叠合梁斜拉桥合拢段施工关键技术研究

叠合梁斜拉桥合拢段施工关键技术研究

郭莉

中交隧道工程局有限公司华南分公司广东广州510700

摘要：由于新型材料的快速发展和施工工艺技术水平的提高，使得钢-混叠合梁斜拉桥得到了快速发展，因它能充分发挥材料的力学性能、增强桥梁的跨越能力，由此而满足了现代交通发展的需要。此种桥型合拢段施工与普通砼梁不尽相同，其工序相对复杂，技术难度相对较高，本文以道安高速公路TJ21标乌江特大桥为例，对叠合梁斜拉桥合拢段的施工控制关键技术进行探讨、研究。

关键词：叠合梁；斜拉桥；合拢段；施工控制

1工程简介

贵州省道安高速公路TJ21标乌江特大桥为双塔双索面钢混叠合梁斜拉桥，跨径布置为54+71+360+71+54m，边跨采用预应力钢筋砼“π”形梁，中跨采用“钢梁框架+砼桥面板”的叠合梁（即联合截面）。乌江特大桥总体布置如图1。

图2乌江特大桥中跨叠合梁合拢段效果图

2总体施工方法和工艺简介

本桥中跨合拢段采用自然降温合拢法进行，合拢段设计理论长度为800cm，边主梁每处对接处设2cm的接缝，则合拢段边主梁理论长度为796cm。因合拢口长度受斜拉索水平力和温度等影响的不确定性，合拢段边主梁制作长度加长为约820cm（两端加长），在B13梁段施工完成、合拢口长度确定后切割余量，然后进行现场配钻、安装。配钻采用在边主梁上配钻的方式（拼接板螺栓孔在制作时已完成钻孔）。

B13梁段和C梁段之间的小纵梁长度也受斜拉索水平力和温度影响，制作时与加长了16mm，同样切割余量后进行现场配钻、安装。

合拢段总体施工流程为：B13梁段二张→适当调整索力进行两岸标高纠偏→测量合拢口长度并修正→边主梁余量切割（同时进行吊机移位）→边主梁吊装至桥面吊机底篮→标高纠偏和横向纠偏→边主梁现场配钻、安装→钢横梁和小纵梁安装→体系转换（主要为解除塔梁临时固结）→合拢段桥面板安装→移除配重和桥面吊机→湿接缝浇筑→中跨钢束施工→索力调整→收尾工程。

3叠合梁斜拉桥合拢段主要特点分析

叠合梁斜拉桥的合拢段施工，相比于砼梁，其主要区别在于：

①砼梁在施工现场具有可塑性，选择在温度较低且恒定的时间段进行即可，而钢梁的长度必须根据精确测量的合拢口实际长度进行“下料”；

②砼材料的特点是“抗拉强度远小于抗压强度”，砼梁合拢段施工的原则是“尽量多的储备压应力”，合拢段施工须选择在温度较低且恒定的时间段，而钢材的受拉和受压强度一致，其对低温要求与砼梁有所不同；

③钢材的线膨胀系数大于砼材料，钢梁对温度变化更为敏感，加之钢梁的不可塑，在钢梁合拢段施工时，对合拢温度的选择要求更高。

4合拢温度和时间的确定

根据本桥实际情况，合拢温度和时间的确定原则有以下三个：

①合拢温度应选择一天中气温较低且较稳定的时间段；

②3天内，合拢温度与最高气温的差值不应大于10℃；

③应避开最低气温。

以上三个原则的原因详见本文“第7节”。

应经查相关资料和现场实际测量，合拢段施工期间最高气温为27℃，最低气温为13℃，昼夜最大温差为14℃。夜间20：00至次日早上的温差一般为6℃，夜间22：00至次日早上的温差一般为4℃（最低气温处于凌晨01:00），故此选择夜间22:00（对应温度17℃）作为合拢时机。

5合拢口长度的测量、修正

在B13梁段斜拉索二张后，因为施工误差，两岸B13梁段的标高存在一定的差异，此时在两岸荷载工况和边界条件一致的条件下适当调整索力，使两岸B13梁段标高一致且梁端垂直度满足要求，两岸B13梁段标高一致主要目的是为实现“无应力合拢”（钢梁合拢时无多余内力）。梁端垂直度满足要求的目的是为保证拼接板在B13和合拢段钢梁之间无折角，保证线形顺直且拼接板与钢梁紧贴，若垂直度较差，则拼接板无法与主梁紧贴，不利于结构安全，如下图3示意：

图5合拢口长度测量示意图

从合拢口测量，至C梁段开始配钻，中间经历“桥面吊机移位”和“C梁段边主梁自重施加在桥面吊机底篮上”两个主要步骤，此过程中，B13梁段会发生一定的竖向位移，导致B13梁端角度发生变化，合拢口长度也会相应发生变化，需要进行修正。

提前计算出叠合梁在以上几个步骤中的累计竖向位移，结合现场实际线型和梁端垂直度对合拢口长度进行修正。修正后的合拢口上下长度扣除钢梁每个对接处2cm的缝隙即为钢梁余量切割后的长度。

