连续钢箱梁精确施工控制技术研究

连续钢箱梁精确施工控制技术研究

徐大众

371312198205176716山东省路桥集团有限公司  山东 济南 250014

1.前沿

钢箱梁相对其他桥梁而言，在我国近些年来，是较大跨径的桥梁比较提倡的一种结构形式。由于外面成壳状，内部中空类似箱子故叫做钢箱梁。钢箱梁一般由顶板、横隔板、U形肋、底板、内外腹板以及水平加劲肋等通过全焊接的方式连接而成。其中顶板是由上表面的盖板和下方的纵向加劲肋组合而成性质为正交异性的桥面板。

自我国开始逐渐使用钢材料桥梁时起，对于大跨度的钢材料桥梁的施工主要有以下几类:整体吊装法、悬臂拼装法、分段吊装法、顶推法以及高空滑移法这五种。项目具体会选择哪一种施工方法，一般根据施工现场的条件、施工技术、周边环境因素、施工经济条件、施工工期要求和前期预算以及桥梁的结构特点等因素进行排选。主要有以下几种方法:

（1）整体吊装法

整体吊装法是指,钢箱梁在预制工厂中先进行小节段的预制,然后将小节段拼装为大阶段，之后大型的吊装设备将大阶段钢箱梁起吊，当就位到预设的位置之后立即将其固定。这种方法对环境的适应能力较强，会大大减少临时支架的数量，并且钢箱梁的制造全部在工厂内完成,大大缩短了施工工期;但其线形的控制难度较大，温度的影响也较大，对起重设备的要求较高，这种方法主要适用于跨径不大的连续梁桥或者是简支梁桥。

（2）悬臂拼接法

悬臂拼接法是指，有待安装的小节段梁体在起重设备的作用下处于悬吊状态，然后起吊到目标的设计位置与已经安装的梁体进行焊接，如此向前施工直到合拢为止。这种方法的施工效率较高，由于是小节段安装，桥面线形相对容易控制，工程质量能更好的得到保证，一般适用于多跨连续梁桥的施工。

（3）分段吊装法

分段吊装法是指，整体的钢箱梁桥按照一定块段比例分割成为若干个小节段，在工厂预制完成之后，按照施工顺序将分割好的小节段钢箱梁以此运输到施工现场进行吊装，精确平纵标高就位后，对其进行焊接，使之成为一个整体。分段吊装法的优点有:相比其他，起施工时的难易程度低，对施工技术层面上的的要求不是很高，但时其对施工的精度的要求较高，平纵方向的定位要准确。而且在现场施工方面来看，分割成为小节段后的吊装，由于自身自重相比整体减小，所以对起吊设备的要求不是很高，但是在定位阶段对支架的需求较多，对人力资源的需求量也较大，从安全和成本两方面来看，分段吊装法是比较耗费人力物力的一种方法。

（4）顶推法

顶推法是指，在桥梁的前端，对每一小节段进行逐断拼接，利用三向千斤顶将小节段梁体精准移位，依次类推至临时支座。顶推法相比其他几种方法来看，其主要的优势是在于其需要使用的仪器设备较简单，施工时并不会用到大型的起吊设备，对施工场地的状况要求较低，并且以此方法对桥梁结构施工时不影响桥下净空，桥下通航可以保持畅通状态。梁体在工厂内预制，一来，可以保证梁的质量;二来，可以提高效率减小施工工期。其采用千斤顶进行顶推的方方式，在提高了工程的安全性的同时,又可减小了部分人力资源的使用。

2. 计算分析

2.1工程概况及有限元分析

桥枢纽互通立交BKO+337.64 B匝道桥桥梁起点桩号为KO+132.640,终点桩号为KO+542.640,桥梁全长为415.6m,桥跨径组成为(3x25)+ (3x30）+(2x25）+2x (2x30)+ (3x25)m，共6联。桥梁宽度: 8.5m。上部结构采用钢箱梁。

