跨線鋼箱-混凝土疊合梁橋施工控制技術

呂穎釗，唐 熙

（1.杭州市公路管理局，浙江 杭州310030；2.浙江省交通科學研究院，浙江 杭州310006）

0 引言

鋼箱-混凝土疊合梁是通過剪力件將鋼梁與混凝土板連接起來共同受力、變形協調的一種梁，其充分利用了鋼的優越抗拉性能和混凝土的優越抗壓性能，顯著提高了梁的剛度和穩定性。鋼箱-混凝土疊合梁具有結構輕盈、跨越性強、承載力大、便于架設、造型優美等優點，已成為近年來迅速發展的一種中等跨徑橋梁結構型式[1-2]。

鑒于這種橋梁結構型式在公路跨線橋上應用并不多，各地應用情況也存在差異，因此，設計部門一般要求在鋼箱-混凝土疊合梁橋施工過程中進行監控。施工監控的目的主要有：（1）保證施工過程中橋梁結構的安全、可靠；（2）保證橋梁的成橋線形、變位以及關鍵部位的應力狀態符合設計要求。通過開展施工監控，對結構理想狀態和實際狀態差異性進行測試和分析，根據需要調整、優化施工方案，指導施工現場作業，使橋梁結構趨于理想狀態[3]。特別是在遇到危險情況時，可以及時發出預警信號。

本文結合某公路跨線鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工工序，對其線形、應力監測和結構狀態變化規律進行分析。

1 工程概況

1.1 工程背景

B匝道橋位于錢江通道及接線工程南接線段第11 施工合同段齊賢樞紐范圍內，其上跨杭甬高速公路，跨徑組合為35m+33m，橋面寬度為9.8m，梁高1.8m。主梁下部由兩片開口薄壁鋼箱梁通過橫隔板橫向連接而成，上部為25cm 厚整體現澆鋼纖維混凝土橋面板，鋼箱梁和橋面板之間通過剪力釘連接，以保證兩種材料共同受力和變形協調。中間主墩為鋼墩，內填鋼纖維混凝土，與主梁底板固結。

B匝道橋鋼箱梁的加工地點在武漢，架設地點在杭州，為方便運輸和架設，根據長度和重量要求，將鋼箱梁分為6段進行運輸、吊裝和焊接。為確保B匝道橋的順利施工，對該橋進行施工監控。

1.2 施工階段劃分

根據施工方案及現場安排，B匝道橋主要施工階段劃分如下[4-6]：

（1）安裝架設主墩，搭設臨時支墩；

（2）分段吊裝鋼箱梁；

（3）縱向焊接各段鋼箱梁；

（4）焊接橫隔板；

（5）澆筑主墩及邊支座上方箱內混凝土；

（6）拆除臨時支撐；

（7）搭設橋面板模板；

（8）第一次澆筑橋面板混凝土；

（9）第二次澆筑橋面板混凝土；

（10）邊支座頂升；

（11）邊支座安裝就位；

（12）施工防撞護欄及橋面鋪裝。

根據B匝道橋施工過程中結構體系的變化開展監控，以控制結構的穩定性、變形和應力。當發現結構可能會失穩、主梁線形較大幅度偏離階段目標、主梁應力接近或超出安全控制指標時，應暫停施工并查明原因。整個監控過程以線形監控為主、應力監控為輔。

1.3 監控截面及測點布設

（1）應力監測

根據設計和招標要求，鋼箱-混凝土疊合梁應力監控截面為每跨跨中截面和中間墩墩頂截面，如圖1所示。

圖1 應力監控截面布置圖

為了確保監測數據的可靠性，采用目前技術比較成熟的表貼式振弦應力傳感器作為應力監測設備，焊接于鋼箱梁的內側表面，每個截面設置10 個應力測點，B 匝道橋共設置30 個測點。測點布置如圖2所示。

圖2 截面應力測點布置圖

（2）變形監測

對于變形監測，每隔5m 布置一個監測斷面，每個斷面的測點在鋼箱梁架設并焊接完成后布設于鋼箱梁翼板頂部靠外側，在橋面板澆筑前后則通過在相應位置布設鋼筋頭來實現。測點布置如圖3所示。

圖3 截面變形測點布置圖

2 監控及分析

2.1 計算模型

結合工程精度要求，為便于計算，采用Midas Civil 2012有限元分析軟件進行建模分析，鋼箱-混凝土疊合梁共設置梁單元240 個，節點237 個。假定橋面板與鋼箱梁能夠共同受力和協調變形，即二者之間不發生相對滑移[7]，橋面板與鋼箱梁之間采用剛性連接模擬。計算模型如圖4、圖5所示。

