五跨連續110m鋼箱梁制造與施工監測控制要點研究

鄒曉琴

（江西建設職業技術學院管理工程系，江西 南昌 330200）

0 引言

連續鋼箱梁橋結合了箱型截面以及鋼鐵材料的優勢，目前已有廣泛應用。大跨度連續鋼箱梁橋的施工方法有整體吊裝法、頂推法、懸臂拼裝法等，需根據結構特點、現場條件、施工技術、經濟條件、環境允許、工期預算等具體優選。隨著大型浮吊的發展，在寬闊水域、大江或海上，大節段吊裝法已體現出安全、高效、質量佳等諸多優勢而被廣泛采用[1-3]。另一方面，也存在由于線形多控制難度大、溫度影響大、對箱梁的制造精度要求高、對起重設備的要求高、大節段位置調整難度大等難點，給施工控制帶來較大難度[4-7]。本文以跨海交通泄洪區非通航孔采用5×110m 連續鋼箱梁橋為背景工程進行具體研究，根據研究獲得的控制數據，分析制造與施工過程監測控制要點，其經驗可為類似工程施工控制提供參考。

1 工程概況

跨海交通泄洪區非通航孔采用5×110m 連續鋼箱梁橋。橋面縱坡為2.0%。平面線形含圓弧、緩和曲線、直線：自起始里程K25+908 至圓緩點（YH）K25+923.090 段位于半徑R=3000m 的圓曲線上，自圓緩點（YH）K25+923.090 至緩直點（HZ）K26+263.090 段為緩和曲線段，其余梁段位于直線上。立面和平面布置分別如圖1、圖2所示。

圖1 立面布置圖

圖2 平面布置圖

橫斷面采用整墩分幅布置，橋面總寬40.5m，橋梁中心線處梁縫寬0.5m，單幅橋寬20m。左幅橋面橫坡2.5%，截面中心線處梁高約4m。左幅平曲線部分區段設置橋面超高：自起始里程K25+908 至K25+925 橫坡-2.5%，K25+925～K26+165區段為超高變化段，橫坡由-2.5%線性變化至2.5%；其余橫坡2.5%。超高區段橫斷面參數設置方法為：以設計高程點處為旋轉軸，頂板隨路線橫坡變化，底板保持水平，調整腹板高度以及橫隔板的相關尺寸。鋼箱梁橋面超高示意圖如圖3所示。

圖3 鋼箱梁橋面超高示意圖

鋼箱梁首先在工廠進行小節段制造，小節段標準長度10m。為減少現場焊接工作量，加快施工進度，鋼箱梁架設采用大節段吊裝方案。小節段在工廠拼接為吊裝大節段，其長度見圖1 所示，首節133.5m，第2、3、4 節110m，末節86.5m。大節段采用浮吊架設，現場連接借助臨時調位裝置和臨時牛腿完成。

2 有限元模型的建立

利用軟件MIDAS Civil建立施工過程有限元模型，計算分析鋼箱梁無應力制造線形、大節段安裝線形、支座預偏量、大節段臨時匹配時的梁端轉角等。鋼主梁均采用空間梁單元模擬，單幅共計單元412個，計算模型如圖4所示。全橋施工工況共劃分為11個階段，各施工階段劃分、工作內容見表1。

表1 施工階段劃分表

圖4 單幅計算模型示意圖

3 無應力制造線形

3.1 預拱度

根據有限元模型計算結果確定五跨連續110m橋鋼箱梁制造線形設置原則：

（1）平面上，按照設計平曲線作為最終鋼箱梁平面制造線形；

（2）高程上，豎曲線設預拱，預拱度為施工預拱度（恒載位移反向值）與成橋預拱度（1/2 車道活載位移反向值）之和，即在設計豎曲線的基礎上疊加預拱度作為豎向制造線形。

左、右幅預拱度示意圖分別如圖5、圖6 所示，從圖中可見，首跨鋼箱梁最大預拱度相差約5cm，橋面超高對預拱度的影響較大，不可忽略。

圖5 左幅預拱度示意圖

圖6 右幅預拱度示意圖

3.2 鋼箱梁制造控制要點研究

3.2.1 平面制造線形

五跨連續110m 鋼箱梁橋梁中心線最小半徑為3000m，標準節段長度10m，弓高小于4mm；為簡化施工，平曲線范圍內的節段采用梯形，如圖7所示。具體原則如下：在橋梁中心線上，按照理論間距沿其法線方向布置節段劃分線；在每個節段內，梁段中心線和邊緣線用直線代替曲線；橫隔板、橫肋板保持中心位置不變，垂直于梁段中心線設置。

