大跨度連續鋼箱梁斜拉橋未知系數法合龍技術

馬 良，吳 迪，于新波

（山東華鑒工程檢測有限公司，山東 濟南 250102）

引言

隨著斜拉橋跨越能力不斷提升，確保在最大懸臂狀態下主梁順利合龍成為橋梁建設的熱點問題，精確合龍涵蓋了合龍口參數敏感性分析以及誤差調整等多方面分析后的綜合考量[1-2]。

1 工程概況

某橋為雙塔雙索面五跨連續鋼箱梁斜拉橋，主橋跨度為70.5 m+215.5 m+680 m+245.5 m+70.5 m，主橋結構體系為支承體系（即半漂浮體系），塔墩固結，主梁在索塔及輔助墩、邊（墩）臺處設豎向支承，并在索塔與主梁之間設置橫向與縱向限位裝置。

主梁主體結構采用正交異性橋面板流線形扁平鋼箱梁，橋梁中心線處梁高3 m，全寬（包括風嘴）28.5 m，設有雙向2%的橫坡。箱梁頂板厚一般為14 mm（最大加厚至24 mm）；底板一般厚為12 mm（最大加厚至20 mm）。頂板U 形肋高280 mm，板厚8 mm，間距600 mm；底板U 形肋高200 mm，板厚6 mm，間距640 mm。橋塔采用組合式橋塔，下部是整體箱形塔墩,上部為鉆石型鋼筋混凝土塔架，橫梁將塔柱聯成整體。橋面全寬26.5 m。主橋結構典型斷面見圖 1、圖 2。

圖 1 主橋結構/m

圖 2 主梁標準斷面/m

2 合龍方案

北次邊跨梁段（NHB#）合龍施工方法是先將已安裝完成的墩頂梁段（NSB15#）向邊跨側預偏，合龍段起吊安裝后，再通過三向千斤頂調節墩頂梁段的方式進行合龍。合龍施工流程：（1）墩頂托架的搭設施工以及豎向、橫向支座的安裝，支座安裝時，豎向支座的上蓋板向岸側預偏 12 cm，并將支座上下蓋板臨時固結；（2）中跨側 NMB15#梁段吊裝完成后，橫向限位牛腿提前放置在墩頂上，邊跨側變幅式橋面吊機將 NSB15#梁段吊裝至 4#墩頂，并往岸側預偏 12 cm；（3）通過三向千斤頂系統精調梁段的軸線、高程以及里程，安裝橫向限位牛腿，同時將鋼箱梁與豎向支座上蓋板連接固定；（4）變幅式橋面吊機起吊并安裝 NHB 梁段，并根據監控指令要求進行斜拉索索力的調整，并按照監控指令要求在 NHB 梁段上增加適當的配重；（5）施工人員站在托架上，將托架和 NHB 梁段進行斜向對拉，調節 NHB 梁段的軸線位置與 NSB15#梁段軸線對應；（6）利用葫蘆將 NSB15 梁段往江側回移，待合龍縫寬接近 1cm 左右時停止，并調整 NHB 梁段的標高與 NSB15#梁段匹配；（7）梁段調整到位之后，在極短的時間內完成定位板連接并碼板焊接連接，以達到鎖定目的；（8）進行梁段的栓、焊連接，次邊跨合龍結束。

3 溫度影響分析

溫度對橋梁變形的影響不可以忽略。溫度分為兩種，一種為梯度溫度，一種為整體溫度[3-4]。鋼箱梁的梯度溫度對變形的影響較大，特別是日曬情況下，會讓主梁產生較大的下撓。整體溫度對鋼箱梁撓度影響較小，對鋼箱梁縱向伸長影響較大，鋼箱梁縱向伸長可以通過調整球形支座上下蓋板的偏移量來控制。

