钢板组合梁桥钢梁架设施工安全监测方法研究

钢板组合梁桥钢梁架设施工安全监测方法研究

薛智

 保利长大工程有限公司   广东省广州市  511431

摘要：钢板组合梁结构由工字钢梁＋桥面板组成。由于钢板组合梁结构可充分发挥钢结构受拉、桥面板受压的结构优势，且构造简单，制作施工容易，近年来被广泛运用于桥梁施工中。钢板组合梁施工技术难度大，具有场站设计要求高、施工精度要求高、运输及吊装难度大、施工安全风险高等特点。本文依托安徽省池祁高速桥梁钢板组合梁施工安全检测等方面进行了分析总结。

关键词：钢板组合梁桥;监测系统;施工安全;监测预警

引言

钢混组合梁结构可以从钢桥与混凝土桥中找到合适的结合点，不仅能发挥混凝土材料的抗压性能，还能展现钢材的抗拉性能。组合结构不仅降低了钢桥面铺装的疲劳开裂问题，同时相对于钢筋混凝土，又可以有效减少构件截面尺寸，减轻结构自重，减小地震作用，增加桥梁结构的全寿命经济性。因此，钢混组合梁桥必将成为未来中国桥梁建设的重要组成部分。

1工程概况

安徽省池祁高速工程项目上的钢板组合连续梁桥为例，桥梁全宽25m，标准跨径35m。钢梁中心线梁高均为2.4m，主梁间距为4m，共7片钢梁，钢主梁采用Q355C工字型直腹板钢梁，混凝土桥面板和钢主梁通过剪力钉连接，跨内横梁为小横梁，支点横梁为加强大横梁，横梁标准间距为4m。钢主梁通过预制拼装施工，主梁节段、主梁与横梁之间均采用栓焊结合连接。桥面板采用现浇C50钢筋砼结构，板厚0.25m，加腋位置0.3m。桥面铺装采用10cm厚沥青砼。设计荷载为公路－I级，设计行车速度为80km/h。主梁断面图如图1所示。

1背景工程主梁横断面图

主梁竖向设加劲肋，竖向加劲肋与主梁腹板同高。采用三主梁形式的钢板组合梁。主梁间距为4.5m，主梁之间采用横梁加强横向联系，全桥横梁间距为8m。预制桥面板横向采用分块预制，桥面板预留孔洞，孔洞处的钢梁上翼缘和湿接缝处设置剪力钉群，剪力钉按布置5排考虑。待桥面板就位安装后，浇筑湿接缝及剪力槽混凝土与钢梁连接。桥面板宽12.75m，桥面板厚0.28m。初拟主梁横断面见图2。

图2钢板组合梁标准断面图

2安装方案比选分析

钢板组合梁安装工艺分为先架设钢梁后施工桥面板、先叠合钢结构及桥面板后钢板组合梁整体安装两种。通过对两种工艺进行比选分析，最终选择先叠合钢结构及桥面板后钢板组合梁整体安装作为项目施工工艺，具体如下。（１）方案１———先架设钢梁后施工桥面板。优缺点分析：桥面板叠合过程中，未将钢结构及桥面板形成整体（桥面板作为荷载作用于钢结构上），钢结构受拉、桥面板受压特点未能体现；根据验算，同等荷载作用下，对比方案钢结构应力是设计方案的１．７８倍；因此，在不增加钢结构用量下，安装过程中钢结构自身刚度无法满足要求，需在跨中设置临时支墩；桥面板后叠合施工繁琐，施工精度要求高，且湿接缝需多次浇筑，施工工效低。（２）方案２———先叠合钢结构及桥面板后钢板组合梁整体安装。钢板组合梁后场加工、现浇成整体，前场整体吊装。优缺点分析：施工工序简单，但单次起吊重量高达２８０ｔ，起吊设备性能要求高，施工安全风险大。