6钢梁余量切割

本桥C梁段理论长度为796cm，C梁段的制作长度约为820cm，采用两端加长的方式，但两端加长的长度有一定误差。

根据最终确定的合拢口长度，对C梁段进行余量切割。切割前，先根据横梁位置找出边主梁的中点，从中点向两侧量取下图中的长度，绘制切割线，进行切割，如下图6示意。

图7桥面吊机行走后示意图

如此，在合拢段边主梁放置在底篮上后，对两岸标高进行再次纠偏，采用设置配重的方法。同时对钢梁进行横向纠偏，本桥横向纠偏采用钢束对拉的方法进行，钢束采用φ15.2钢绞线。标高和横向纠偏完成后，开始进行边主梁的现场配钻，因配钻周期较长（本桥为3天），为避免温度变化导致叠合梁伸缩而造成钻孔孔位偏差，采取以下措施：

配钻时，先使用冲钉和临时螺栓将拼接板安装在B13梁段上，合拢时机来到时，先使用钢板将B13梁段和合拢段焊接临时固定，然后在温度相对恒定的时间段内将每个节点（含左右边主梁的腹板、顶底板、加劲板等连接节点）螺栓群的周边均匀布置些许孔位（作为定位孔），在此些孔位中安装冲钉和少量临时螺栓，将拼接板与C梁段边主梁相对位置锁定。然后在温度发生变化之前解除拼接板与B13梁段的连接（含钢板焊接和冲钉等），在温度变化时，B13梁段能在钢梁对接缝隙中自由伸缩，继而完成其他孔位的钻孔。如此避免钢梁受温度变化时的伸缩造成孔位偏差，如下图8和图9示意。

图8边主梁配钻示意图（步骤一）

图9边主梁配钻示意图（步骤二）

因B13梁段与拼接板已解开，在温度发生变化时，B13梁段与拼接板的孔位已错开，待配钻全部完成后，等待合拢温度的再次到来，使B13梁段与拼接板的孔位重新对中，此时开始进行边主梁连接。

如此，合拢温度确定的三个原则的原因如下：

①选择一天中气温较低且较稳定的时间段；

经计算，温度每变化4℃（夜间22:00至次日凌晨01:00温差，3小时），中跨钢梁伸长量（或缩短）约为360m×1.2&pide;100000×4.0℃=17.3mm；而想要约束此17.3mm的伸长（或缩短），单片边主梁将产生纵桥向约1920KN的轴力。

单根冲钉（M32mm）的抗剪约为51.2KN（容许剪切应力取85MPa），则需要至少38颗冲钉来抵抗此轴力。

夜间22:00至次日凌晨01:00之间，3小时长，单片边主梁每端可完成约40～60个钻孔（2台磁力钻机）。

由此可见，在温度较为恒定的时间段，钢梁伸缩量较小，配钻进度能满足要求。若温度变化较快，配钻进度不能满足时，则冲钉可能会被剪断，造成先后钻孔的相对孔位偏差。

②3天内，合拢温度与最高气温的差值不应大于10℃；

在后续配钻过程中，B13梁段与拼接板未连接，合拢段边主梁两端分别于B13梁段有2cm的接缝，则中跨梁段可自由伸长4cm。但若温差上升超过10℃，则中跨钢梁伸长量约为360m×1.2&pide;100000×10℃=43.2mm＞40mm，则B13梁段与C梁段边主梁会抵死，而边主梁配钻周期约为3天，因此选择合拢温度为17℃，最高气温为27℃，两者温差为10℃。

③应避开最低气温。

在后续配钻过程中，B13梁段与拼接板未连接，温度变化过程中，B13梁段与拼接板孔位错开，需等待合拢温度的再次到来，方能使孔位重新对中，若选择最低气温作为合拢温度，则可能遇到当天最低温度达不到合拢温度的情况。

边主梁安装完成后，进行钢横梁和小纵梁的安装，逐步施工直至完成。

8体系转换时机的确定

本桥选择在合拢段钢梁全部安装后进行体系转换，主要原因有二：

①在合拢段边主梁安装完成后，中跨叠合梁已形成连续结构，此时在温度发生变化时，中跨即将发生伸缩；根据以上计算，本桥合拢段施工期间最大升温为10℃，若此时塔梁临时固结未解除，则单边主梁的将产生温度轴力最大约为4770KN。

从此点考虑，在边主梁安装完成后即应解除塔梁临时固结，使中跨梁体可自由伸缩。

②因本桥斜拉索设置特点，单岸斜拉索对主梁的水平合力为向中跨约8000KN，若在边主梁连接后即解除塔梁临时固结，则中跨梁体的轴力会加大，而此时，合拢段仅为两片边主梁连接，其截面特性较弱，不利于结构安全。

综合考虑以上两点，体系转换选择在钢梁全部安装、形成框架后进行。

9结语

钢-混叠合梁斜拉桥因在材料、结构形式上的优点，其合拢段施工工序复杂，技术难度较大，与普通砼梁合拢段存在较大差异，且针对不同桥梁，其受力特点也不尽相同，在进行此类结构合拢段的施工时，需根据桥梁本身特点进行详细计算、分析确定施工方法，以保证施工安全、质量。

参考文献

[1]《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ82-2011

[2]《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011

[3]《钢结构设计规范》GB50017—2003