甌江北口大橋北引橋鋼-混組合梁施工及控制關(guān)鍵技術(shù)

王盛銘　董勤軍　彭志輝

摘要：北引橋N37-N16墩上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁，部分段落采用雙層公路鋼混組合梁設(shè)計(jì)，構(gòu)造復(fù)雜，鋼梁采用頂推法施工，預(yù)制混凝土橋面板采用架橋機(jī)以及滑移法安裝。該方法在國(guó)內(nèi)、乃至國(guó)際上都較為少見，施工難度較大，本研究可以為類似工程提供參考。

Abstract： The upper structure of the N37-N16 pier of the North Approach Bridge adopts steel-concrete composite beams， and some sections are designed with double-layer steel-concrete composite beams， which has a complicated structure. The steel beam is constructed by jacking method， and the precast concrete bridge deck is installed by bridge erecting machine and sliding method. This method is rare in China and even in the world， and it is difficult to construct. This study can provide reference for similar projects.

關(guān)鍵詞：鋼-混組合梁;頂推施工;滑移法;受力分析

Key words：? steel-concrete composite beam;jacking construction;sliding method;stress analysis

中圖分類號(hào)：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0128-03

1? 工程概況

溫州甌江北口大橋工程采用寧波至東莞國(guó)家高速公路和國(guó)道228線（南金公路）共線過(guò)江的雙層橋梁方案。其中，甌江北口大橋北引橋N37～N16墩上部結(jié)構(gòu)采用鋼-混組合梁。N22-N37為單層結(jié)構(gòu)，N22～N16為雙層設(shè)計(jì)，該段落鋼-混組合梁共計(jì)9聯(lián)，N37～N34跨徑為（30+50+30）m，其余均為標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)跨徑，為3×50m，雙層公路鋼混組合梁構(gòu)造復(fù)雜、施工難度巨大，在國(guó)內(nèi)、乃至國(guó)際上都較為少見，如下圖1所示。

組合梁由槽形鋼梁和混凝土橋面板組成，梁高3m，鋼梁高2.48m。鋼梁采用空腹式槽型梁，鋼梁底板寬度變化，最寬為14.22m，最窄為7.3m，鋼梁較寬時(shí)，設(shè)有中腹板，鋼梁較窄時(shí)，不設(shè)中腹板?；炷翗蛎姘宀捎妙A(yù)制形式，預(yù)制橋面板中間設(shè)置槽口與鋼梁通過(guò)現(xiàn)澆混凝土疊合。橋面板設(shè)有橫橋向預(yù)應(yīng)力，單塊橋面板縱橋向長(zhǎng)度4m、橫橋向?qū)挾?6-22m。全橋共計(jì)預(yù)制橋面板524塊，最大重重量約80t。整聯(lián)橋梁縱向不設(shè)預(yù)應(yīng)力，通過(guò)調(diào)整橋面板濕接縫的澆筑順序以及頂升中間橋墩處鋼梁來(lái)提供墩頂負(fù)彎矩處橋面板的預(yù)壓應(yīng)力。

橋梁下部結(jié)構(gòu)為雙柱或三柱式墩身，并設(shè)置有中系梁和頂系梁，墩高較高，在24-43m之間[1]。（圖1）

2? 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 總體施工方案

本項(xiàng)目為鋼-混組合連續(xù)梁橋，先制造、安裝鋼梁，橋面板在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制完成后通過(guò)濕接縫與鋼梁疊合形成整體。鋼梁常用安裝方法有：①大型履帶吊直接安裝;②跨全幅移動(dòng)龍門安裝;③頂推法安裝;④大節(jié)段整體提升安裝;⑤滑移法安裝;⑥采用架橋機(jī)安裝[2]。

由于本項(xiàng)目所處地形、地貌復(fù)雜，施工區(qū)域地質(zhì)條件差，對(duì)于大噸位運(yùn)輸、大噸位起重吊裝、臨時(shí)結(jié)構(gòu)支撐都造成了很大不利影響;且墩身高度高、梁段重量大。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與技術(shù)指標(biāo)，所有鋼梁節(jié)段均采用頂推法安裝，上層橋面板采用架橋機(jī)安裝、下層橋面板采用滑移法安裝[3]。

頂推起點(diǎn)設(shè)置提梁站和拼裝平臺(tái)，用于鋼梁節(jié)段和混凝土橋面板的提升以及鋼梁的拼裝。鋼梁小節(jié)段通過(guò)提升站起吊，然后現(xiàn)場(chǎng)焊接。每焊接形成10-15m后，向前頂推，相鄰兩聯(lián)鋼梁臨時(shí)連接，一起頂推，直至鋼梁頂推到位后精調(diào)鋼梁位置并落梁，然后解除伸縮縫處臨時(shí)連接。

2.2 鋼梁施工關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 施工段落劃分與頂推順序

根據(jù)以下項(xiàng)目特點(diǎn)：N37-N25位于半徑5000m的平曲線上、N25-N22為直線段;N37-N25梁體寬度變化較大、N25-N22基本為等寬，將項(xiàng)目劃分為三個(gè)施工段：

