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0 引言

隨著我國(guó)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，公路里程不斷增加。在修建公路的過(guò)程中為跨越山川溝谷和江河湖泊不得不修建橋梁跨越障礙物。鋼桁架梁式橋其所用材料和結(jié)構(gòu)形式大大降低了橋梁上部結(jié)構(gòu)自重，其跨越能力相比普通混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土而言顯著增強(qiáng)。鋼桁架結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、施工中工況多、施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，因此有必要對(duì)大跨徑鋼桁架連續(xù)梁橋施工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)加以分析。王銘等提出了鋼桁架連續(xù)梁橋中桁架的次應(yīng)力問(wèn)題，并提出桁架中的次應(yīng)力會(huì)影響上部結(jié)構(gòu)施工安全[1]；公新研究了桿件在不同長(zhǎng)細(xì)比下桁架中的彎矩響應(yīng)，并給出了梁式橋和拱式橋不同狀態(tài)下的彎矩響應(yīng)[2]；重慶交通大學(xué)嚴(yán)云廳利用計(jì)算機(jī)流程處理技術(shù)提出了鋼桁架連續(xù)梁橋施工流程系統(tǒng)[3]；蘭州理工大學(xué)榮子豪對(duì)鋼桁架連續(xù)梁橋進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)靜力和疲勞應(yīng)力作了實(shí)驗(yàn)研究，得到了桁架各桿件極限疲勞應(yīng)力[4]；西南交通大學(xué)諸志強(qiáng)優(yōu)化了鋼桁架梁的桁架結(jié)構(gòu)及節(jié)點(diǎn)連接方式[5]。本文以某鋼桁架連續(xù)梁橋施工為工程背景，對(duì)桁架施工中臨時(shí)支撐的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析并研究了桁架梁橋的合龍技術(shù)和施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)類似工程具有借鑒意義。

1 工程概況

某鋼桁架連續(xù)梁橋是A市環(huán)城高速中跨越既有城市道路的特大橋梁。該橋主跨為100 m+150 m+100 m=350 m鋼桁架連續(xù)梁橋，橋面寬44 m采用左右分幅的結(jié)構(gòu)模式，每幅寬度21.5 m，中央隔離帶寬1 m。

2 施工臨時(shí)支撐及合龍技術(shù)分析

對(duì)于較大跨徑鋼桁梁而言，施工中桁架梁的施工是將桁架梁分成若干榀桁架[6-7]，利用臨時(shí)支撐及吊裝設(shè)備將每榀桁架固定安裝到指定臨時(shí)支撐位置，每榀桁架在臨時(shí)支撐上進(jìn)行合龍形成整體結(jié)構(gòu)。因此施工中臨時(shí)支撐和合龍技術(shù)是大跨徑鋼桁梁橋施工的關(guān)鍵工程。

2.1 臨時(shí)支撐分析

本工程按照施工組織設(shè)計(jì)將每榀梁分為13個(gè)吊裝段落，鋼桁梁安裝在臨時(shí)支撐時(shí)呈簡(jiǎn)支狀態(tài)，整個(gè)臨時(shí)支撐體系分為17組，每組雙排共計(jì)34排，臨時(shí)支撐采用鋼管群樁基礎(chǔ)。根據(jù)臨時(shí)支架布置方式和支架類型將臨時(shí)支架分為A、B共兩種。本文采用MADIS數(shù)值模擬方法對(duì)臨時(shí)支撐體系進(jìn)行了計(jì)算分析，并根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果合理調(diào)整施工參數(shù)。

A類型臨時(shí)支架所承受鋼桁架梁自重為1 638 kN和4 133 kN，臨時(shí)支撐分配梁采用工字鋼Ⅰ45b，支撐鋼管樁采用φ720 mm×10 mm鋼管，其模擬結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 臨時(shí)支撐立柱及上部連接正應(yīng)力云圖Figure 1 Normal stress nephogram of temporary support column and upper connection

