鋼混結合連續梁橋施工受力與工藝研究

摘要：鋼混組合連續梁結構施工技術標準高，在進行構件加工制造和設備運輸安裝過程中，需根據組焊和分段拼裝總體方案進行工藝與施工策略優化。以懷洪新河特大橋鋼混結合梁建設工程為例，分析吊裝施工、鋼管柱支架施工、吊籃懸臂法施工組合的混合式分段吊裝施工過程中的技術關鍵點，結合預制板濕接縫拼裝工藝需求，進行簡支變連續施工工藝優化，從而降低負彎矩區橋面板的徐變開裂風險，提升梁橋結構強度與耐久性。

關鍵詞：鋼混組合梁；力學分析；分段吊裝；體系

0" "引言

同等跨度的鋼混結合連續梁橋自身質量，約為傳統橫向裝配式梁箱結構的65%，梁高約為梁箱結構的95%，需要結合橫斷面布置進行力學分析與設計優化，從而發揮組合結構的實際經濟優勢。充分考慮到彎矩區域的拉力狀態，連接件的類型和間距需要從整體構造的角度進行調整。施工過程中荷載分布與材料性能的變化，易導致結構體系影響值波動，為此通過控制施工關鍵技術精度提高工程質量演成為了主流研究思路。

本文以懷洪新河特大橋鋼混結合梁建設工程為例，分析吊裝施工、鋼管柱支架施工、吊籃懸臂法施工組合的混合式分段吊裝施工過程中的技術關鍵點，結合預制板濕接縫拼裝工藝需求，進行簡支變連續施工工藝優化，從而降低負彎矩區橋面板的徐變開裂風險，提升梁橋結構強度與耐久性。

1" "鋼混連續梁橋結構分析

1.1" "結構布置與主要設計參數

本文以新建合肥至新沂鐵路安徽段站前Ⅱ標段中的懷洪新河特大橋建設工程為例，其施工地位于安徽省蚌埠市五河縣。橋梁設計采用（76+160+76）m鋼混連續梁結構，連續梁總長313.6m，橋梁軸線與河流流向呈81°夾角，以保證良好的穩定性。其中，中跨72m橋段內包含兩個4m的鋼混結合段，整體為鋼混結合梁結構，是全橋施工質量控制的核心關鍵點[1]。

1.2" "整體設計與施工特點

鋼混結合梁由中間32m的等高結合梁、4段8m的變高鋼箱梁以及2段4m的鋼混結合段組合而成。梁體采用雙邊箱鋼箱加混凝土橋面板的結構形式，梁高在5097～6.52m范圍內，頂板寬度為12.63m，底板寬度為7.00m，既滿足了橋梁的承載需求，又優化了橋梁的流線型外觀，減少風阻，從而提高了行車的舒適性和安全性[2]。鋼混分界面箱梁截面如圖1所示。

在施工安排方面，鋼混結合段采用有格室的后承壓板形式，通過雙壁板設計內置PBL剪力板和剪力釘，形成堅固的鋼格室，并在其中填充混凝土，利用預應力短束將鋼箱梁與混凝土箱梁緊密連接，有效增強了橋梁的承載能力和抗震性能。

2" "鋼混連續梁橋全過程受力分析

2.1" "梁橋結構有限元分析

在進行工程結構分析過程中，為掌握施工進程中力學特征值變化，采用MIDAS工程建模與FEA有限元分析軟件，建立平面桿系模型。采用單元模塊分析的方式，模擬計算鋼梁的結構重心和慣性矩的分布。根據設計圖紙，建立面板與鋼梁之間的特殊連接點，通過分析剪力釘構件的受力特征計算連接剛度。

根據模型分析結果，鋼混連續梁橋結構包含360個離散點和230個節點[3]。模型分析過程中，采用標準參數進行計算取值，其中混凝土容重為25.63kN/m3，鋼梁結構的容重取值為76.60kN/m，根據當地地質研究結果，梁橋各類墩位沉降速率取15mm/a，相對空氣濕度0.79，工程設計壽命為120年。

2.2" "梁橋結構全過程受力分析

鋼梁板采購預制工廠產品，運輸到施工場地后，在總拼臺座上進行初步結構拼裝，而后轉移至臺座，采用四點支撐法擱置至預定位置點。采用濕式混凝土澆注連接，檢測連接強度達到標準值的90%以上時，處理預應力鋼束，完成組合梁的拼裝。

在進行模擬計算時，默認墩頂鋼梁采用接焊接工藝進鋼梁簡支變連續的體系轉換。鋼梁與面板組合完成后進行鋪裝等附屬設施的安裝，利用預測模型計算二恒荷載[4]。

MIDASFEA分析軟件可自動計算在預定工況下，各節點的內力與應力，其中剪力釘構件采用BEAM188梁單元模塊分析，混凝土橋面選用solid45進行形態分析，鋼梁箱采用she11163模塊分析，剪力釘采用集束式布置方式[5]。有限元分析模擬計算結果如表1所示。

2.3" "連續梁橋結構模擬結果分析

研究結果表明：在施工全過程中，集束式剪力釘布置可滿足后續整體拼裝施工要求。在施工階段，鋼梁底、頂板的最大應力小于200MPa，拉應力和壓應力均處于標準施工壓力范圍內，滿足施工規范要求。

在運營期間，組合梁受到汽車荷載的沖擊，會導致整體結構內部出現內重力分布變化。隨著混凝土收縮徐變效應增強，鋼梁的應力增長趨勢加大，通過模型模擬計算運行120年后的鋼梁底板和混凝土橋面的應力大小，發現受力性能仍能滿足運行標準要求，結構整體壽命滿足設計規范[6]。

