橋梁工程梁拱組合鋼結構技術研究

吳春華

（江西通威公路建設集團有限公司，江西 贛州 341000）

0 引言

對于橋梁工程項目來說，大跨度拱梁鋼結構橋梁的建設難度較高，對于施工工藝、技術有著更高的要求，所以很多大型橋梁項目不會選擇該方式。當前在我國的橋梁工程領域，應用的主要形式是鋼桁架與鋼箱梁組合的形式。鋼箱梁結構的應用價值比較高，總體的施工效果良好，作為先進技術廣泛應用在橋梁領域，特別是在跨徑300m 以上、高度500m 以下的橋梁中，使用的范圍非常大，綜合利用價值較高。

1 工程概況

某大跨度混凝土連續橋梁處于我國南方地區，是跨越長江的重要橋梁項目，橋梁長度980m，設計為預應力混凝土箱梁剛構-懸索橋。經過對現場的調查分析發現，地質條件復雜性比較高，性能比較差，設計荷載要求比較高，是比較典型的重載交通結構形式。

2 施工難點

第一，該橋梁項目的線形剛度比較小，橋面的高度比較低，吊桿作業的難度較大；上部結構應用的是鋼混組合截面的結構形式，鋼-混凝土結構的組合部位極易發生滑移的情況，導致結構的穩定性不足，影響橋梁運行的安全性；下部結構的穩定性不足，尤其是基礎底板的厚度較小，造成橋墩底部高程發生很大變化，結構的承載性能不足；高墩橫移量較大，結構的性能和質量有著很大不足。

第二，拱腳鋼腹板的厚度比較小，開裂的問題較為常見；墩臺內部設置比較多的預埋件，性能分布不均勻，薄弱部位容易發生質量問題；有些預制箱梁存在裂縫、沉陷等嚴重的質量問題。為了處理上述各項問題，施工單位決定采用如下技術：加強結構的水平度控制，各個部位的尺寸精度合格，構造性能達標；加強模板安裝的質量管控，吊裝管理的精度合格；嚴格執行設計方案的要求，做好各種儀器的檢測和控制，性能與質量合格，且處于檢定周期內，不會出現數據偏差嚴重的問題。

第三，鋼桁梁出現較為嚴重的彎曲性，如果不能加強控制容易發生結構斷裂，甚至引發倒塌的事故問題。對于該問題來說，施工單位嚴格執行設計方案和技術標準，加強現場施工質量的監督與監測，制定合理的應對措施，并結合不同結構形式選擇合適的加固措施，提高結構的整體性能。

第四，斜拉索索力分布不均勻，有些部位承受的索力較大而發生斷裂損壞的問題，導致結構性能不合格。基于此，現場施工人員進行索力方向的調節，確保應力處于集中的范圍內，做好索力參數值的調整，并減少結構損壞的問題。同時，針對現場情況適當進行補強處理，以更好地恢復斜拉索的性能，達到橋梁正常使用的標準和要求[1]。

3 大跨度梁拱組合鋼結構技術

3.1 鋼梁的結構優化

對于橋梁單體結構形式，目前廣泛應用的是雙塔單跨預應力混凝土連續剛構橋與多塔簡支桁架加勁梁拱橋的形式。鋼梁結構是主要的組成部分，也是主要的承載結構，所以對于結構性能要求比較高。按照設計方案施工，加強各個環節的監督與管理，規避質量不足的問題。在懸臂鉆孔工作的實施中，如果直徑比較大，導致原有結構體系發生變化。要從整體橋梁的結構設計出發，分析影響的因素，并采取科學合理的應對措施，以確保基礎結構的性能合格。但是，目前我國對于該方面的研究還不夠深入，在工程領域也沒有統一的認識，應對以前研究結果全面分析，并總結經驗教訓，才能提高結構的性能和質量。

3.2 鋼箱梁施工技術

3.2.1 結構建模

根據已經掌握的數據信息建立模型，分析結構模型的特性，為現場施工效果的提升奠定基礎。首先，對各個結構尺寸展開分析，了解其所處的空間方位，并應用相應的數據模型，了解真實的工作情況。對于橋梁項目中的多截面或者小斷面的設計來說，以有限元模型分析為主，或者使用多種相似數據統計分析的結果。但是，該方式容易導致數據的精度不足，模型設計也比較復雜，無法直接反映分析的結果，給整體的應用效果帶來不利的影響。為了提高計算的精度，使得結論更具合理性，可以將其看作是近似的形式。此外，還要重視細節方面的設計，如明確荷載傳輸路徑等，以消除負面因素的干擾和影響[2]。