根據施工工期安排，NHB 和NSB15#梁段在2016 年8 月初合龍。根據合龍時間，調查當地近兩年的氣溫情況（7 月15 日—8 月15 日），2015 年7月15 日—2015 年8 月15 日，夜間的最低平均氣溫為25 ℃；2014 年7 月15 日—8 月15 日，夜間的最低平均氣溫為26 ℃。據此推斷合龍時的夜間最低氣溫25 ℃概率較大。

為確保合龍準確性，表1 測量數值為合龍當天NHB 和NSB15 梁段鋼箱梁頂面的高差變化值。NSB15#梁段放置在4#墩墩頂位置，其標高不受溫度影響，高差的變化主要是由日照引起的NHB 前端的高程變化產生。

從表1 中數據分析可知，白天最高氣溫基本都在33 ℃以上，鋼箱梁表面溫度基本能達到60 ℃，梁底溫度約35 ℃，并且白天溫度梯度不穩定，13：00—14：00 時段溫度梯度荷載最高。13：30鋼箱梁高差最小，但是此時溫度不夠穩定，高差變化也較快，短時間內實現鋼箱梁合龍施工難度大。22：00 后鋼箱梁頂底板溫度基本處于穩定狀態，此時鋼箱梁高差最大，約為22 ～23 cm，為了消除溫度對合龍施工節段的影響，合龍時間選擇在晚間22：00 之后。

表 1 NHB 和NSB15 梁段鋼箱梁頂面的高差變化值

4 合龍方案理論分析

斜拉橋合龍方法有壓重法和斜拉索放張法。結合工程實際情況，分別考慮兩種方法對主梁的影響。

4.1 壓重影響分析

通過有限元軟件Midas/Civil 對主梁壓重進行模擬[5]，得到壓重對合龍段高程下撓量見表 2。

表 2 NHB 壓重影響量

可以看出，壓重重量與NHB 下撓量基本呈線性關系，并且通過計算得出大約需要35 t 可以達到理想合龍狀態。

4.2 斜拉索放張影響分析

NHB 梁段拼裝完畢后，通過試算法發現NSC13、NSC14 號斜拉索的放張對NHB 梁段的位移變化最為明顯，通過控制變量的原則，在兩條斜拉索放張長度為10 cm 的情況下，NSC13、NSC14 對于NHB 梁段的影響情況見表3。可以看出當NSC14 放張過程中對NHB 端部影響較為明顯。

表 3 斜拉索放張與梁端下撓量

4.3 未知系數分析法求解

由于實際情況限制、施工器械以及材料的堆放，無法在NHB 節段施加35 t 的配重，并且由于斜拉索放張過程對于相鄰索的內力有較大影響，所以采用未知系數方程，通過壓重與放張NSC14 斜拉索相配合的方式完成合龍操作。

式中：a、b—未知系數；F—斜拉索放張量，cm；T—壓重，t；Δy—合龍段線形變化量，cm、rad。

根據計算需放NSC14 號斜拉索20 cm，NHB 梁端壓重9 t 左右。先進行斜拉索放張，然后進行壓重作業。通過調整，實現NHB 和NSB15 梁段的無應力合龍。

4.4 合龍控制效果

中跨合龍吊機拆除后，對全橋線形進行測量，測量結果顯示NHB 梁段附近實測線形和理論線形吻合較好，偏差基本都在 2 cm 之內，且較為平順。成橋線形對比見圖3。

圖 3 梁節段高程實測值與理論值

5 結語

（1）通過對歷年溫度數據進行收集整理，并結合現場實測值，綜合分析后給出了邊跨適宜合龍的時間。（2）通過建立未知系數方程，通過斜拉索放張與壓重協同配合的方式，精確地指導了合龍施工的操作，并使成橋線形與理論線形吻合良好。（3）采用未知系數方程法指導施工合龍的方式，一方面減小了斜拉索放張對其余斜拉索內力的影響，同時優化了壓重施加過程中的吊裝過程，產生了良好的經濟效益。