3" "鋼混連續梁橋安裝架設技術優化

3.1" "永久支座安裝優化

完成基礎和墩身建設后，安裝永久支座和臨時支墩，進行支架現澆施工。在支座設置過程中，需要根據工程實際預留偏離量。精確計算支座的預計偏移量，有助于確定合理的支座單樁位置點，從而減小支座上鋼板的縱向偏移。支座的布置安裝設計如圖2所示。

以?L1為鋼混連續梁施工階段彈性變形、收縮徐變導致的支點處偏移量，以?L2為溫度引起的支點處偏移量。安裝過程中的環境溫度和進行灌注施工時澆注混凝土溫度存在一定的溫差，溫差會導致支座處產生縱向偏移，將其計為?T，計算公式如下：

式中：T1為施工合攏時候全天最低溫度，T2為澆注混凝土溫度。

由于溫差引起的梁體的自由伸長量以下式計算[7]：

式中：α為鋼混連續梁混凝土線膨脹系數，取值為1×105/℃；χ為計算范圍內的梁體長度，單位為m。

支點處的計算偏移量?L計算公式如下：

以項目的422#墩體為例計算，其在4至9月期間施工，支座的預計偏量為5.1mm

支座安裝工程過程中，上座板頂面高程需符合鐵路橋的驗收規定，與臨時支座頂面的高差需控制在1.5mm范圍內。

3.2" "簡支變連續技術優化

3.2.1" "梁段配切

梁端配切在橋位處進行鋼槽梁施工時，簡支變連續過程中，各環節需要根據策劃進行細致配合執行。技術人員需按施工要求，下發詳細的梁段配切指令，確定各梁段的尺寸、規格及切割要求。施工人員依據指令，在鋼槽梁材料上劃出配切線，使用專業切割設備按照預定長度進行精確切割。切割完成的梁段分批次運送至施工現場，放置在預設中轉位置上。

3.2.2" "梁段放置點位調整

施工人員根據施工平面圖及設計要求，對梁段的放置點位進行二次調整，確保它們與周邊結構或已安裝的梁段能夠準確對接。此時，對接口處的錯臺需要進行3次精確調整，使得接口平面平整無錯位，從而保證后續焊接精度[8]。

3.2.3" "梁段接口焊接與涂裝

焊接工藝和參數可參考往期工程實踐經驗，對調整好的梁段接口進行環縫焊接。焊接過程中，施工人員需定期檢查焊接質量，以保證焊縫強度符合設計要求。焊接完成后，立即對焊縫進行探傷檢測，發現并修補焊接缺陷，保證焊接質量。

焊接完成后，需對整個鋼槽梁進行整體檢驗，包括尺寸、形狀、位置以及焊縫質量，對通過檢驗的焊縫進行涂裝處理，以保護焊縫免受腐蝕。涂裝前，對焊縫表面進行徹底清潔，確保涂裝質量。

涂裝完成后，對涂裝層進行仔細檢驗，確保其厚度、均勻性及附著力等均滿足要求[9]。組合梁梁段焊縫、涂裝等工作需遵守施工手冊規定，并在特制的施工平臺上進行，從而保證施工安全性，提升施工效率。

4" "鋼混連續梁橋體系轉換技術優化

4.1" "鋼混連續梁橋體系轉換要點

項目建設鐵路橋設計采用（76+160+76）m鋼混連續梁結構，體系轉換施工工序復雜，需頻繁頂落梁。保證梁體應力可控，降低施工安全風險，是體系轉換施工研究重點。從懷洪新河特大橋鋼混連續梁橋施工特點與環境出發，負彎矩區橋面板施工過程中，采用面板滯后組合、支點位移、增加縱向鋼束布置等組合工藝，有效解決負彎矩區橋面板的開裂問題。

在組合梁頂升、頂落施工過程中，調整施工工序采用雙向監控法，實時分析頂升點的起頂量與鋼主梁應力變化。選擇鋼主梁應力實時監控數據作為主要參考標準，判斷鋼主梁應力是否超過設計容許值。

為嚴格控制組合梁頂升的同步性，工程施工過程中引入千斤頂倒項自動化控制系統，通過對應力線形動態監控，避免鋼主梁局部承壓應力超限現象發生，保障組合梁體系轉換效率[10]。

4.2" "體系轉環中的應力監測分析

應力監測過程中，首先測定鋼槽梁簡支變連續后應力，以此為標準值，分析施工頂升過程中的底板、梁的應力變化，從而判斷頂升過程中梁結構是否受到破壞。

在頂升監測過程中，組合梁的應力監測覆蓋全過程，分5個工況進行測定，提升量每增加25%進行一次數據讀取，以底板應力變化為例，監測結果如表2所示。

研究結果表明，鋼梁合龍完成后，拆除中支點水平方向臨時約束，底板應力變化的實際值與預測值偏差小于5%，預測模型精度可以滿足工程分析應用要求。根據預測模型分析結果，可反向推斷實際項目結構安全性基本可控，基本可以滿足預驗收標準。

5" "結束語

本文以懷洪新河特鐵路橋建設工程為例，針對（76+160+76）m鋼混連續梁結構施工過程，利用MIDAS工程建模與FEA有限元分析軟件進行了施工全過程受力分析。從鋼混連續梁橋安裝架設、體系轉化兩方面出發，對支座預計偏量進行計算，通過優化簡支變連續施工流程，嚴格控制體系轉換過程中組合梁頂升的同步性，有效提升了施工精度。施工過程中的應力線形監控數據顯示，施工過程中應力變化的實際值與預測值偏差小于5%，可以滿足工程分析應用要求。

參考文獻

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