大跨度連續(xù)鋼箱梁斜拉橋未知系數(shù)法合龍技術(shù)

馬 良，吳 迪，于新波

（山東華鑒工程檢測有限公司，山東 濟南 250102）

引言

隨著斜拉橋跨越能力不斷提升，確保在最大懸臂狀態(tài)下主梁順利合龍成為橋梁建設(shè)的熱點問題，精確合龍涵蓋了合龍口參數(shù)敏感性分析以及誤差調(diào)整等多方面分析后的綜合考量[1-2]。

1 工程概況

某橋為雙塔雙索面五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋，主橋跨度為70.5 m+215.5 m+680 m+245.5 m+70.5 m，主橋結(jié)構(gòu)體系為支承體系（即半漂浮體系），塔墩固結(jié)，主梁在索塔及輔助墩、邊（墩）臺處設(shè)豎向支承，并在索塔與主梁之間設(shè)置橫向與縱向限位裝置。

主梁主體結(jié)構(gòu)采用正交異性橋面板流線形扁平鋼箱梁，橋梁中心線處梁高3 m，全寬（包括風嘴）28.5 m，設(shè)有雙向2%的橫坡。箱梁頂板厚一般為14 mm（最大加厚至24 mm）；底板一般厚為12 mm（最大加厚至20 mm）。頂板U 形肋高280 mm，板厚8 mm，間距600 mm；底板U 形肋高200 mm，板厚6 mm，間距640 mm。橋塔采用組合式橋塔，下部是整體箱形塔墩,上部為鉆石型鋼筋混凝土塔架，橫梁將塔柱聯(lián)成整體。橋面全寬26.5 m。主橋結(jié)構(gòu)典型斷面見圖 1、圖 2。

圖 1 主橋結(jié)構(gòu)/m

圖 2 主梁標準斷面/m

2 合龍方案

北次邊跨梁段（NHB#）合龍施工方法是先將已安裝完成的墩頂梁段（NSB15#）向邊跨側(cè)預偏，合龍段起吊安裝后，再通過三向千斤頂調(diào)節(jié)墩頂梁段的方式進行合龍。合龍施工流程：（1）墩頂托架的搭設(shè)施工以及豎向、橫向支座的安裝，支座安裝時，豎向支座的上蓋板向岸側(cè)預偏 12 cm，并將支座上下蓋板臨時固結(jié)；（2）中跨側(cè) NMB15#梁段吊裝完成后，橫向限位牛腿提前放置在墩頂上，邊跨側(cè)變幅式橋面吊機將 NSB15#梁段吊裝至 4#墩頂，并往岸側(cè)預偏 12 cm；（3）通過三向千斤頂系統(tǒng)精調(diào)梁段的軸線、高程以及里程，安裝橫向限位牛腿，同時將鋼箱梁與豎向支座上蓋板連接固定；（4）變幅式橋面吊機起吊并安裝 NHB 梁段，并根據(jù)監(jiān)控指令要求進行斜拉索索力的調(diào)整，并按照監(jiān)控指令要求在 NHB 梁段上增加適當?shù)呐渲兀唬?）施工人員站在托架上，將托架和 NHB 梁段進行斜向?qū){(diào)節(jié) NHB 梁段的軸線位置與 NSB15#梁段軸線對應；（6）利用葫蘆將 NSB15 梁段往江側(cè)回移，待合龍縫寬接近 1cm 左右時停止，并調(diào)整 NHB 梁段的標高與 NSB15#梁段匹配；（7）梁段調(diào)整到位之后，在極短的時間內(nèi)完成定位板連接并碼板焊接連接，以達到鎖定目的；（8）進行梁段的栓、焊連接，次邊跨合龍結(jié)束。

3 溫度影響分析

溫度對橋梁變形的影響不可以忽略。溫度分為兩種，一種為梯度溫度，一種為整體溫度[3-4]。鋼箱梁的梯度溫度對變形的影響較大，特別是日曬情況下，會讓主梁產(chǎn)生較大的下?lián)稀Ｕw溫度對鋼箱梁撓度影響較小，對鋼箱梁縱向伸長影響較大，鋼箱梁縱向伸長可以通過調(diào)整球形支座上下蓋板的偏移量來控制。

