纵横梁体系下拱梁组合结构钢梁施工技术

纵横梁体系下拱梁组合结构钢梁施工技术

陈鑫

（中铁大桥局第七工程有限公司，湖北 武汉 430056）

摘 要：新二堰路桥为跨越百二河的一座新建车行桥，跨径布置（22+55+22）m，为拱梁组合钢结构桥梁。梁面为正交异性钢桥面板，中跨上下游拱肋交错布置，主拱肋外侧斜靠装饰拱肋。桥面钢梁施工时仅搭设两侧主系梁与次系梁支架，并优先架设全部的纵向通长主系梁，主系梁间的纵横梁与U肋钢面板通过分离散拼的方式现场安装，最后安装外侧人行道单元；拱肋通过在桥面上搭设钢梁支架利用汽车吊机分段吊装。针对本桥纵横梁体系杆件较多，拱圈吊杆中心距小、钢拱安装精度控制难度大等特点，通过合理分段及组拼，加以适当的焊接方法等进行过程中控制，提高了全桥钢梁的安装效率，保证了钢梁的安装质量。

关键词：拱梁组合；纵横梁；正交异性钢桥面板；散拼

1 工程概况

新二堰路桥为一座拆除后重建车行桥，采用斜靠式三跨拱梁组合方案，跨径组合为（22+55+22）m，全长99m。桥梁与百二河斜交布置，斜交角度71.2度。桥梁受力体系采用两片飞翼型外敞式拱结构，上下游拱肋立面交错布置。

图1 新二堰路桥布置图（单位：mm）

上部主梁采用纵横梁体系，主系梁与主拱肋固接；中跨范围设置次系梁，次系梁与装饰拱固接。两根主系梁之间设置横梁，次系梁与横梁等高，横梁按正交布置，标准间距3.0m，两侧设置加劲肋。全桥钢结构连接方式均为焊接。

图2 新二堰路桥横断面图（单位：mm）

主桥拱肋共7x2对共14根吊杆，上下游侧最短的吊杆采用刚性吊杆，其余12根吊杆采用镀锌高强度低松弛预应力钢丝。纵桥向吊杆间距6m，横向24.5m。

2 桥面钢梁分块选择

结合现场施工条件，桥面钢梁主要有2种分块方案。

方案一：将主系梁内侧的正交异性钢桥面板整体分块，单块U肋桥面板与面板范围内的纵横梁作为一个整体单元进行厂内制造。安装时先安装主系梁钢箱，然后在主系梁间布置临时支架，利用汽车吊机在支架上依次拼装正交异性钢桥面板单元。此分块方案优点在于：①能够有效减少U肋、桥面板与横梁的工地焊缝，避免大量的仰焊；②焊缝的减少能够有效提高现场安装效率。缺点在于：①需要将U肋钢桥面板与面板范围内的纵横梁作为整体加工运输，由于横梁高1.8～1.972m，即单次仅能运输一个单元件，本桥桥面分块数量多运输次数多；②面板分块应以减少U肋断开次数为原则以顺桥向为长度方向分块，宽度方向按4～5m超宽运输宽度进行分块，此时作为主要受力结构的横梁需分成5块，在本桥结构体系中不利于横梁受力。

方案二：将主系梁内侧行车道正交异性钢桥面板分块，分块内的U肋与钢面板作为盖板单元制造，底部纵横梁按散件单独制造。安装时先安装主系梁钢箱，内侧桥面纵横梁在现场散拼焊接固定形成纵横梁框架，盖板单元在厂内分块制造后运输至现场后利用汽车吊机安装至对应位置。此分块方案优点在于：①除系梁支架外无需安装桥面临时支架，避免了成桥后桥下支架难以拆除的问题。②面板单元与纵横梁分开安装，便于运输。③避免了横梁的多次断开与工地对接。缺点在于：①U肋、桥面板与横梁存在大量的工地仰焊；②散拼精度控制要求高。

通过焊接工艺评定，仰焊能够满足施工质量要求，经过设计院确认，以尽量减少横梁断开次数为原则，采用第二种分块方法。

3 拱梁组合结构钢梁施工关键技术

3.1 钢梁制造

主系梁与边系梁钢箱在厂内制造时进行试拼，在合龙段预留配切长度。桥面板单元按照分段进行分块制造，底部纵横梁按散件单独制造。其中横梁长度较长车辆无法运输至市区,制造时将其分为两段，标准段横梁为13.05m与9.95m，分段位置距离跨中1.55m，避开弯矩最大位置，非标准段横梁分段根据横梁与桥中线的角度做调整，横梁在厂内进行试拼以控制单根横梁的横坡、长度等并做好编号以达到精确制造的目的。

