雙層鋼桁架橋頂推滑移合龍施工關(guān)鍵影響因素分析

摘要 采用滑移頂推施工的雙層鋼桁架，在合龍施工時(shí)受溫度效應(yīng)影響較為顯著。文章以某市政雙層鋼桁架橋?yàn)槔瑢淆埱按蠊?jié)段間的合龍接縫間距隨溫度的變化情況進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測，分析了合龍口上、下層隨溫度的變化規(guī)律，探討了環(huán)境溫度對合龍施工的影響，指出了施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，并提出了相應(yīng)的解決思路，為同類型橋梁施工積累工程經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 鋼桁架橋；頂推施工；溫度效應(yīng)；合龍控制

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2025）05-0155-03

0 引言

鋼桁架橋在市政橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛，具有跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)。雙層鋼桁架橋因構(gòu)件多、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜等特點(diǎn)，對施工精度提出了較高要求[1]。作為鋼桁架橋施工的關(guān)鍵工況，焊接合龍順利與否決定了鋼桁架橋施工的成敗[2]。合龍施工時(shí)存在諸多影響因素，如焊縫收縮、溫度效應(yīng)、臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)變形等。溫度變化容易引起合龍施工中的結(jié)構(gòu)變形，其帶來的影響需重點(diǎn)考慮，否則會(huì)導(dǎo)致橋梁無法順利合龍，產(chǎn)生溫度次內(nèi)力[3]，影響橋梁后續(xù)運(yùn)營過程中的受力性能。

1 工程概況

某市政橋梁采用雙層四跨的連續(xù)鋼桁架體系，主橋全長260 m，跨徑布置為50 m+80 m+80 m+50 m，主桁采用“V”形，桁架間距為10 m，等高布置，桁高為7.7 m。

鋼桁梁采用“液壓頂推滑移”施工方法，底部設(shè)置鋼管樁臨時(shí)滑移支撐體系，滑移梁上方通常鋪設(shè)滑移軌道。在南北兩岸滑移拼裝平臺(tái)上，將構(gòu)件拼裝成滑移單元后向中間頂推。全橋共劃分為27個(gè)節(jié)段，南岸側(cè)14個(gè)（ZSE1～SE14），北岸側(cè)13個(gè)（YSE13～YSE1）。鋼梁不設(shè)合龍段，兩岸拼裝完成的大節(jié)段滑移就位后，在中墩頂大里程方向2.75 m處（SE14節(jié)段）設(shè)置焊接合龍口。合龍工況為該橋的關(guān)鍵工況，需全面考慮合龍階段的影響因素，確保合龍滿足要求。

2 合龍工況影響因素分析

該橋?yàn)殡p層鋼桁架結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)件多、尺寸大、結(jié)構(gòu)剛度大及對接口多等特點(diǎn)，合龍難度較大[4]。根據(jù)同類型橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，影響合龍的因素主要為環(huán)境溫差與焊縫收縮。該橋設(shè)計(jì)階段考慮焊接收縮的影響，僅設(shè)置1個(gè)對接環(huán)口，焊前使用約束較大的碼板進(jìn)行碼縫處理，合龍口焊縫收縮影響可忽略不計(jì)，因此可認(rèn)為該橋合龍的主要影響因素為溫度效應(yīng)。

鋼桁架下層沿全橋均勻設(shè)置滑靴。在焊接合龍前，南岸大節(jié)段在中墩（P3#墩）頂處設(shè)置固定滑靴，限制其自由滑動(dòng)，但溫度效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致該梁段在另一端發(fā)生伸縮。北岸大節(jié)段不設(shè)置固定滑靴，兩端可自由變形，如圖1所示。ΔP表示設(shè)置在北岸大節(jié)段端部的15 cm配切段。

鋼管樁臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，豎向變形可忽略不計(jì)。理想狀態(tài)下，合龍前處于滑軌上的南、北兩大節(jié)段鋼桁梁均為無應(yīng)力狀態(tài)。鋼桁梁隨溫度變化引起的伸縮變形，將在溫度恢復(fù)后消除。然而，由于上下層所處的日照條件不同，豎向上存在差異，由溫度引起的縱向伸縮變化量也必然存在差異[5]。此外，下層的滑靴與滑軌之間存在摩擦阻力，相比之下上層變形則更為自由。上述因素導(dǎo)致鋼桁梁上下層的變形并非同步，焊接合龍時(shí)需要考慮該部分不同步變形所帶來的影響。