第一施工段為N37-N25，并在N37-N36橋跨之間設(shè)置提梁站與拼裝平臺(tái)。由于鋼梁為左右幅分離設(shè)計(jì)，且頂推長(zhǎng)度較長(zhǎng)，左、右幅分開頂推，采用先左幅后右幅的順序。

第二施工段為N25-N16上層，在N23-N22橋跨之間設(shè)置提梁站與拼裝平臺(tái)。先進(jìn)行N22-N16上層的頂推施工，鋼梁頂推到位后進(jìn)行N22-N25的頂推施工。由于N22-N16上層為左右幅連體設(shè)計(jì)（墩頂設(shè)置隱形橫梁），為

減少工序、加快工期，左右幅同步連體頂推。

第三施工段為N22-N16下層，與第二施工段共用提梁站與拼裝平臺(tái)。下層左右雙幅同步頂推（不連體）。

2.2.2 頂推關(guān)鍵技術(shù)

鋼梁施工采用步履式千斤頂、多點(diǎn)連續(xù)頂推方式，如圖2。步履千斤頂縱向頂推工作流程主要分為四個(gè)步驟：第一步，豎向油缸頂升;第二步，水平油缸頂出;第三步，豎向油缸縮回;第四步，水平油缸縮回，完成一個(gè)工作周期[4]。

由于部分梁段底板變寬且位于平曲線上，頂推施工時(shí)不僅需要能夠向前方頂推，還需要步履千斤頂在過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)整橫橋向位置，保證鋼梁底腹板交界線始終支撐于千斤頂中心線附近。頂推系統(tǒng)由DX步履式頂推系統(tǒng)、步履式頂推機(jī)橫向調(diào)整系統(tǒng)兩部分組成，可實(shí)現(xiàn)向前頂推及橫向調(diào)整的功能。

頂推方案具體實(shí)施如下所示：

①導(dǎo)梁安裝采用兩臺(tái)履帶吊直接抬吊就位，然后安裝橫向聯(lián)系。首節(jié)梁段（3m）由提升站提升就位后與導(dǎo)梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊縫檢測(cè)合格后進(jìn)行試頂3m。

②繼續(xù)拼裝后續(xù)兩個(gè)梁段（共10m長(zhǎng)）并現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊縫檢測(cè)合格后進(jìn)行頂推10m;此后每輪次拼裝、頂推長(zhǎng)度可以達(dá)到25m，繼續(xù)拼裝、頂推至鋼梁全部就位。

③如遇前方梁段已經(jīng)就位，則在導(dǎo)梁跨越最后臨時(shí)墩后逐漸拆除導(dǎo)梁，直至鋼梁完全就位。

2.3 橋面板施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 上層橋面板安裝

鋼梁全部頂推完畢后進(jìn)行橋面板鋪設(shè)，上層橋面板采用50m架橋機(jī)安裝，橋面板由提升站起吊，采用板上運(yùn)板的方式將橋面板運(yùn)送至架橋機(jī)尾部，架橋機(jī)天車起吊橋面板并移動(dòng)至待安裝跨，完成橋面板轉(zhuǎn)向后下落就位。

由于板上運(yùn)板時(shí)，已鋪設(shè)完成的橋面板并未澆筑濕接縫，此時(shí)整體性不佳，因此為減小運(yùn)輸動(dòng)荷載對(duì)橋面板的影響，采用軌道法運(yùn)輸。

2.3.2 下層橋面板安裝

由于N22-N16下層橋面板安裝受到凈空影響，無(wú)法使用架橋機(jī)安裝，所以采用滑移法安裝全部下層橋面板。

鋼梁頂推就位后搭設(shè)軌道支架，軌道支架長(zhǎng)300m，布滿全部下層橋跨。在軌道支架上安裝軌道運(yùn)輸車，車上設(shè)置三向千斤頂。橋面板由提升站提升至軌道運(yùn)輸車上，小車將橋面板運(yùn)輸?shù)皆O(shè)計(jì)位置并利用三向千斤頂精確調(diào)位后落頂，將橋面板安裝就位。下層橋面板安裝過(guò)程如圖3所示。

3? 施工控制關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目施工控制的關(guān)鍵是鋼梁制造線形的計(jì)算以及頂推過(guò)程中鋼梁、導(dǎo)梁的受力性能研究。

3.1 鋼梁制造線形計(jì)算

本項(xiàng)目鋼梁制造線形由橋梁預(yù)拱度與設(shè)計(jì)線形組合而成，橋梁預(yù)拱度計(jì)算是制造線形計(jì)算核心，橋梁預(yù)拱度由恒載下結(jié)構(gòu)撓度與1/2活載撓度之和的反向確定[5]。

頂推施工不改變主梁的無(wú)應(yīng)力線形，頂推到位后的狀態(tài)就相當(dāng)于一次落架的狀態(tài)。所以橋梁預(yù)拱度計(jì)算時(shí)無(wú)需考慮頂推施工過(guò)程的位移變化。計(jì)算時(shí)將鋼梁一次激活，然后根據(jù)預(yù)制橋面板的吊裝、濕接縫的澆筑順序以及中間橋墩的頂升量設(shè)置相應(yīng)的施工階段，以此求得鋼梁恒載下的撓度。然后疊加1/2活載撓度，反向即為本項(xiàng)目橋梁的預(yù)拱度。