圖7 右幅鋼箱梁節段平面制造線形示意圖

3.2.2 立面制造線形

如圖8所示，為簡化施工，在箱梁中心線所在的豎直面內，一個端面與頂、底板垂直，節段立面為直角梯形[8]。對于設置了橋面超高的左幅鋼箱梁，為確保節段軸線連續，軸線選取所有節段的平均中性軸，本橋取值h=2.5m。依據軸線設計長度和軸線節點處的預拱度，可由幾何關系得出圖示的節段非直角端端面與底板的夾角β、頂板長度Ls、底板長度Lx。

圖8 立面梁段參數與劃分形狀示意圖

特別注意：采用大節段吊裝方案，單幅鋼箱梁的兩端面成橋后均應處于鉛垂面，大節段間端面應確保節段順利連接，故圖8所示梁端面與底板的夾角不適用于大節段的起始端面和末尾端面。吊裝大節段的起始端面和末尾端面與底板的夾角β如圖9所示，其取值由有限元模型相關結果確定，見表2所示。

表2 吊裝大節段端面角β

圖9 吊裝大節段端面角β示意圖

4 施工監測控制要點

橋平面線形復雜且含有橋面超高區段，鋼箱梁采用大節段制造、吊裝、架設、拼裝施工，空間效應較明顯；從施工監控的角度，一方面應建立空間模型，詳細模擬施工過程，通過空間有限元模型計算給出鋼箱梁節段的無應力線形和拼裝線形；另一方面，對施工全過程進行監測和監控，做好反饋分析和系統識別，確定結構的實際狀態，對結構狀態偏離進行預警、分析和優化調整。經建模分析和研究計算，確定主要監測控制內容有：

（1）鋼箱梁節段無應力參數。鋼箱梁制造過程中，及時獲取主梁的實際重量，做好鋼梁的預拼裝線形驗收，從而根據制造誤差確定現場調節措施。

（2）鋼箱梁安裝線形。在大節段吊裝就位后，對鋼箱梁縱橋向線形進行測量，以評估鋼箱梁撓度誤差。測試截面為鋼箱梁小節段兩端靠近端部處的橫隔板或橫肋位置，測點布置在待測截面中腹板對應的頂板位置，一個斷面布設2個監測點。

（3）鋼箱梁大節段端面轉角。大節段吊裝就位后，對大節段端面轉角進行測量，測點應布置在端面中腹板對應的頂板和底板位置，一個斷面布設4個監測點。

（4）主梁關鍵截面應力。根據大節段吊裝的施工方案，選擇前3跨的跨中截面、吊點截面作為關鍵截面，測點布置在頂板和底板上。測點從梁廠鋼箱梁制作開始埋設，測試一直持續到全橋施工完成。

（5）鋼箱梁溫度場。線形、應力測量的同時，對鋼箱梁的溫度場進行測量，獲取溫度對線形、應力的影響規律，為后續控制提供依據；典型天氣下，對鋼箱梁的溫度場進行測量，獲取典型天氣下鋼箱梁的溫度場規律，為后續控制提供依據。選擇跨中及大節段端面附近作為測試端面，測點布置在頂板、底板、腹板及加勁肋上。

5 結束語

對跨海交通泄洪區非通航孔采用5×110m 連續鋼箱梁橋制造及施工全過程監控進行研究，通過MIDAS Civil有限元軟件計算分析，總結出五跨連續箱梁從制造到架設精準施工全過程的監測控制要點：

（1）由于橋面超高的設置，兩幅鋼箱梁預拱度最大差值約5cm，橋面超高對預拱度的影響較大、不可忽略。

（2）考慮到本橋平曲線半徑最小值為3000m，標準節段長度10m，平曲線范圍內的節段采用梯形。

（3）依據軸線設計長度和軸線節點處的預拱度，可以確定節段立面線形，其內部節段為直角梯形，大節段起始端面和末尾端面與底板的夾角須單獨給定。

（4）應選擇鋼箱梁節段無應力參數、安裝線形、大節段端面轉角、關鍵截面應力及溫度場等作為施工控制時重點監測對象。