圖4 全橋模型示意圖

圖5 截面模型示意圖

根據施工階段劃分及現場實際操作，鋼箱-混凝土疊合梁建模計算分為16 個工況。其中，鋼箱梁分段安裝、臨時支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升、護欄及橋面鋪裝施工為主要施工階段。限于篇幅，本文僅針對臨時支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升等3 個關鍵工序進行施工監控分析。

2.2 應力分析

橋梁采用分階段施工時結構應力一直是關注的重點，如果結構實際應力狀態與設計應力狀態不符，將造成嚴重的結構強度問題[8-9]。但是，一方面階段施工中結構應力的精確計算受到不同模擬方法的限制，另一方面結構實際應力受現場臨時荷載及環境溫度等因素影響，使得實測應力與理論應力存在一定偏差。通過現場應力監測，可及時判斷結構是否處于安全狀態，為下一步施工提供指導。關鍵工序實測應力與理論應力對比結果（以S1、S2截面為例）如圖6～圖11所示。

圖6 臨時支撐拆除后S1截面各測點應力結果

圖7 臨時支撐拆除后S2截面各測點應力結果

圖8 橋面板澆筑(分兩次澆筑)后S1截面各測點應力結果

圖9 橋面板澆筑(分兩次澆筑)后S2截面各測點應力結果

圖10 支座頂升后S1截面各測點應力結果

圖11 支座頂升后S2截面各測點應力結果

從應力監測結果可以看出：

（1）各關鍵工序下跨中（S1）和支點（S2）的應力實測值均在容許范圍之內，實測值與理論值整體變化趨勢基本吻合，說明鋼箱-混凝土疊合梁在施工過程中的截面變形均滿足平截面假定，沒有發生局部失穩現象，結構處于安全狀態。

（2）局部測點應力實測值與理論值偏差較大，這與傳感器安裝及溫度影響等有關。

（3）支座頂升工序對疊合梁中支點截面受力產生了積極的影響，不僅消除了箱梁底板大部分壓應力，還在疊合梁上部現澆橋面板內產生了一定的壓應力儲備。

（4）計算模型對梁單元作用扭矩效應考慮了彎扭耦合作用，計算結果可滿足工程精度要求。

2.3 變形分析

考慮到環境溫度對主梁變形(撓度)的影響較大，對變形測點的測量選在清晨5：00—8：00進行，此時結構正好處于夜間降溫主梁上撓變形停止和白天升溫主梁下撓變形之前，是環境溫度所致結構變形相對穩定的時段，可消除環境溫度對主梁撓度變化的大部分影響。關鍵工序實測變形與理論變形對比結果（以B1測點為例）如圖12～圖14所示。

圖12 臨時支撐拆除后各監測斷面B1測點變形結果

圖13 橋面板澆筑（分兩次澆筑）后各監測斷面B1測點變形結果

圖14 支座頂升后各監測斷面B1測點變形結果

從變形監測結果可以看出：

（1）各關鍵工序下結構實測變形與理論變形整體趨勢吻合良好，說明采用Midas 程序建模分析，計算結果在工程精度要求范圍內，滿足施工控制要求；同時，也驗證了橋梁線形的變化規律和程度基本符合設計目標；

（2）盡管在測量時間上避開了溫度較高且變化較快的時段，但是由于環境溫度對結構的影響復雜，很難完全消除其對實測變形的影響；

（3）在理論變形絕對值較小的區域，實測值有一定偏離，這與測量誤差等因素有關，屬于正常情況。

3 結語

本文通過對錢江通道及接線工程南接線段第11施工合同段齊賢樞紐跨杭甬高速B匝道鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工監控，詳細分析了在臨時支撐拆除、橋面板澆筑（分兩次澆筑）、支座頂升等3個關鍵工序下結構應力和線形的變化情況。監測數據與理論數據對比表明，該橋的應力和變形均在正常范圍之內，結構處于安全狀態。其中，支座頂升工序對疊合梁關鍵截面受力產生了積極的影響。同時，采用Midas程序建模分析，對梁單元作用扭矩效應考慮了彎扭耦合作用，對于中等跨徑的鋼箱-混凝土疊合梁橋的施工控制計算是有效的，可滿足工程精度要求。

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