五跨連續(xù)110m鋼箱梁制造與施工監(jiān)測(cè)控制要點(diǎn)研究

鄒曉琴

（江西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理工程系，江西 南昌 330200）

0 引言

連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)合了箱型截面以及鋼鐵材料的優(yōu)勢(shì)，目前已有廣泛應(yīng)用。大跨度連續(xù)鋼箱梁橋的施工方法有整體吊裝法、頂推法、懸臂拼裝法等，需根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)條件、施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件、環(huán)境允許、工期預(yù)算等具體優(yōu)選。隨著大型浮吊的發(fā)展，在寬闊水域、大江或海上，大節(jié)段吊裝法已體現(xiàn)出安全、高效、質(zhì)量佳等諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛采用[1-3]。另一方面，也存在由于線形多控制難度大、溫度影響大、對(duì)箱梁的制造精度要求高、對(duì)起重設(shè)備的要求高、大節(jié)段位置調(diào)整難度大等難點(diǎn)，給施工控制帶來較大難度[4-7]。本文以跨海交通泄洪區(qū)非通航孔采用5×110m 連續(xù)鋼箱梁橋?yàn)楸尘肮こ踢M(jìn)行具體研究，根據(jù)研究獲得的控制數(shù)據(jù)，分析制造與施工過程監(jiān)測(cè)控制要點(diǎn)，其經(jīng)驗(yàn)可為類似工程施工控制提供參考。

1 工程概況

跨海交通泄洪區(qū)非通航孔采用5×110m 連續(xù)鋼箱梁橋。橋面縱坡為2.0%。平面線形含圓弧、緩和曲線、直線：自起始里程K25+908 至圓緩點(diǎn)（YH）K25+923.090 段位于半徑R=3000m 的圓曲線上，自圓緩點(diǎn)（YH）K25+923.090 至緩直點(diǎn)（HZ）K26+263.090 段為緩和曲線段，其余梁段位于直線上。立面和平面布置分別如圖1、圖2所示。

圖1 立面布置圖

圖2 平面布置圖

橫斷面采用整墩分幅布置，橋面總寬40.5m，橋梁中心線處梁縫寬0.5m，單幅橋?qū)?0m。左幅橋面橫坡2.5%，截面中心線處梁高約4m。左幅平曲線部分區(qū)段設(shè)置橋面超高：自起始里程K25+908 至K25+925 橫坡-2.5%，K25+925～K26+165區(qū)段為超高變化段，橫坡由-2.5%線性變化至2.5%；其余橫坡2.5%。超高區(qū)段橫斷面參數(shù)設(shè)置方法為：以設(shè)計(jì)高程點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸，頂板隨路線橫坡變化，底板保持水平，調(diào)整腹板高度以及橫隔板的相關(guān)尺寸。鋼箱梁橋面超高示意圖如圖3所示。

圖3 鋼箱梁橋面超高示意圖

鋼箱梁首先在工廠進(jìn)行小節(jié)段制造，小節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度10m。為減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，加快施工進(jìn)度，鋼箱梁架設(shè)采用大節(jié)段吊裝方案。小節(jié)段在工廠拼接為吊裝大節(jié)段，其長(zhǎng)度見圖1 所示，首節(jié)133.5m，第2、3、4 節(jié)110m，末節(jié)86.5m。大節(jié)段采用浮吊架設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)連接借助臨時(shí)調(diào)位裝置和臨時(shí)牛腿完成。

2 有限元模型的建立

利用軟件MIDAS Civil建立施工過程有限元模型，計(jì)算分析鋼箱梁無應(yīng)力制造線形、大節(jié)段安裝線形、支座預(yù)偏量、大節(jié)段臨時(shí)匹配時(shí)的梁端轉(zhuǎn)角等。鋼主梁均采用空間梁?jiǎn)卧M，單幅共計(jì)單元412個(gè)，計(jì)算模型如圖4所示。全橋施工工況共劃分為11個(gè)階段，各施工階段劃分、工作內(nèi)容見表1。

表1 施工階段劃分表

圖4 單幅計(jì)算模型示意圖

3 無應(yīng)力制造線形

3.1 預(yù)拱度

根據(jù)有限元模型計(jì)算結(jié)果確定五跨連續(xù)110m橋鋼箱梁制造線形設(shè)置原則：

（1）平面上，按照設(shè)計(jì)平曲線作為最終鋼箱梁平面制造線形；

（2）高程上，豎曲線設(shè)預(yù)拱，預(yù)拱度為施工預(yù)拱度（恒載位移反向值）與成橋預(yù)拱度（1/2 車道活載位移反向值）之和，即在設(shè)計(jì)豎曲線的基礎(chǔ)上疊加預(yù)拱度作為豎向制造線形。

左、右幅預(yù)拱度示意圖分別如圖5、圖6 所示，從圖中可見，首跨鋼箱梁最大預(yù)拱度相差約5cm，橋面超高對(duì)預(yù)拱度的影響較大，不可忽略。

圖5 左幅預(yù)拱度示意圖

圖6 右幅預(yù)拱度示意圖

3.2 鋼箱梁制造控制要點(diǎn)研究

3.2.1 平面制造線形

五跨連續(xù)110m 鋼箱梁橋梁中心線最小半徑為3000m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度10m，弓高小于4mm；為簡(jiǎn)化施工，平曲線范圍內(nèi)的節(jié)段采用梯形，如圖7所示。具體原則如下：在橋梁中心線上，按照理論間距沿其法線方向布置節(jié)段劃分線；在每個(gè)節(jié)段內(nèi)，梁段中心線和邊緣線用直線代替曲線；橫隔板、橫肋板保持中心位置不變，垂直于梁段中心線設(shè)置。

