3×80m連續鋼桁梁拼裝線型控制

蓋平

摘要：陜西合銅高速公路水蘇溝大橋主橋上部結構設計為上承式3×80m鋼桁-混凝土組合梁，設有2%橫坡并處于豎曲線上。施工時采用現場焊接拼裝、步履式頂推施工工藝。通過設計帶坡度的頂推滑道，保證了鋼桁梁的縱坡;通過桿件加工長度調整預設預拱度、胎架桁片拼裝預拱度設置、桁片組裝線型控制三個方面控制鋼桁梁拼裝后的預拱度及豎曲線，保證了鋼桁梁的拼裝線型質量及成橋線型，對以后同類型鋼桁梁拼裝線型控制有較高的借鑒價值。

Abstract： The superstructure of the main bridge of Shuisugou Bridge on Hetong Expressway in Shaanxi is designed as a through-type 3×80m steel truss-concrete composite beam， with a 2% cross slope and on a vertical curve. During construction， on-site welding assembly and walking push-up construction technology are used. By designing a sloped push-up slide， the longitudinal slope of the steel truss beam is ensured; the pre-camber and vertical curve after assembling the steel truss is controlled by adjusting the preset pre-arch degree of the processing length of the rod， pre-camber setting of tire frame truss assembly and the linear control of the truss assembly line， which ensures the assembled linear quality of steel truss girder and the completed linear shape and has a high reference value for the linear control of the assembly of the same type of steel truss in the future.

關鍵詞：鋼桁梁;拼裝;預拱度;線型

0? 引言

近年來隨著鋼板材質、設計制造水平不斷提高，鋼橋應用越來越廣。根據交通運輸部在推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見中提出提升公路建設項目“內在”、設計更高品質的橋梁的要求，設計單位設計了一種新型橋梁鋼桁-砼組合梁應用到高速公路建設中。鋼桁采用耐候鋼全焊結構，可以提高主梁跨度、減少鋼梁的后期維護成本，同時滿足綠色公路、品質工程的建設宗旨。

1? 工程概況

1.1 線路概況

陜西合銅高速公路TJ-6標位于陜西省渭南市白水縣境內，標段全長20km。水蘇溝大橋橋梁全長697m，跨越水蘇溝，溝寬約500m，最大高差80余米，孔跨布置為2-（3×30）m預應力簡支箱梁+3×80m鋼桁-砼組合梁+3-（3×30）m預應力簡支箱梁。設計荷載為公路I級，分離式布置，單幅橋面寬12.9m。

1.2 主橋概況

主橋（6#-9#墩）上部結構為3×80m鋼桁-砼組合梁，下部結構為簿壁空心墩、群樁基礎，最大墩高82m。

主橋鋼桁梁設計為上下平行弦，無豎桿形式兩片主桁結構，桁高7.2m，節間長度8m，主桁中心距6.7m。主桁架間采用橫梁加強橫向聯系，跨內小橫梁縱向間距8m。全橋鋼桁梁采用Q420qD耐候鋼，總重2341t。

主桁上下弦桿采用箱型截面，外高600～700mm，內寬600mm，最大板厚38mm;斜腹桿采用箱型和工字型截面，最大板厚30mm;上、下平聯及下平聯十字撐均采用工字形截面。主橋鋼桁梁除下平聯十字撐采用高強螺栓連接外，其余均采用焊接。

2? 主要施工方法

綜合考慮主橋的地理位置、墩柱高度、鋼桁梁結構特點等多方面因素，最終確定主橋鋼桁梁采用頂推法施工。在大里程11#-14#墩之間設置52m長拼裝平臺，拼裝平臺主要有鋼桁梁組拼胎架、拼裝龍門吊、頂推滑道組成。首先在組拼胎架上組拼焊接上下弦桿和腹桿，形成16m長的桁片;然后利用龍門吊將桁片吊裝至頂推滑道上與前一段桁架焊接;最后依次焊接下平聯和上平聯;焊接完成檢測合格后進行頂推作業。

3? 拼裝線型控制方案

由圖2可見，鋼桁梁成橋后的線型主要由鋼桁梁預拱度、線路豎曲線、線路橫縱坡三個方面決定，鋼桁梁拼裝過程中也主要從這三個方面進行控制。

鋼桁梁成橋后的橫縱坡線型、豎曲線在墊石標高設置上已經進行調節，在拼裝過程中應使用相同的縱坡和豎曲線進行拼裝，保證鋼桁梁在拼裝過程與落梁就位后的受力一致。線路縱坡通過拼裝平臺上的滑道標高控制，滑道按照設計的5‰坡度進行安裝。

鋼桁梁的預拱度及線路的豎曲線共同決定了鋼桁梁的拼裝曲線，分別從鋼桁梁的桿件加工長度調整預設預拱度、胎架桁片拼裝預拱度設置、桁片組裝線型控制三個方面進行控制，以保證鋼桁梁的拼裝曲線與成橋的曲線一致。

4? 預拱度計算

該橋為3跨連續鋼桁梁，預拱度分跨設置，設計文件中給出預拱度設置計算公式：y=0.5A×（1-COS（X/L×2π）。A=每跨跨中恒載撓度+0.5倍活載撓度，其中X為距離支座距離，L為每跨跨徑。通過模型計算得出各跨跨中的預拱度A值詳見表1。