3.2.2 焊接作業

焊接作業關系到整體結構的性能，所以必須加強管理和控制，具體應做好如下工作：其一，準備焊接材料；其二，加熱焊接材料，做好保溫措施；其三，切割焊縫；其四，冷卻到室溫。對于不同材質的鋼筋，焊接工藝有差異，所以需要加強焊接管控。焊接后形成鋼桁梁的結構，確保焊接的質量和性能達標，以提升橋跨結構的承載性與耐久性。在現場施工中，加強溫度的控制，保持在合理的范圍內，預防發生變形或者開裂的問題，以提高施工的質量水平。執行工藝方案的要求進行混凝土結構的養護管理，預防產生凍脹裂縫的危害。將現場所需要的全部設備、管道、閥門安裝到位，結構性能和質量合格，以延長使用壽命。現場作業環節的組裝焊接極為重要，特別是大跨徑的橋梁，安裝難度較高，極易產生焊接缺陷，所以必須加強控制。

3.2.3 吊裝和運輸

除了焊接作業之外，吊裝和運輸也是不容忽視的工序。拼裝作業導致結構性能不合格，甚至會引發坍塌的事故，影響工程的質量。因此，對于現場進行全面的監控和管理，加強施工質量的監督控制，落實監控管理措施，以提升現場施工的質量水平，保證工程的質量合格。具體來說，應做好下述幾個方面的工作：一是在制作腹板、肋板時，選擇應用優質冷彎成型鋼材，厚度在20mm 以上，結構性能符合工程的使用要求。二是橫擔、縱擔應用等高線的布置方式，縱向間隔50m 以內，橫向間隔100m 以內，結構性能和質量達標。三是主梁上斜拉索進行張力控制，強度性能符合要求。四是橫梁采取局部調整的方式，受力條件在合理區間范圍內，為后續的檢修處理提供幫助與支持。五是加強橋梁尺寸的控制，并且使得塔柱高度遵循國家的標準要求。通常來說，單根塔柱高度在4m以內，雙根塔柱高度在10m 以內，多根塔柱的間隔控制在30m 以上，并保證結構部位的設計符合標準要求。六是現場施工的鋼絞線應用鍍鋅鋼絲網編制，結構強度性能合格，并且使用時加強防護管理，預防出現結構損壞的問題。七是混凝土結構的性能符合要求，抗拉強度、剛度性能達標，且可以承載地震的作用力，性能符合標準要求。

3.2.4 下段分料

加強分料過程的控制，下料量必須符合工程的施工需要，從而使得物料快速進入模具。在上模成型的環節，要確保上模位與定位板保持垂直設置，不能存在偏斜的問題，預防出現結構問題。加強拱橋的主橋以及吊籃的安裝控制，間隙尺寸符合要求，如果存在問題要及時改變和調整。同時，以設計方案為基礎設定拱圈高度，并安裝好相應的設備，對于提高工程的質量水平產生積極的作用。

3.2.5 整體組裝焊接

整體組裝焊接主要是現場工作人員根據設計方案、工藝標準要求將單一零散的部件組合焊接形成整體，以達到結構總體性能的標準要求。因為該項目采用激光焊連接工藝，焊接時人員比較少，所以施工作業的成本大幅降低。此外，與傳統的焊接工藝相比，應用激光雕刻的作業工藝質量不斷提升，且人員操作比較熟練，加快施工速度。在檢測的施工環節，先開展鋼橫梁結構的預制處理，并根據設計方案制作鋼骨架的模型，再進行鋼梁拼裝作業，從而形成整體的結構，混凝土構件的性能合格，其主要的施工優勢如下：鋼材使用量少；工期較短；施工作業安全；維護和保養成本低；環境保護效果好等[3]。