3钢板梁施工安全监测系统设计

3.1恒荷载

一期恒载主要为钢构件和混凝土桥面板自重，分别按构件断面重量自动计入，混凝土容重取为26kN/m3（包括普通钢筋重量），钢材容重取78.5kN/m3，这些自重均需考虑给定的材料表构件自重，并以自重系数考虑计入。二期恒载主要为桥面铺装和防撞护栏。桥面铺装采用10cm厚沥青混凝土，容重24kN/m3；护栏为混凝土防撞护栏单侧重10.5kN/m。

3.2监测断面及预警值

钢梁架设施工过程中，根据强度、稳定及倾覆极限状态下计算出关键截面的极限应力及位移值。本监测系统考虑到安全性，警戒值取为计算极限应力和位移值的70%。基于三类问题的分析结果，1.2节中28m吊装梁段监测系统传感器安装断面确定为钢梁跨中断面和1/4L断面，安装主梁选取更容易发生屈曲的边梁位置。

3.3汽车荷载

汽车荷载采用公路-I级，单幅桥按3车道计算，布载时计入车道的横向折减系数及纵向折减系数。冲击系数按JTGD60-2015《公路桥涵设计通用规范》。

4钢板梁监测系统应用

4.1监测元件安装

现场选取钢梁28m吊装节段的跨中及L/4断面为测试断面。在节段跨中安装4个应力计，L/4截面安装2个应力计。应力计选用长沙金码的JMZX－212HAT表面型弦式应变计，元件测量精度为1με。为了保证测试应变值为绝对值，应力计均在钢梁吊装之前零应力状态时安装就位。激光位移计在节段跨中和L/4截面各安装1个，安装于钢梁腹板上部内侧位置，通诺测试相邻钢主梁腹板间距变化来获取测点的横向位移大小。激光位移计选用长沙金码的JMCD－90测距仪，精度为0.1mm。位移计在钢梁吊装就位后进行安装。所有测试元件均通过导线连接至多通道自动采集系统。通过一个主机模块和多个扩展模块实现自动化测试系统，具有实时测量、数据存储和上传功能。

4.2合理结构确定

根据拟定的结构形式，对钢主梁分别取不同的梁高进行计算分析，并对钢板厚度进行优化，保证不同梁高的模型在基本组合作用下的钢主梁的应力相当，为了使结构具有一定的经济性，钢梁应力按设计强度的90%控制。优化钢梁厚度时，根据JTG/TD64-01-2015《公路钢结构桥梁设计规范》第7.2.1的第1条的规定，焊接板梁受压翼缘的伸出肢宽不应大于其厚度的12倍，受拉翼缘的伸出肢宽不应大于其厚度的16倍，且钢梁上翼缘板宽需满足规范规定剪力钉最小间距的要求。

5攻克关键技术

受公路地形和线形标准制约，项目钢板组合梁施工主要攻克技术难题为墩顶宽度不足时架桥机前支腿无支撑点、小曲线半径钢梁喂梁困难、钢梁与架桥机存在碰撞风险及设计优化问题。项目管理通过运用“互联网+BIM”技术，建立三维可视化项目模型，提前模拟施工现场，更加逼真的体现工程实景，有效发现设计与施工过程间存在的问题，如：端横梁超宽与架桥机之间的冲突、小曲线半径钢梁安装碰撞检测、每联首跨钢梁安装与架桥机碰撞冲突等，发现问题后在方案编制阶段采取有效措施予以解决，确保施工进度和安全。针对墩顶宽度不足架桥机前支腿无支撑点问题，主要考虑应用辅助墩或预埋锚固方式加宽墩顶，再局部改造架桥机前支腿，以便钢板组合梁能顺利安装。

结束语

公路钢板组合梁的建设施工技术对公路工程建设具有重要推广意义，与其他桥梁结构类型相比，工厂化、集成化及装配化程度较高，有显著的技术经济效益，拥有广阔的市场前景与应用前景，社会经济效益显著，推广应用广泛。

参考文献

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