 选用Midas civil来进行该桥的建模计算分析工作，为了使有限元模型能够较准确地反映真实的桥梁结构状况，结构各参数的选取与确定就变得至关重要，其中主要的各项设计参数统计如表1所示：             

Midas civil的建模过程主要分为以下几个步骤：定义材料和截面建立结构模型；定义并建立结构组；定义并建立边界组；定义荷载组；输入荷载；定义施工阶段。二期恒载采用近似的计算方法进行施加，主梁桥面铺装采用8cm厚沥青混凝土，12cm厚C50补偿收缩钢纤维混凝土以及桥面防水，在综合考虑集中作用的横隔板重量、横向不等分布的铺装层重量、沿桥两侧作用的人行道、栏杆、灯柱等附属设施之后，二期恒载合计取q=88kN/m。

表1  Midas civil模型主要参数

使用Midas civil建立刘桥枢纽互通立交有限元模型，主线桥（30+30）m连续钢箱梁有限元模型共包含167个单元、180个节点。两端支座处的钢混结合段采用自定义材料，根据两种材料计算钢混结合材料参数，钢箱梁各横截面均采用CAD导入的方式；全桥共离散为5个结构组，1个边界组，4个荷载组。成桥状态Midas civil有限元模型如图1所示。

图1 主线桥（30+30）m连续钢箱梁有限元模型图

2.2.有限元计算结果

（1）正截面抗弯承载力

计算得到弯矩内力结果如图2所示，最不利位置的最大内力值为：中间支座顶部负弯矩最大，其值为-16237.7 kN·m，跨中位置正弯矩达到最大，其值为9071.13 kN·m。

图2弯矩内力图 （单位：kN·m）

(3)成桥状态主梁应力

成桥状态钢箱梁顶板应力最大压应力结果如图4.1.2-3所示。其中顶板压应力最大值为15.37 MPa。成桥状态钢箱梁底板应力最大压应力结果如图4.1.2-4所示。其中底板压应力最大值为55.98 MPa。成桥状态钢箱梁顶板应力最大值为27.23 MPa。成桥状态钢箱梁底板应力最大拉应力结果底板拉应力最大值为31.54 MPa。

（4）桥梁运营期间车辆荷载作用下竖向位移

钢箱梁向上最大的竖向位移为2.68mm，向下最大的竖向位移为6.42mm；由此可以看出，此桥在运营期间车辆荷载作用下钢箱梁位移变化不大，小于规范限值要求，可以达到较好的行车舒适性。

3现场实测应力监测结果

应力应变的监测根据钢箱梁桥在的施工阶段的受力特点，在各跨跨中截面及中间支座处布置应变计以监测其应力应变。在主梁桥梁合龙前后主要工况下对 6个监测点进行数据监测，结果见图3。

图3钢箱梁截面应力测量数据采集统计图（单位：MPa）

4.结论

根据上表数据可知，各点实测应力与设计应力误差率最大值为14%，符合箱梁的监测结果平均应力误差应小于±15%的设计要求。

本次对互通立交桥的钢箱梁段施工的合龙前后跟踪测量，为立交桥的施工质量、工程进度和结构安全提供了有力的保障。立交桥主跨与边跨合拢过程中，均及时提供了相应的指令；对结构的线形和关键截面应力进行了现场准确的测量与测试；对发现的问题及时通知了各参建单位，并协助解决。综合钢箱梁的监测结果，主要结论如下：

立交桥结构在施工过程及成桥阶段表现出的应力状态均满足设计和规范要求，整个施工阶段，钢箱梁测试截面处于全截面受压状态，且施工过程中顶板和底板压应力均未超过规范规定的限值。实测截面应力与理论变化趋势一致，实测应力与理论值较为接近。施工过程中，结构内力和结构变形均得到了较好的控制，结构的各项成桥指标表现良好。

参考文献

[1]刘铭扬. 钢箱梁受压曲线加劲板极限承载力研究[D].西南交通大学,2021.