鋼橋制造與安裝中的變形監測與精確調整技術研究

摘要：鋼橋作為跨越河流、海峽等自然障礙的重要交通工具，其建設質量和安全性直接關系到城市的交通效率和公眾的生命財產安全。鋼橋的制造與安裝過程復雜且技術要求高，其中變形控制，是確保橋梁結構完整性和穩定性的關鍵環節。以青龍門通航孔橋工程為例，深入探討鋼橋制造與安裝中的變形監測與精確調整技術，以期為類似工程提供有益參考和借鑒。

關鍵詞：鋼橋；制造與安裝；變形監測；精確調整

0" "引言

鋼橋在制造與安裝過程中，由于材料特性、荷載作用、施工環境及人為因素等多重影響，不可避免地會產生各種變形。若不能得到及時有效地監測與調整，將直接影響橋梁的幾何形態、受力狀態及整體穩定性，進而引發嚴重的安全事故。

因此對鋼橋制造與安裝過程中的變形進行精確監測，并基于監測數據實施精確調整，對于提高橋梁建設質量、保障橋梁運營安全具有重要意義。

1" "青龍門通航孔橋工程概況

青龍門通航孔橋橋跨布置為119m+231m+2×756m+231m+119m三跨鋼箱梁斜拉橋，主橋全長2212m，邊中跨比0.463，邊跨設輔助墩；斜拉索采用雙平面索布置，標準索間距15m，邊跨密索區間距9m，邊塔27對拉索，中塔21對拉索。

2" "鋼橋制造與安裝中的變形監測內容

2.1" "橋梁墩臺沉陷觀測

沉陷監測不僅反映墩臺的受力狀態，還能為后續施工提供重要依據。監測工作通常采用高精度的測量儀器，如水準儀和激光測距儀。設置多個測量點，定期記錄墩臺的相對高度變化，及時發現沉陷趨勢[1]。

沉陷的監測頻率一般與施工進度相結合，施工初期需要更為密集的監測，以便迅速識別任何異常情況。在青龍門通航孔橋的工程實例中，施工階段的沉陷監測采用動態監測技術。結合設置在墩臺上的傳感器，實時采集數據并傳輸至監測中心，以便進行數據分析和處理。

2.2" "橋面線形與撓度觀測

橋面線形的穩定性，直接影響車輛的行駛舒適度和安全性。撓度則是橋梁在荷載作用下產生的變形，過大的撓度導致結構損傷甚至失效。在監測橋面線形時，通常采用高精度的激光測距儀或全站儀進行實時監測，快速獲取橋面各個點的坐標信息，并結合數據處理形成三維模型，從而分析橋面的整體線形狀態[2]。

在青龍門通航孔橋的工程中，設置多個測量點，在不同階段對橋面進行測量，確保在施工過程中橋面線形控制在設計范圍內。在撓度觀測方面，使用的設備包括位移傳感器和傾斜儀，實時記錄橋面在施加荷載時的撓度變化。例如，安裝在橋梁中心位置的位移傳感器，可監測到車輛通行時引起的瞬時撓度變化，通過數據分析，判斷橋梁在實際使用中是否存在過度變形的風險。

2.3" "主梁橫向水平位移觀測

主梁作為橋梁的主要承載構件，其變形直接影響到橋梁的使用性能和安全。監測設備的選擇，是進行橫向水平位移觀測的關鍵。常用的監測設備包括激光測距儀、位移傳感器和水準儀等。激光測距儀常用于高精度的距離測量，設置多個測量點，可有效獲取主梁在不同工況下的橫向位移信息。位移傳感器則可安裝在主梁的關鍵部位，實時記錄橫向位移的變化。水準儀則可以用于監測安裝過程中主梁的水平度，確保其符合設計要求。

在具體實施過程中，需制定詳細的觀測方案。觀測點的選擇，應根據主梁的受力情況、連接部位和可能的變形區域進行合理布局。觀測頻率的設定，也需結合施工進度和環境變化，以確保在關鍵施工階段及時獲取數據。例如，在焊接和拼裝階段，由于溫度變化和焊接應力的影響，主梁的橫向位移會出現較大波動。此時應增加觀測頻率，及時調整施工方案[3]。

2.4" "高塔柱擺動觀測

在高塔柱的擺動觀測中，采用多種先進的監測技術。激光測距儀和電子水平儀常被應用于高精度的位移測量。激光測距儀可提供高精度的位移數據，實時反映高塔柱的擺動幅度和頻率。電子水平儀則可用于監測高塔柱的傾斜角度變化，為評估結構的整體穩定性提供依據[4]。