根據(jù)施工工期安排，NHB 和NSB15#梁段在2016 年8 月初合龍。根據(jù)合龍時間，調(diào)查當?shù)亟鼉赡甑臍鉁厍闆r（7 月15 日—8 月15 日），2015 年7月15 日—2015 年8 月15 日，夜間的最低平均氣溫為25 ℃；2014 年7 月15 日—8 月15 日，夜間的最低平均氣溫為26 ℃。據(jù)此推斷合龍時的夜間最低氣溫25 ℃概率較大。

為確保合龍準確性，表1 測量數(shù)值為合龍當天NHB 和NSB15 梁段鋼箱梁頂面的高差變化值。NSB15#梁段放置在4#墩墩頂位置，其標高不受溫度影響，高差的變化主要是由日照引起的NHB 前端的高程變化產(chǎn)生。

從表1 中數(shù)據(jù)分析可知，白天最高氣溫基本都在33 ℃以上，鋼箱梁表面溫度基本能達到60 ℃，梁底溫度約35 ℃，并且白天溫度梯度不穩(wěn)定，13：00—14：00 時段溫度梯度荷載最高。13：30鋼箱梁高差最小，但是此時溫度不夠穩(wěn)定，高差變化也較快，短時間內(nèi)實現(xiàn)鋼箱梁合龍施工難度大。22：00 后鋼箱梁頂?shù)装鍦囟然咎幱诜€(wěn)定狀態(tài)，此時鋼箱梁高差最大，約為22 ～23 cm，為了消除溫度對合龍施工節(jié)段的影響，合龍時間選擇在晚間22：00 之后。

表 1 NHB 和NSB15 梁段鋼箱梁頂面的高差變化值

4 合龍方案理論分析

斜拉橋合龍方法有壓重法和斜拉索放張法。結(jié)合工程實際情況，分別考慮兩種方法對主梁的影響。

4.1 壓重影響分析

通過有限元軟件Midas/Civil 對主梁壓重進行模擬[5]，得到壓重對合龍段高程下?lián)狭恳姳?2。

表 2 NHB 壓重影響量

可以看出，壓重重量與NHB 下?lián)狭炕境示€性關(guān)系，并且通過計算得出大約需要35 t 可以達到理想合龍狀態(tài)。

4.2 斜拉索放張影響分析

NHB 梁段拼裝完畢后，通過試算法發(fā)現(xiàn)NSC13、NSC14 號斜拉索的放張對NHB 梁段的位移變化最為明顯，通過控制變量的原則，在兩條斜拉索放張長度為10 cm 的情況下，NSC13、NSC14 對于NHB 梁段的影響情況見表3。可以看出當NSC14 放張過程中對NHB 端部影響較為明顯。

表 3 斜拉索放張與梁端下?lián)狭?/p>

4.3 未知系數(shù)分析法求解

由于實際情況限制、施工器械以及材料的堆放，無法在NHB 節(jié)段施加35 t 的配重，并且由于斜拉索放張過程對于相鄰索的內(nèi)力有較大影響，所以采用未知系數(shù)方程，通過壓重與放張NSC14 斜拉索相配合的方式完成合龍操作。

式中：a、b—未知系數(shù)；F—斜拉索放張量，cm；T—壓重，t；Δy—合龍段線形變化量，cm、rad。

根據(jù)計算需放NSC14 號斜拉索20 cm，NHB 梁端壓重9 t 左右。先進行斜拉索放張，然后進行壓重作業(yè)。通過調(diào)整，實現(xiàn)NHB 和NSB15 梁段的無應力合龍。

4.4 合龍控制效果

中跨合龍吊機拆除后，對全橋線形進行測量，測量結(jié)果顯示NHB 梁段附近實測線形和理論線形吻合較好，偏差基本都在 2 cm 之內(nèi)，且較為平順。成橋線形對比見圖3。

圖 3 梁節(jié)段高程實測值與理論值

5 結(jié)語

（1）通過對歷年溫度數(shù)據(jù)進行收集整理，并結(jié)合現(xiàn)場實測值，綜合分析后給出了邊跨適宜合龍的時間。（2）通過建立未知系數(shù)方程，通過斜拉索放張與壓重協(xié)同配合的方式，精確地指導了合龍施工的操作，并使成橋線形與理論線形吻合良好。（3）采用未知系數(shù)方程法指導施工合龍的方式，一方面減小了斜拉索放張對其余斜拉索內(nèi)力的影響，同時優(yōu)化了壓重施加過程中的吊裝過程，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。