm 三個公差上，最大實測偏差為2 mm。

（3）對各梁段頂?shù)装宓拈L度進行測量，共測量了940 個高程數(shù)據(jù)，頂?shù)装宸謩e計測量了188 個長度數(shù)據(jù)，測量位置在各梁段外腹板處，測量偏差主要集中在2 mm、1 mm、-1 mm 三個公差上，最大實測偏差為2 mm。

（4）對各梁段吊點標高進行測量，共測量了160個高程數(shù)據(jù)，測量偏差主要集中在3 mm、2 mm、1 mm 三個公差上，最大實測偏差為3 mm。

（5）在每輪次對相鄰梁段之間的吊點縱距進行測量，兩相鄰吊點縱向長度測量偏差及吊點距各兩端口的長度測量偏差主要集中在2 mm、1 mm、0 mm 三個公差上，最大實測偏差為2 mm。

結(jié)束語

針對大跨徑的橋梁如何控制好鋼箱梁的拼裝制造線形和整體幾何尺寸，使鋼箱梁在架設(shè)后的實際線形與設(shè)計的橋梁線形偏差最小，減小因制造偏差而產(chǎn)生的安裝應(yīng)力，提高大橋的安全系數(shù)，是大跨度鋼箱梁制造的關(guān)鍵。

合理的施工工法對提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)進度具有十分重要的作用，通過本人在鋼箱梁制造和拼裝中施工工藝經(jīng)驗的總結(jié)，對非對稱斜拉橋鋼箱梁制造過程中制造線形的控制工法進行介紹，使先進的工藝以及控制手段得到更加廣泛的應(yīng)用。