鋼箱梁實際無應力法施工線形的研究

摘要 文章詳細闡述了無應力法施工線形控制的實施步驟，包括施工前的線形預測、施工過程中的線形監控以及施工后的線形調整，并采用數值模擬和現場實測相結合的方法，對無應力法施工線形控制的效果進行了全面評價。結果表明，無應力法施工線形控制技術能夠有效提高鋼箱梁的施工精度和線形質量，為橋梁的安全運營提供了有力保障，對類似項目具有一定的參考價值。

關鍵詞 鋼箱梁；無應力法；施工線形；研究分析

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）16-0082-03

0 引言

鋼箱梁節段在拼裝平臺現場匹配、焊接完成后，已拼節段的無應力線形就已確定，但由于拼裝誤差、焊縫收縮、測量誤差、溫度影響的存在，僅靠基于局部節段線形實測的相位變換法難以獲取真實的無應力線形，由此帶來的線形修正存在較大誤差，算例表明其誤差仍然較大（約1 cm）。鋼箱梁節段無應力制造構形確定后，如何采取有效控制措施高精度地實現這一目標，而獲取已拼梁體的實際無應力線形并對其評價是進行后續節段無應力拼裝線形控制的關鍵。如何借助步履式頂推設備測試的支點反力、結合已拼梁體整體線形的實測數據，進行已拼梁體的線形評價也是需要進一步研究的問題。以下就結合工程實例，對鋼箱梁實際無應力法施工線形開展探討。

1 項目概況

瀘州市沱江四橋及連接線工程，路線全長3.815 km。主線采用雙向六車道，中間預留軌道通道。全線設有一座長691 m的跨江大橋，以及三座主線高架橋，包括跨科教城3號路橋、跨隆敘鐵路橋和蜀瀘立交接線橋。

該項目主橋為獨塔雙索面斜拉橋，跨徑布置為55 m +200 m +58 m +50 m；南、北引橋的橋跨分別為3 m×45 m和4 m×45 m，為等截面連續梁橋，橋總長691 m。主橋主梁采用鋼－混凝土混合結構，主跨為鋼箱梁，邊跨為混凝土梁，梁高3.5 m。

2 鋼箱梁實際無應力法施工線形研究

2.1 評價方法與思路

梁體線形可依據其受力狀態劃分為無應力線形與受力線形兩大類別。無應力線形主要描述梁體在不受外力作用時的自然形態。一旦無應力線形、邊界條件以及外荷載這些關鍵因素得以確定，梁體的受力線形及其所處的狀態也將隨之明確。在梁體頂推過程中，或者待拼節段與已拼梁體尾段焊接完成后，整體就已處于受力狀態，此時測量所得的線形即為受力線形[1]。

線形評價方法：在頂推過程中，進行鋼箱梁的理論線形和實測線形之間的對比評價。

線形評價思路：實測頂推梁體各節段頂面測點標高和梁體所處縱向位置—計算梁體實際受力線形及支點高—建立測量狀態（考慮縱向位置和支點高程）的有限元模型、計算獲得理論受力線形—計算實際受力線形與理論受力線形的差別[2]。

得到理論線形和實測線形后，比較過程如下：

（1）使用畫圖軟件按照線形數據，將兩種線形畫出來。

（2）對其中一個線形進行平移，直到其起點在同一個位置。

（3）對其中一條線形進行旋轉處理，直到兩條線形的首尾重合。

（4）比較理論線形和實際線形的差別，即為已拼梁體的線形評價。

2.2 頂推梁體受力下線形的獲取

高程的測量儀器采用水準儀，縱向位置（里程）測量儀器采用全站儀。

高程測點縱向位置確定在離節段之間的環焊10 cm處（10 cm之間的撓度相差很小，可忽略不計，可看作在焊接處），橫向位置選擇縱隔板和內腹板對應的頂板。里程測點設在首、尾兩節的橋梁中心線所對應的頂板，縱向位置距端部10 cm[3]。

考慮溫度變化會對測量造成影響，選擇在早上或者傍晚溫度相差不大的時間段進行測量。

2.3 頂推梁體有限元模型的建立

2.3.1 計算思想

該項目建模方法采用“一次落架法”＋“強迫位移法”。主要思路如下：

一次落架法：在該方法中，各階段的結構被視為整體的一次性形成，并獨立地進行建模與計算。

強迫位移法：此方法則采用一種特殊的技術手段，通過對支撐單元下端節點施加位移，可以模擬鋼箱梁在不同施工狀態下的受力狀態，進而分析其與臨時墩頂、滑道頂標高的差異。同時，臨時墩標高的調整也是施工過程中不可忽視的一環。通過模擬不同的調整方案，可以評估其對鋼箱梁線形的影響，從而選擇出最優的施工參數。

在鋼箱梁實際無應力法施工線形的研究過程中，為簡化分析流程，可在分析中忽略一些次要因素，如鋼箱梁在制作過程中可能產生的微小誤差，在大多數情況下，這種誤差對整體分析結果的影響可以接受。同時，該項目還做出一個重要的假設：在支點處，鋼箱梁在四個滑道上的位移相等，這一假設基于實際施工中的經驗和觀察，有助于更加清晰地理解鋼箱梁的受力狀態。支撐單元采用單向受壓桿單元模擬脫空現象。