3.2.6 凈尺

整體焊接工作全部完成之后，進行表面處理工作，主要是進行油漆噴涂、拋光等，達到表面質量的要求。通常情況下涂裝開始前要進行預處理，即出油、烘干、烘烤等，以提高油漆的附著力，促進表面質量的提高。最后一道工序是表面的打磨處理，去除氧化皮，達到結構性能和質量的標準。對于凈尺面來說，最為關鍵的是毛刺的清理。凈尺時容易存在銳角，極易產生裂紋的問題，導致結構質量無法滿足要求。因此，在打磨開始前，首先要清理棱角，完成打磨處理，并確保各個部位的質量合格。為了防止劃痕產生的影響，應及時對部位進行修補處理，提高結構的質量和性能，預防出現質量問題。

3.3 支撐系統施工

支撐系統是關鍵，是主要的承載結構部分，包含鋼管柱、預制梁等結構部分，設計為連續鋼結構箱梁的形式。結合不同的使用標準要求，將其分為基礎、承重兩個部分。基礎的結構包含主框架與次框架的結構，次框架為承臺、吊籃、系帶、欄桿等，形成整體結構。橋梁的主體結構受到的荷載經過支撐部分傳輸到承重墻體內，所以該結構的施工尤為關鍵。因為結構尺寸比較大，自重也比較大，所以必須采取措施預防出現基礎下沉、塌陷等嚴重的問題，提高結構的施工整體性。同時還要分析可能產生的塌陷事故原因，如溫度、風力、降雨、雷電等，采取合理的應對措施。從整體組成結構方面進行分析，除了應該達到抗震性能的標準外，還要符合美觀、耐久性的要求。橋梁工程的主要組成結構是混凝土，發生裂縫問題，性能就會降低，所以必須加固處理。遇到塌方、滑坡等嚴重的地質災害，及時采取應對措施，預防發生更加嚴重的安全事故。當前，我國很多橋梁都會選用鋼橋基礎的結構形式，完成加固處理，分擔橋梁的荷載，達到安全性標準。因此，對橋臺以及橋墩采用加筋處理方式，促進結構承載性能的提升。因為鋼筋容易發生銹蝕的問題，影響結構的總體性能，造成力學性能下降，引發安全事故，所以必須加強鋼筋的防銹處理工作，以符合結構整體性的要求。

對于目前的橋梁支撐系統來說，塔架的形式比較多，如單塔、雙塔、多塔等結構，應用鋼管混凝土施工方式。在橋梁工程中，橋墩極為重要，是主要的支撐結構。但是在投入使用后，極易受到氣候條件因素的影響，造成結構性能的降低，需要在現場設置臨時支撐結構，達到輔助支撐的效果，預防出現鋼拱架的傾覆而產生嚴重的事故問題，保護人們的生命健康。加強支撐結構的質量控制，保持結構性能合格，規避不利因素的影響，提高橋梁的質量和安全性[4]。

3.4 吊裝工藝

結合目前橋梁工程項目的使用需要，確定鋼橫梁的直徑尺寸，優先選擇應用螺栓連接的方式，以形成整體的結構，通常應用鋼板焊接形成槽鋼方式。吊裝過程極為重要，為了達到安全性要求，起重機聯合卷揚機施工，并且達到吊裝精度的要求，符合安全、可靠性的標準。拱腳到頂部的距離設定在500mm 以內，吊裝作業流程如下：根據設計方案選擇合適的材料并進行加工處理，執行設計方案進行結構的預制，將板料安裝到軌道上，且要保證其垂直穿越拱腳到頂跨的部位上。對于大型橋梁項目來說，必須嚴格控制吊裝工藝，結構性能和尺寸合格才能符合工程的要求，加強傾斜度的控制，否則容易導致結構變形，對外觀質量產生不利的影響。施工現場如圖1所示。因此，落實現場管控，使各個結構與環節處于管控范圍內，消除負面因素的影響，促進結構總體性能的提高[5]。

圖1 吊裝現場

4 結語

綜上所述，在橋梁工程項目建設中，梁拱組合鋼結構技術較為常見，在一些復雜地形條件下的橋梁工程建設有著極為重要的作用。對于鋼結構來說，可以在工廠內加工制作，加強結構尺寸精度的控制，性能符合要求，還能提高現場施工的速度和效率，縮短項目工期，經濟效益較為明顯。因此，加強橋梁施工技術的研發和應用，實現組合鋼結構橋梁的全面控制，各項結構的性能完全達標，預防發生嚴重的質量問題，對于提高橋梁運行性能和質量具有極為重要的意義，推動我國橋梁領域的全面發展，促進交通工程項目效益全面提高。