該橋的施工周期較長，環境溫度變化幅度大，考慮到鋼桁梁的溫度效應，對鋼桁梁的預拱度進行溫度校正以得出最終的施工控制預拱度。施工時可以根據拼裝時的溫度和預計落梁時的溫度，靈活選用表2的修正值對預拱度進行修正，表中修正值代表溫度下降時，各跨預拱度值的所需增量。以第7跨為例，由表1中可知該跨跨中預拱度100.9mm，施工時拼裝時間為夏季平均氣溫35℃，落梁時溫度15℃，按照溫差20℃進行預拱度修正，得出拼裝控制預拱度跨中為103.6mm，按照計算公式算得每個節點對應的設計預拱度值如表3所示。

5? 線型控制措施

5.1 橫、縱坡度控制

拼裝過程中橫坡由兩條滑道設計頂標高相對高差進行控制，內側滑道比外側滑道高13.4cm（橫向寬度7.6m，橋面橫坡2%）。滑道縱向設置5‰的縱坡，與線路縱坡一致保證鋼桁梁的拼裝縱坡與成橋縱坡一致。如圖3、圖4。

5.2 桿件加工預設預拱度

根據表3中的控制預拱度做出預拱度曲線，調整鋼桁梁桿件長度設置鋼桁梁的出廠預拱度。鋼桁梁的下弦桿及斜桿長度不變，通過改變上弦桿的長度實現出廠預拱度的設置。第7跨各桿件長度設置如圖5。圖中所示長度為節點間距，桿件加工長度應綜合考慮焊接接縫長度及焊接余量長度。

5.3 胎架桁片拼裝預拱度設置

5.3.1 胎架設置

鋼桁梁拼裝胎架采用桁架式結構，胎架總長48m，寬8.5m，如圖6和圖7所示。胎架采用I20工字鋼焊接形成，底部用膨脹螺絲與地面混凝土錨固，胎架安裝時頂面標高用水準儀校核，保證頂面在同一水平面上。

5.3.2 桁片拼裝

在桁片拼裝之前在胎架上用墨線彈出桁片的拼裝外輪廓線，作為拼裝過程中上、下弦桿的位置控制線。單根桿件組裝成桁片時控制節間長度8000±2mm，上下弦桿中心距7200±2mm，桿件定位完成后利用水準儀調整各桿件的水平高度，保證每個桁片的桁面平整，誤差不大于3mm。

5.3.3 胎架拼裝預拱度設置

桁片拼裝長度16m，在拼裝過程中將兩個節點之間的預拱度值差值按照預拱度控制值進行設置。如第7跨40m與48m節點之間的預拱度差值為100.9-91.3=9.6mm，在該桁片拼裝時40m、48m節點之間的中心線相對距離為9.6mm。

5.4 桁片組裝線型控制

桁片拼裝完成后，吊裝至滑道上進行對接組裝。組裝時通過控制每個節點的拼裝標高來控制鋼桁梁的拼裝成型的曲線，利用在滑道上支墊不同高度的滑塊及支墊鋼板來調整各個節點的拼裝標高。拼裝控制標高為縱坡標高+控制預拱度+豎曲線高差三個之和。以第9跨為例計算，首先測量0m處的滑道標高為888.970，該節點直接支承在700mm高的滑塊上，拼裝控制標高為889.67，預拱度為0mm，豎曲線高差為33mm，則節點的拼裝坡度標高為889.637。以889.637為基準標高計算后續各節點的坡度標高，以各點坡度標高+控制預拱度+豎曲線高差得出控制標高，以控制標高與實測滑道標高的差值進行滑塊和鋼板的支墊，如表4所示。

桁片組裝完成后，對線型進行測量復核，根據測量結果與設計線型的對比進行調整直至線型滿足誤差±3mm的要求后進行焊接定位，完成鋼桁梁的拼裝施工。

6? 成橋線型檢測

成橋后對鋼桁梁的線型進行檢測，成橋線型與設計線型基本相符，最大誤差在+2～+5mm之間，如圖8。

7? 結語

鋼桁梁拼裝線型決定著成橋線型和橋梁使用過程中的行車舒適性，對橋梁的使用至關重要。將拼裝滑道按照橋梁設計的縱橫坡度設置，保證了鋼桁梁拼裝過程與成橋狀態坡度一致;通過對設計預拱度的溫度修正消除了拼裝與落梁時的溫度差對線型的影響;根據成橋預拱度線型對桿件加工長度調整預設出廠預拱度，桁片胎架上拼裝調整相鄰節點間的預拱度，桁片組裝時對每一個節點的拼裝標高進行控制，拼裝成型后的復核調整，確保了鋼桁梁的拼裝線型與成橋線型一致，保證了施工質量。

參考文獻：

[1]劉立強.預拱度鋼桁梁施工技術[J].鋼結構，2013，28（9）：65-68.

[2]吳海濤，李鷗.大跨連續鋼桁梁架設施工控制分析[J].公路工程，2012，37（2）：137-141.

[3]向律楷，鄢勇鋼桁梁預拱度設置方法研究[J].四川建筑，2015，35（1）：150-153.