甌江北口大橋北引橋組合梁鋼梁制造線形計(jì)算采用橋梁專用有限元軟件TDV進(jìn)行，組合梁采用梁?jiǎn)卧M。3×50m橋型有限元模型中共設(shè)224個(gè)節(jié)點(diǎn)，223個(gè)單元;（30+50+30）m橋型有限元模型中共設(shè)169個(gè)節(jié)點(diǎn)，168個(gè)單元。3×50m橋型施工過(guò)程中間橋墩頂升量依次為15cm、10cm;3×50m橋型施工過(guò)程中間橋墩頂升量依次為9cm、5cm。由于存在兩種不同橋跨形式，以及相同橋跨鋼梁寬度也有變化，本項(xiàng)目鋼梁制造線形計(jì)算分為8種計(jì)算類型，如表1所示。

（30+50+30）m跨類型1以及3×50m跨類型5鋼梁恒載與1/2活載豎向撓度計(jì)算如圖4所示。（30+50+30）m橋型最大撓度出現(xiàn)在跨中，為58.8mm。3×50m橋型最大撓度出現(xiàn)在邊跨，為82.2mm。

3.2 鋼梁頂推過(guò)程受力分析

3.2.1 導(dǎo)梁構(gòu)造與臨時(shí)墩布置

導(dǎo)梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為39m，頂、底板厚28mm，腹板厚20mm。頂、底板寬度沿長(zhǎng)度方向發(fā)生變化，有900mm、640mm、440mm三種寬度。導(dǎo)梁高度沿長(zhǎng)度方向也發(fā)生變化，導(dǎo)梁前端存在約10m長(zhǎng)的臺(tái)階。

臨時(shí)墩布置在永久墩墩旁，1#臨時(shí)墩距N36永久墩30m，其余臨時(shí)墩與永久墩間距3m，共設(shè)置12個(gè)臨時(shí)墩。

3.2.2 有限元模型說(shuō)明

N37-N25左幅頂推模型采用Midas civil 2015建立，鋼梁及導(dǎo)梁采用梁?jiǎn)卧M，臨時(shí)墩位置頂推點(diǎn)采用只受壓節(jié)點(diǎn)彈簧模擬。1m設(shè)置一個(gè)節(jié)點(diǎn)，頂推工況設(shè)置1m一個(gè)工況。有限元模型如圖5所示。

3.2.3 計(jì)算結(jié)果

頂推過(guò)程中，N37-N25左幅導(dǎo)梁前端位移時(shí)程如圖6所示?？梢钥闯?，導(dǎo)梁前端位移變化規(guī)律，在上墩前達(dá)到最大，最大位移為248.7mm。

頂推過(guò)程中，N37-N25左幅各臨時(shí)墩最大反力如圖7所示。第1、2及12#臨時(shí)墩最大支反力較小（支點(diǎn)反力均為橫向2個(gè)支點(diǎn)反力之和），其余臨時(shí)墩最大支反力比較接近。臨時(shí)墩最大反力為5660kN，為第4#臨時(shí)墩。

頂推過(guò)程中，導(dǎo)梁及鋼梁應(yīng)力包絡(luò)如圖8所示，鋼梁最大拉應(yīng)力69MPa，最大壓應(yīng)力41MPa，導(dǎo)梁最大拉應(yīng)力66.3MPa，最大壓應(yīng)力73.4MPa。導(dǎo)梁與鋼梁均采用Q345鋼材，鋼梁與導(dǎo)梁最大應(yīng)力均遠(yuǎn)小于鋼梁的屈服應(yīng)力，結(jié)構(gòu)安全。

4? 結(jié)語(yǔ)

甌江北口大橋北引橋鋼-混組合連續(xù)梁采用（30+50+30）m和3×50m兩種橋跨形式。鋼梁采用推法施工，上層預(yù)制混凝土橋面板采用架橋機(jī)安裝，下層橋面板由于凈空影響采用滑移法安裝。由于部分梁段鋼梁底板變寬且位于平曲線上，步履式千斤頂在頂推過(guò)程中需動(dòng)態(tài)調(diào)整橫橋向位置。頂推過(guò)程中導(dǎo)梁上墩前下?lián)献畲?，最大下?lián)?48.7mm，臨時(shí)墩最大支點(diǎn)反力為5660kN，鋼梁最大拉應(yīng)力69MPa，最大壓應(yīng)力41MPa，導(dǎo)梁最大拉應(yīng)力66.3MPa，最大壓應(yīng)力73.4MPa，各結(jié)構(gòu)受力性能滿足要求。本項(xiàng)目所選擇的施工方法經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)上安全可行。項(xiàng)目具有墩高較高、位于平曲線上、部分橋跨為上下層以及鋼梁變寬等特點(diǎn)，施工難度較大，可以為類似工程提供參考。

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