在具體實施過程中，可在高塔柱的關鍵節點安裝傳感器，包括加速度計、傾斜儀和位移傳感器，實時采集數據，以監測高塔柱在不同工況下的動態響應。對監測數據的分析，可識別出高塔柱的擺動模式，進而評估其對橋梁整體結構的影響。

在實際案例中，某鋼橋高塔柱的監測數據表明，其在強風天氣下的擺動幅度達到了設計標準的1.5倍。通過數據分析，工程師及時調整施工方案，增加高塔柱的支撐力度，從而有效降低擺動幅度，確保了施工安全。鋼橋制造與安裝中的變形監測內容如圖1所示。

3" "鋼橋制造與安裝中的變形精確調整

3.1" "制造階段的變形控制

3.1.1" "科學設計焊接節點

焊接節點的設計需要考慮多個因素，包括材料特性、受力情況、施工工藝及環境影響等。合理選擇焊接材料與方法，對焊接節點的強度和剛度進行優化設計，是控制變形的關鍵。在青龍門通航孔橋的焊接節點設計中，采用高強度鋼材與適宜的焊接工藝，有效提高了焊接接頭的承載能力，并減少了因溫度變化引起的應力集中。

在設計焊接節點時，采用有限元分析（FEA）技術進行模擬計算，預測焊接過程中的溫度場和應力場分布，進而識別可能的變形趨勢。通過調整焊接順序和焊接參數，如焊接速度、焊接電流等，在一定程度上控制焊接變形。

3.1.2" "合理選用焊接方法

在選擇焊接方法時，應綜合考慮材料特性、結構形式、焊接工藝以及現場條件等多個因素。對于鋼橋結構，常見的焊接方法包括氣體保護焊、埋弧焊機和TIG焊等。氣體保護焊由于其靈活性和適應性，適合于各種工件的焊接，尤其是在復雜的焊接位置上表現出色。埋弧焊則適用于大厚度的焊接，焊接效率高，適合于大規模生產和現場焊接，但對焊接工藝和設備要求較高。

在青龍門通航孔橋的焊接過程中，采用埋弧焊與氣體保護焊相結合的方式，確保焊接接頭的質量，同時有效控制焊接變形。例如，在焊接主梁時，合理安排焊接順序和焊接工藝參數，避免因局部加熱造成的結構扭曲。焊接過程中，采用預熱和后熱處理，降低焊接過程中因溫度變化導致的應力集中，從而減少了焊接變形。

3.1.3" "焊接變形預測與預變形技術應用

在焊接變形的預測方面，采用有限元分析（FEA）等數值模擬技術，可較為準確地評估焊接過程中可能出現的變形情況。通過建立焊接過程的數值模型，模擬焊接熱輸入、熱傳導、材料流動等復雜物理過程，進而預測焊接后的變形趨勢。例如，在青龍門通航孔橋的焊接過程中，對焊接工序的模擬，發現主梁在焊接完成后會出現局部隆起和扭曲。利用這一預測結果，工程團隊在實際焊接前制定針對性的預變形措施。

同時預變形技術也是應對焊接變形的有效手段，對結構施加適當的預應力筋，調整構件的位置，可抵消焊接過程中產生的變形。例如，在焊接前對主梁進行適當的機械預彎，在焊接后便可形成較小的殘余變形。具體而言，青龍門通航孔橋的施工團隊在進行主梁焊接前，首先通過調節支撐點的位置和高度，對主梁進行預彎處理，以確保焊接完成后能夠達到設計的幾何形狀。此外，焊接過程中，采用適當的焊接順序和焊接工藝也能有效降低焊接變形的風險。

3.1.4" "焊接變形矯正

3.1.4.1" "預熱與后熱處理

在焊接前對焊接部位進行預熱，降低材料的溫度梯度，從而減少焊接過程中產生的熱應力。此外，焊接后進行適當的熱處理，有助于消除焊接應力和降低變形程度。

3.1.4.2" "焊接順序與工藝優化

合理規劃焊接順序，可有效減少焊接變形。例如，采用對稱焊接方式，或者分段焊接、交替焊接等工藝，使熱輸入均勻分布，降低局部區域的熱應力，進而減少變形。此外，選擇合適的焊接材料和焊接工藝參數，也是影響焊接變形的重要因素。

3.1.4.3" "采取機械矯正方法

在焊接完成后，針對已經產生的變形，可使用機械設備進行矯正。例如，采用液壓千斤頂、矯正機等設備，施加一定的力來調整變形部位，使其恢復到設計狀態。這種方法適用于較大的變形量，快速有效地進行調整。