圖7 右幅鋼箱梁節(jié)段平面制造線形示意圖

3.2.2 立面制造線形

如圖8所示，為簡(jiǎn)化施工，在箱梁中心線所在的豎直面內(nèi)，一個(gè)端面與頂、底板垂直，節(jié)段立面為直角梯形[8]。對(duì)于設(shè)置了橋面超高的左幅鋼箱梁，為確保節(jié)段軸線連續(xù)，軸線選取所有節(jié)段的平均中性軸，本橋取值h=2.5m。依據(jù)軸線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和軸線節(jié)點(diǎn)處的預(yù)拱度，可由幾何關(guān)系得出圖示的節(jié)段非直角端端面與底板的夾角β、頂板長(zhǎng)度Ls、底板長(zhǎng)度Lx。

圖8 立面梁段參數(shù)與劃分形狀示意圖

特別注意：采用大節(jié)段吊裝方案，單幅鋼箱梁的兩端面成橋后均應(yīng)處于鉛垂面，大節(jié)段間端面應(yīng)確保節(jié)段順利連接，故圖8所示梁端面與底板的夾角不適用于大節(jié)段的起始端面和末尾端面。吊裝大節(jié)段的起始端面和末尾端面與底板的夾角β如圖9所示，其取值由有限元模型相關(guān)結(jié)果確定，見表2所示。

表2 吊裝大節(jié)段端面角β

圖9 吊裝大節(jié)段端面角β示意圖

4 施工監(jiān)測(cè)控制要點(diǎn)

橋平面線形復(fù)雜且含有橋面超高區(qū)段，鋼箱梁采用大節(jié)段制造、吊裝、架設(shè)、拼裝施工，空間效應(yīng)較明顯；從施工監(jiān)控的角度，一方面應(yīng)建立空間模型，詳細(xì)模擬施工過程，通過空間有限元模型計(jì)算給出鋼箱梁節(jié)段的無應(yīng)力線形和拼裝線形；另一方面，對(duì)施工全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，做好反饋分析和系統(tǒng)識(shí)別，確定結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)偏離進(jìn)行預(yù)警、分析和優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)建模分析和研究計(jì)算，確定主要監(jiān)測(cè)控制內(nèi)容有：

（1）鋼箱梁節(jié)段無應(yīng)力參數(shù)。鋼箱梁制造過程中，及時(shí)獲取主梁的實(shí)際重量，做好鋼梁的預(yù)拼裝線形驗(yàn)收，從而根據(jù)制造誤差確定現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)措施。

（2）鋼箱梁安裝線形。在大節(jié)段吊裝就位后，對(duì)鋼箱梁縱橋向線形進(jìn)行測(cè)量，以評(píng)估鋼箱梁撓度誤差。測(cè)試截面為鋼箱梁小節(jié)段兩端靠近端部處的橫隔板或橫肋位置，測(cè)點(diǎn)布置在待測(cè)截面中腹板對(duì)應(yīng)的頂板位置，一個(gè)斷面布設(shè)2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（3）鋼箱梁大節(jié)段端面轉(zhuǎn)角。大節(jié)段吊裝就位后，對(duì)大節(jié)段端面轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在端面中腹板對(duì)應(yīng)的頂板和底板位置，一個(gè)斷面布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（4）主梁關(guān)鍵截面應(yīng)力。根據(jù)大節(jié)段吊裝的施工方案，選擇前3跨的跨中截面、吊點(diǎn)截面作為關(guān)鍵截面，測(cè)點(diǎn)布置在頂板和底板上。測(cè)點(diǎn)從梁廠鋼箱梁制作開始埋設(shè)，測(cè)試一直持續(xù)到全橋施工完成。

（5）鋼箱梁溫度場(chǎng)。線形、應(yīng)力測(cè)量的同時(shí)，對(duì)鋼箱梁的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，獲取溫度對(duì)線形、應(yīng)力的影響規(guī)律，為后續(xù)控制提供依據(jù)；典型天氣下，對(duì)鋼箱梁的溫度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，獲取典型天氣下鋼箱梁的溫度場(chǎng)規(guī)律，為后續(xù)控制提供依據(jù)。選擇跨中及大節(jié)段端面附近作為測(cè)試端面，測(cè)點(diǎn)布置在頂板、底板、腹板及加勁肋上。

5 結(jié)束語

對(duì)跨海交通泄洪區(qū)非通航孔采用5×110m 連續(xù)鋼箱梁橋制造及施工全過程監(jiān)控進(jìn)行研究，通過MIDAS Civil有限元軟件計(jì)算分析，總結(jié)出五跨連續(xù)箱梁從制造到架設(shè)精準(zhǔn)施工全過程的監(jiān)測(cè)控制要點(diǎn)：

（1）由于橋面超高的設(shè)置，兩幅鋼箱梁預(yù)拱度最大差值約5cm，橋面超高對(duì)預(yù)拱度的影響較大、不可忽略。

（2）考慮到本橋平曲線半徑最小值為3000m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度10m，平曲線范圍內(nèi)的節(jié)段采用梯形。

（3）依據(jù)軸線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和軸線節(jié)點(diǎn)處的預(yù)拱度，可以確定節(jié)段立面線形，其內(nèi)部節(jié)段為直角梯形，大節(jié)段起始端面和末尾端面與底板的夾角須單獨(dú)給定。

（4）應(yīng)選擇鋼箱梁節(jié)段無應(yīng)力參數(shù)、安裝線形、大節(jié)段端面轉(zhuǎn)角、關(guān)鍵截面應(yīng)力及溫度場(chǎng)等作為施工控制時(shí)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象。