主拱肋与装饰拱肋均分节段制造，在厂内卧式匹配制造后拆除，分段运输至现场。

3.2 桥面钢梁安装

1、桥面钢梁支架布置

桥面钢梁采用φ800钢管制作双排支架，支撑在主系梁和次系梁纵向分段位置，主系梁腹板下方位置各布置一根立柱，次系梁下方布置一根立柱，支架下方采用混凝土扩大基础。上下游各布置7处，全桥共布置14处，另单独布置4处小型支架支撑次系梁端部。主系梁之间的桥面纵横梁部分不再布置支架。

图3 桥面钢梁支架平立面布置图（单位：mm）

图4 桥面钢梁支架横断面布置图（单位：mm）

2、主系梁安装

（1）合龙方式选择

主系梁采用钢箱结构，梁高1.8m，宽1.5m，架设方式上选择了从一端向另一端架设的方法，即先从小里程的0#台位置开始架设，最后在大里程的边跨合龙，以大里程的3#桥台支座位置为控制点配切大里程端部节段的主系梁，完成主系梁合龙安装。

（2）精度控制

主系梁制造时需在场内进行试拼，合拢段制造时，配切段应预留在与上一节段连接处，并应从大里程反算合龙段内部隔板位置。

主系梁安装精度重点从两个方面考虑，一是纵向里程的控制，主系梁安装过程中需要严格控制逐段安装的长度，架设时通过测量已安装的每节系梁环口里程位置，并考虑尚未安装的主系梁节段长度,通过调节每段焊缝宽度，消除钢梁架设对前方1#、2#墩顶支座与主系梁底调平钢板的里程偏差；主系梁架设至吊杆区域时，还需严格控制主系梁上的吊杆下吊耳的里程位置、相邻间距，便于后续吊杆顺利安装。二是横向间距控制，上下游主系架设时，主系梁间距为重要控制指标，需要保证上下游间距偏差在允许范围内，且间距均匀一致，确保横梁与主系梁间、面板间不出现宽焊缝。以上均采用全站仪进行架设过程的测量，及时调整钢梁架设位置。

3、 纵横梁安装

（1）本桥为斜交桥，两侧端部各有4根非标准段横梁，4根横梁布置角度由平行于伸缩缝逐渐变化至垂直于桥梁轴线，其余标准段横梁长度为23m。横梁运输至现场后根据试拼编号在现场对接成整根横梁。对接时除控制横梁全长外，需要重点控制对接焊缝两侧紧邻的过焊孔的中心距，以保证U肋面板单元顺利安装。

（2）由于主系梁钢箱顶板宽度达到2.05m超出钢箱1.5m宽度，主系梁间净宽不足以使横梁垂直下放安装，因此本桥横梁采用旋转安装法。

图5 主系梁断面（单位：mm）

对于标准段与桥梁垂直的横梁可以任意一边为中心旋转安装，针对两侧的非标准段横梁，以安装完成后与主系梁夹角α为锐角的一侧为中心，以使α角增大的方向旋转，旋转方向相反时横梁与主系梁空间冲突将无法旋转到位。旋转中心采用码板简单限位，人工在横梁另一端拉缆风绳，通过吊机配合旋转到位，精调位置后采用码板固定横梁。

图6 横梁旋转安装示意图（单位：mm）

横梁安装完成后同步安装区间小纵梁，形成框架增强整体刚度。

（3）精度控制

新二堰路桥横梁均为散拼，且需要和U肋面板密贴安装，对安装精度要求高，施工过程中需要严格控制横梁安装精度。全桥横梁由一端向另一端推进安装，首根非标准段横梁安装时需要严格控制横梁在桥面中线位置，通过事先在横梁中心的过焊孔间齿板位置贴十字反光贴，采用全站仪测量控制横梁最高点位于中轴线位置。从第二根横梁安装开始，采用过焊孔轴线对准的方式进行安装，安装时以前后过焊孔位置一致为基础控制安装精度，确保U肋能顺利放入过焊孔。

端部非标准段横梁与纵桥向U肋存在夹角，其过焊孔大小及间距均应按照标准横梁与主系梁α角度计算，在制造时需要考虑该处的影响，按照不同尺寸加工。

4、 桥面单元拼装

为减少U肋的现场对接，桥面板单元选择沿纵桥向为长度方向进行分段，纵桥向共分为9段，横桥车行道部分向共分为7段，外侧人行道部分横向分为两段。

图7 桥面板的分段（单位：mm）

本桥桥面板安装完成后在行车道部分形成8条纵向焊缝与7条横桥向焊缝，焊接收缩将会较大的影响安装精度。针对横向焊缝可在最后节段配切以抵消焊接收缩，对于纵桥向焊缝，不加以控制的情况下收缩变形可按下式计算。