3.2" "安裝階段的變形調整

3.2.1" "精確測量與定位

精確測量與定位是確保橋梁結構整體性和安全性的核心環節，旨在確保各構件的準確位置和姿態，從而有效控制安裝過程中的變形。采用現代測量技術，如全站儀、激光掃描和全球定位系統（GPS），可實現對橋梁各部分的實時監測。建立三維模型，結合實際測量數據，可以對橋梁的安裝位置進行精確校正。

青龍門通航孔橋的建設項目采用激光測量技術，在安裝過程中應用激光設備，使得每一根鋼梁的定位誤差控制在毫米級別。測量人員將激光束投射到待安裝的構件上，實時獲取數據，快速反饋并調整構件位置，不僅提高了安裝精度，同時也顯著縮短了施工周期。

在定位過程中，還需考慮橋梁各部分的相對位置關系。通過建立坐標系，確定各構件的基準點，確保各部分在安裝時遵循設計要求。例如，在青龍門通航孔橋的安裝中，嚴格按照設計圖紙設定的基準點進行測量，確保每個構件的安裝位置與設計一致，有效避免因測量誤差導致的整體結構偏差。

3.2.2" "水平調整與垂直調整

水平調整主要針對橋梁的橫向位置進行控制。安裝過程中，采用高精度的測量儀器，如全站儀、激光水平儀等，實時監測橋梁各個關鍵點的水平位置。對比設計數據與實際測量數據，及時發現并糾正偏差。例如在青龍門通航孔橋的安裝過程中，工作人員在測量過程中，發現主橋的某一段偏離了設計水平面約2cm。調整支架的高度和位置，結合臨時支撐措施，確保主橋在安裝過程中始終保持在設計范圍內，不僅有助于提高橋梁的安裝精度，也為后續的焊接和固定工作奠定了基礎。

垂直調整則關注于橋梁的豎向位置控制，確保橋梁各個部分的垂直度符合設計要求。通常采用水準儀進行測量，確保橋梁的標高與設計值一致。在實際操作中，施工人員需根據測量結果對支撐架進行微調，確保橋梁在安裝后的狀態能滿足設計的強度與穩定性要求。例如，在青龍門通航孔橋的某一段安裝中，因地基沉降導致橋梁某一端的標高偏低。調整支撐架的高度，結合垂直測量，確保橋梁整體的水平與垂直狀態都達到設計標準，有效避免了因安裝不當造成的后續應力集中及結構損壞風險。

3.2.3" "實時監測與調整

實時監測系統通常由多種傳感器組成，如位移傳感器、應變計和加速度計等。這些傳感器能實時收集橋梁結構在安裝過程中的變形、應力和位移信息。例如，在青龍門通航孔橋的安裝階段，安裝團隊部署光纖傳感器網絡，以便在整個安裝過程中監測主梁的溫度變化和變形情況。這不僅提供了高精度的數據，還能在發生異常時及時發出警報，確保施工人員能夠迅速采取措施。

在數據收集后，利用數據分析系統對實時監測數據進行處理和分析，生成變形趨勢圖和應力分布圖，可幫助工程師直觀地觀察橋梁的狀態，及時發現問題。例如，在某次安裝過程中，監測發現主梁的撓度超出設計標準，工程師迅速調整支撐系統的位置，成功減少主梁的變形，確保結構的穩定性。在青龍門通航孔橋的施工中，結合監測數據的實時分析，降低了手動檢查的頻率，從而節省大量的人力資源和時間。

4" "結束語

在鋼橋制造與安裝的復雜過程中，變形監測與精確調整技術，作為保障橋梁結構安全與質量的關鍵環節，其重要性不言而喻。鋼橋制造與安裝中的變形監測與精確調整，是一項復雜而重要的工作，在未來的工程實踐中，需積極探索更多創新性的技術和方法，推動鋼橋建設事業不斷發展。

參考文獻

[1] 楊三強，孫恒飛，劉娜，等.基于位移與內應力監測的鋼橋拱肋受力變形[J].江蘇大學學報（自然科學版），2019，40（6）：740-744.

[2] 曲揚，劉智勇，馬懷章，等.鋼桁架橋整體移運復位施工過程模擬與監測[J].建筑施工，2021，43（7）：1320-1323.

[3] 杜洋華，羅宇，趙晟，等.基于固有應變的舊鋼橋加固焊接應力和變形分析[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2024，47（7）：1003-1008.

[4] 鄒蘭林，吳耀輝，周興林，等.鋼橋腹板間隙出平面變形影響因素敏感性分析[J].機械設計與制造，2021（3）：136-139.