3 溫度效應(yīng)對合龍施工的影響分析

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

合龍時(shí)間安排在2023年3月9日—3月10日夜間。合龍前南、北兩大節(jié)段的對接端口應(yīng)頂推至主墩（P3#墩）頂，預(yù)留一段合龍接縫，并合龍前對該接縫進(jìn)行連續(xù)觀測。

南岸大節(jié)段在SE14下方用滑靴固定，SE14的小懸臂段長2.75 m，溫度變化引起的伸縮量較小，可認(rèn)為合龍口的間距變化基本由北岸大節(jié)段的伸縮引起。

為全面了解合龍口接縫的間隙變化情況，在合龍口上下層橋面設(shè)置接縫測點(diǎn)。在上橋面兩側(cè)懸挑處、兩側(cè)弦桿處以及橋面中心線處各設(shè)置1組測點(diǎn)，而下橋面則在兩側(cè)弦桿處以及橋面中心線處各設(shè)置1組測點(diǎn)，共設(shè)置8組測試點(diǎn)，布置示意圖如圖2所示，采用鋼直尺測試接縫的變化量。

3.2 合龍口變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從2023年3月6日22時(shí)至3月8日24時(shí)持續(xù)監(jiān)測上下合龍口的變化情況，此時(shí)間段內(nèi)的氣溫變化為8～26℃。

（1）上橋面合龍口接縫間距數(shù)據(jù)分析

對上橋面5組接縫間距的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以8℃時(shí)的接縫間距為基礎(chǔ)，取升溫3℃（11℃）、升溫6℃（14℃）、升溫9℃（17℃）、升溫12℃（20℃）、升溫16℃（24℃）以及升溫18℃（26℃）的間距變化量進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋绫?所示。

由表1可知，上橋面總體變化趨勢為溫度升高、鋼梁伸長、接縫間距減小。同時(shí)，數(shù)據(jù)也表明，隨著溫度的升高，上橋面右側(cè)的伸長量較左側(cè)也越來越大，說明左右兩側(cè)的伸縮并不同步，且不同步的程度隨著溫度的升高不斷增大。究其原因，右側(cè)受日照直射時(shí)間更長，升溫更快，導(dǎo)致其伸長量比左側(cè)大。

（2）下橋面合龍口接縫間距數(shù)據(jù)分析

對下橋面3組接縫間距的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同樣以8℃時(shí)的接縫間距為基礎(chǔ)，取升溫3℃（11℃）、升溫6℃（14℃）、升溫9℃（17℃）、升溫11℃（19℃）、升溫14℃（22℃）以及升溫18℃（26℃）的間距變化量進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觯绫?所示。

由表2可知，下橋面總體變化趨勢與上橋面相同，均為溫度升高、鋼梁伸長、接縫間距減小。但與上橋面不同，下橋面的三組測試值隨溫度變化的數(shù)值比較接近，說明下橋面左、中、右三處的伸縮變化基本同步。

（3）上、下橋面的差異對比分析

對比上、下層橋面中心線合龍口接縫間距的變化規(guī)律，仍以8℃時(shí)的接縫間距為基礎(chǔ)，取升溫3℃（11℃）、升溫6℃（14℃）、升溫9℃（17℃）、升溫11℃（19℃）、升溫14℃（22℃）、升溫16℃（24℃）以及升溫18℃（26℃）的上、下層橋面接縫變化量進(jìn)行對比，如表3及圖3所示。

由表3及圖3可知，上、下層橋面的變化趨勢基本一致。但明顯可見，上橋面間距曲線的變化率大于下橋面，說明上橋面中心線處的接縫間距變化受溫度影響更為顯著，上、下橋面的變形并不同步，隨著溫度的升高，上、下橋面的變形差異越來越大。在焊接合龍施工前，需提前考慮這部分差異所帶來的影響[6]。