2.3.2 計算模型

在計算模型中，綜合考慮鋼箱梁、前后導梁以及支撐體系。對于鋼箱梁和前后導梁，采用beam3平面梁單元進行模擬；對于支撐體系，包括A類基礎及臨時墩在內，采用受壓link10單元進行建模。

（1）鋼箱梁。

按施工組織設計，參與頂推的鋼箱梁節段共22個，包括鋼混凝土結合段、鋼箱梁S1～S16、BS1～BS5。采用Q345qD材料，其彈性模量為2.10e11 Pa，泊松比為0.3。

鋼箱梁主要參數如表1所示。鋼箱梁的自重施加方式采用“等效密度+橫隔板處的集中荷載”形式，重力加速度取值為10 m/s2。

（2）導梁。

導梁的設計分為前導梁和后導梁，在橫向分為四肢，單箱下兩肢間距為7.4 m，與鋼箱梁對應。前導梁長47 m，由四個節段構成，其中三個為12 m，最前端為11 m。前端1.5 m設階梯段，便于上墩。在組拼平臺上完成組裝，預拱度與鋼混凝土結合段前端一致。前導梁上臨時墩后，分四次拆除。

后導梁全長為24 m，構造與前導梁后端兩節類似。后導梁線形為直線，預拱度與BS5節段的后端一致。待頂推完成后拆除。

導梁采用Q235B鋼材，彈性模量為2.10e11 Pa，泊松比為0.3，截面為變截面。前導梁近似分為16個等截面的直線梁段，各截面主要參數如表2所示。導梁的自重通過“等效密度+接頭、橫撐處的集中荷載”的形式施加，重力加速度取10 m/s2。

（3）支撐體系。

支撐體系包含A類擴大基礎、臨時墩及滑道，為單向支撐，建模時需模擬僅受壓的非線性單元。ANSYS中的link10[KEYOPT（3）=1]滿足這一要求。為簡化模型，每處支撐模擬為link10單元，其剛度需與實際剛度等效。支撐單元參數按位移等效法確定，具體參數如表3所示[4]。

支撐體系不考慮自重，即密度取零。

2.4 典型工況分析

為便于分析，選擇兩種典型工況進行理論線形和實測線形的對比分析，一種工況是在S4節段頂推完成后；另一種工況在S8節段頂推后。

（1）S4節段頂推完成后，測量時間為早上8：25，天氣為陰天，溫度是18.2℃。各測點標高如表4所示。

對應節點在該工況下的撓度如表5所示。

（2）S8節段頂推就位后，測量時間為下午16：40，天氣為陰天，溫度為24℃。實測線形數據如表6所示，各節點撓度如表7所示。

（3）兩個典型工況比較結果可見，各測點最大誤差在10 mm之內，說明無應力線形精度符合設計和規范的要求。

3 鋼箱梁實際無應力法施工線形分析應用價值

實際無應力法施工線形分析不僅有助于提升橋梁施工過程的精度，更能確保橋梁結構線形的美觀性和穩定性，進而保障橋梁的整體安全性能。

（1）從施工精度的角度來看，實際無應力法施工線形分析能夠精確預測和控制橋梁在施工過程中產生的變形和位移。通過深入分析施工過程中的無應力狀態，研究人員能夠準確把握橋梁結構的受力特性，從而制定更為科學合理的施工方案[5]。

（2）在橋梁線形美觀性方面，實際無應力法施工線形分析同樣具有顯著優勢。通過對橋梁線形進行精細化控制，該方法能夠有效避免施工過程中可能出現的線形扭曲或變形等問題，從而確保橋梁結構在外觀上呈現優美曲線。

（3）從橋梁結構穩定性來看，實際無應力法施工線形分析同樣具有重要意義。通過對施工過程中的線形進行有效控制，該方法能夠有效降低橋梁結構在運營過程中可能出現的應力集中和疲勞損傷等問題，從而延長橋梁的使用壽命。

4 結語

通過對鋼箱梁實際無應力法施工線形的研究，該文深入剖析了無應力法施工線形控制技術的原理、應用及效果。研究結果不僅驗證了無應力法施工線形控制技術的可行性和有效性，還為今后的橋梁工程施工提供了寶貴的經驗和參考。然而，無應力法施工線形控制技術仍存在一些局限性和挑戰，如施工環境的復雜性、施工技術的局限性等。因此，未來研究應進一步探索新的線形控制方法和技術手段，以應對不同工程背景下的施工需求。同時，加強施工過程中的監控和管理，提高施工人員的技能水平，也是確保施工線形質量的關鍵?？傊?，鋼箱梁實際無應力法施工線形的研究是一個持續發展的過程，需要不斷地進行探索和創新，以推動我國橋梁工程領域的技術進步和發展。

參考文獻

[1] 夏興新.基于擬塑性變形的無應力構形控制法研究[D].成都：西南交通大學，2020.

[2] 秦順全.橋梁施工控制—無應力狀態法理論與實踐[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3] 秦順全.分階段施工橋梁的無應力狀態控制法[J].橋梁建設，2008（1）：8-14.

[4] 黃曉航，高宗余.無應力狀態控制法綜述[J].橋梁建設，2010（1）：71-74.

[5] 黃偉.頂推鋼箱梁施工中拼接線形控制的實踐研究[J].中外建筑，2007（6） ：85-86.