△=0.0054×V×t×G+2.864

式中：△为焊接横向收缩量（mm）；

V为焊缝坡口（rad）；

t为板厚（mm）；

G为焊缝根部间隙（mm）。

带入数据，得到面板的8条横向焊缝在不加以控制的情况下收缩变形量可达26mm，架设时需要加以控制。

施工时采取如下措施控制：①面板采用码板固定，先采用人工气保焊将面板焊缝打底，焊接完成后割除码板，利用自动埋弧焊机焊接，堆填焊缝至全部焊接完成。面板焊接顺序：先焊接横向焊缝，再焊接纵向焊缝，在交叉处预留200～300mm后焊，防止交叉位置由于应力过大产生裂缝。②为避免桥面板单元在与横梁焊接时可能产生的翘曲变形，焊接时利用混凝土块对面板进行压重。

焊接完成后对桥面与横梁的仰焊焊缝、桥面十字焊缝、T型焊缝进行探伤，经检测以上焊缝全部合格。

3.3 拱肋安装

本桥拱圈由主拱肋与装饰拱组成。中跨横桥向设2片竖向垂直主拱肋，横向两片拱肋间距均为24.5m，拱肋截面形式为等截面钢箱，主拱肋与主系梁固结。装饰拱斜靠主拱肋，通过风撑与主拱肋连接，底部与次系梁固结，装饰拱肋截面形式同为等截面钢箱。主拱肋与装饰拱均分为6段制造与安装。

图8 拱肋分段示意（单位：mm）

拱圈安装采用桥面钢管支架法进行架设，搭设在主系梁及次系梁上方，桥面钢梁全部焊接完成后进行支架安装。

图9 拱肋支架示意（单位：mm）

按照最高支架支撑最重的拱肋节段进行建模计算，其中主拱肋4节段最重为25.8t，装饰拱肋4节段最重13.3t，并同时考虑主拱肋节段及支架的风荷载。经计算，钢管应力61.6Mpa，变形5mm，支架临界荷载系数36，满足拱肋安装的强度、刚度及稳定性要求。

拱肋采用200t汽车吊站位于桥梁跨中两侧进行吊装，拱圈由两端向中间架设，在拱顶配切安装合龙段。安装时先安装内侧主拱肋，后安装外侧装饰拱。本桥拱圈较小，安装两侧拱脚节段时尤其需要注意控制拱脚节段的安装角度，以保证拱顶的弯曲合龙节段的顺利安装，角度通过底部的四个角点与上环口四个角点的空间位置调整。由于主拱肋内吊杆长度短，最短吊杆仅为1.427m，最长吊杆为11.7m，安装拱圈节段时，需要采用全站仪精确测量并采用吊垂线的方式控制吊耳偏位，重点控制拱圈上吊耳与主系梁下吊耳的相对偏位，尤其是控制横桥向偏位，偏差过大将导致吊杆无法安装或安装完成后存在明显倾斜，影响吊杆受力与景观效果。

装饰拱在主拱肋安装完成后进行安装。拱脚节段需要提前定位，由于装饰拱肋斜靠布置，应根据斜靠角度计算与次系梁的接触范围，接触范围在上下游、大小里程侧均不一致需要单独计算，不能简单对称。计算完成后采用全站仪在次系梁上做好定位，清除安装位置的次系梁表面油漆。其余阶段依次安装，在拱顶4#节段配切合龙。

4 结束语

新二堰路桥作为纵横梁体系下的拱梁组合结构钢桥，全桥纵横梁多、吊杆中心距小、钢拱安装精度控制难度大，通过合理的分段与架设方法，并辅以过程中的监控，成功完成了全桥钢梁的架设工作，各项数值偏差均在规范和监控的允许范围内，验证了本套纵横梁体系下拱梁组合结构钢梁施工技术的可行性。

参考文献：

[1]王贤强,张建东,刘朵,王建松,李程焕,高丛.钢结构桥梁对接焊缝横向收缩影响因素分析[J].湖南交通科技,2019,45(03):95-98.

[2]李三友.十字对接焊缝在厦门BRT高架桥中的应用[J].钢结构,2010,25(03):63-66+76.

[3]李磊,王超,王永伟.拱梁组合体系拱桥拱肋吊装施工研究[J].工程建设,2019,51(06):64-68+73.DOI:10.13402/j.gcjs.2019.06.012.

[4]周尚猛.正交异性钢桥面板板焊接顺序优化分析[J].结构工程师,2015,31(05):166-170.DOI:10.15935/j.cnki.jggcs.2015.05.028.

[5]冯淑珍,崔海.重庆某钢桁梁桥正交异性行车道板架设施工关键技术[J].中外公路,2021,41(03):183-186.DOI:10.14048/j.issn.1671-2579.2021.03.038.