3.3 焊接合龍時(shí)機(jī)選擇與配切調(diào)整

3.3.1 焊接合龍時(shí)機(jī)選擇

通過對合龍口接縫間距的連續(xù)監(jiān)測以及數(shù)據(jù)分析，得到合龍口間距（梁段伸縮量）隨溫度變化的規(guī)律。結(jié)合天氣狀況，選擇合適的時(shí)間段進(jìn)行焊接合龍施工，可有效減小或消除因溫度帶來的影響[7]。

該橋在3月上旬開展合龍施工，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，選擇在3月9日晚間11：40開始合龍焊接施工，直至3月10日凌晨3：25完成合龍焊接，持續(xù)約4 h。在此期間氣溫變化較為平穩(wěn)，在14～17℃的范圍內(nèi)，與橋梁設(shè)計(jì)溫度（15℃）基本接近，對梁段伸縮變化量的影響小，在配切時(shí)僅考慮部分對接偏差所帶來的影響。

為達(dá)到這種理想的合龍條件，需提前安排合理的施工進(jìn)度，確保達(dá)到或者接近設(shè)計(jì)溫度時(shí)進(jìn)行焊接合龍作業(yè)，減少因溫度引起的偏差。

3.3.2 配切調(diào)整

該橋合龍是由下往上焊接施工。根據(jù)分析結(jié)論，溫度升高后的下橋面伸長量為H，而上橋面的伸長量為H+h，上橋面比下橋面的伸長量多h。h的存在可能會(huì)導(dǎo)致下橋面無法順利對接，上橋面需額外切除多余部分的量，才能保證上、下橋面均能順利對接。

根據(jù)前述分析的規(guī)律可知，隨著溫度的不斷增加，h的數(shù)值不斷變大。對上、下橋面的兩條曲線進(jìn)行公式擬合，得到上、下橋面中心線的線性擬合公式分別如下：

上橋面：y1= -1.8 t-0.8 （1）

下橋面：y2= -0.8 t-1.5 （2）

式中，y1——上橋面伸縮值；y2——下橋面伸縮值；t——與8℃的溫度差。

夏季橋址環(huán)境的最高氣溫可達(dá)38℃，按照擬合公式計(jì)算不同步的變形值為y1-y2=-54.8 mm-（-25.5mm） =

-29.3 mm。為保證上、下橋面都能順利對接，上橋面需考慮切除該部分的偏差量。

在實(shí)際情況下，一般不會(huì)在極端高溫的情況下進(jìn)行焊接施工，但很可能在非設(shè)計(jì)溫度下進(jìn)行焊接合龍。此時(shí)，就需考慮上述不同步變形的影響，對梁段配切量進(jìn)行調(diào)整。按照該文的設(shè)計(jì)思路，應(yīng)在合龍前3～5 d內(nèi)開展連續(xù)監(jiān)測，根據(jù)實(shí)測結(jié)果計(jì)算偏差h，給出上、下橋面的合適配切量，以確保在高溫狀況下順利合龍[8]。

當(dāng)溫度較低時(shí)，上、下橋面的不同步變形程度減小。若在冬季焊接合龍，則需根據(jù)上、下橋面的對接情況適當(dāng)考慮部分的配切量，確保上、下橋面順利對接即可。

4 結(jié)論

該文以某市政雙層鋼桁架橋?yàn)橐劳校治龊淆埵┕さ年P(guān)鍵影響因素。通過采集大量實(shí)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行研究分析，得出如下結(jié)論：采用“滑移頂推施工”的鋼桁架橋，影響合龍施工的關(guān)鍵因素是溫度變化引起的上、下層橋面不同步的伸縮變形，且溫度越高、不同步程度越大。合龍施工時(shí)，需考慮消除這種不同步變形所帶來的影響。首先考慮設(shè)置合理的工期，在接近設(shè)計(jì)溫度時(shí)進(jìn)行合龍施工，以規(guī)避溫度影響。若無法規(guī)避，可按該文的思路，在合龍前對合龍口變形進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，通過分析得出變形與溫度的規(guī)律，在配切時(shí)考慮該部分的影響，對上、下層設(shè)置不同的配切量，確保順利合龍。

該文通過研究氣溫變化對合龍口變形的影響規(guī)律，指導(dǎo)鋼桁架橋焊接的合龍施工，為同類型的橋梁施工提供施工參考。

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