圖2 樁底反力云圖Figure 2 Nephogram of Pile Bottom Reaction

從圖1可以看出整個(gè)支撐體系立柱在鋼桁架自重作用下呈現(xiàn)受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為52.9 MPa，壓應(yīng)力在8根支架中受力并不是對(duì)稱分布的，圖中一側(cè)的4根立柱與鄰側(cè)對(duì)稱位置處相差在20 MPa左右，這是因?yàn)殡m然臨時(shí)支撐體系呈現(xiàn)對(duì)稱分布形式，但鋼桁架梁的荷載組合為非對(duì)稱形式，因此使整個(gè)臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力呈現(xiàn)非對(duì)稱性。分配梁各桿件整體受力復(fù)雜，從圖中可以發(fā)現(xiàn)桿件最大壓應(yīng)力為9 MPa，部分桿件的連接處呈受拉狀態(tài)，最大拉應(yīng)力為11 MPa，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)荷載的非對(duì)稱性和剛性連接改變了應(yīng)力傳遞方式。

從圖2可以看出樁底反力最大為1 149.3 MPa，最小為441 MPa，反力的非對(duì)稱性比較明顯，這是因?yàn)榱⒅陨硎芰Τ尸F(xiàn)非對(duì)稱性，因此立柱底部的樁底必定呈現(xiàn)一定的非對(duì)稱性。

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，臨時(shí)支撐所用材料受力均在材料的強(qiáng)度允許范圍內(nèi)，因此施工中A型臨時(shí)支撐的結(jié)構(gòu)形式和材料類型符合要求。

B類型臨時(shí)支架所承受鋼桁架梁自重為2 750 kN和1 514 kN，臨時(shí)支撐分配梁采用工字鋼Ⅰ45b，支撐鋼管樁采用φ630 mm×8 mm鋼管，其模擬結(jié)果如圖3和圖4所示。

從圖3可以看出在自重和外部荷載作用下臨時(shí)支撐桿件間以受壓為主,最大壓應(yīng)力為33 MPa，個(gè)別桿件的接頭部位出現(xiàn)拉應(yīng)力,最大拉應(yīng)力為7 MPa，由于外部荷載為非對(duì)稱荷載，因此臨時(shí)對(duì)稱結(jié)構(gòu)支撐的內(nèi)力呈現(xiàn)非對(duì)稱性。鋼管立柱的最大壓應(yīng)力為36 MPa，最低壓應(yīng)力為28 MPa。

從圖4可以看出樁底反力最大為795 MPa,最小為432 MPa，由于B型臨時(shí)支撐所受荷載是非對(duì)稱性的，因此樁底反力呈現(xiàn)一定的非對(duì)稱性。

2.2 合龍技術(shù)分析

對(duì)于大跨徑鋼桁架梁橋而言，由于其自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)自身重力大,移動(dòng)困難，因此采用分節(jié)預(yù)制安裝、現(xiàn)場(chǎng)合龍的施工方法。合龍技術(shù)的控制重點(diǎn)和難點(diǎn)是不同預(yù)制節(jié)段高程的控制[8]，本工程通過(guò)調(diào)節(jié)臨時(shí)支撐處支點(diǎn)高度和抬升系統(tǒng)達(dá)到高程控制的目的，工程施工中采用一天中溫度最低時(shí)段合龍以抵消溫度應(yīng)力對(duì)高程的影響。

圖4 樁底反力云圖Figure 4 Nephogram of Pile Bottom Reaction

本工程的合龍技術(shù)采用分步吊裝的吊裝方案。吊裝時(shí)采用兩臺(tái)吊裝設(shè)備，如圖5所示，一臺(tái)設(shè)備吊裝需要合龍的桁架若干桁片，結(jié)構(gòu)間采用臨時(shí)固結(jié)的連接方式，另一臺(tái)吊裝設(shè)備吊裝同榀其他桁片和連接桿件，待一榀所有桁片和桿件吊裝完成后將臨時(shí)固結(jié)裝置換成焊接和螺栓連接，合龍完成。

圖5 主跨合龍F(tuán)igure 5 Main span closure

合龍段精度控制通過(guò)調(diào)節(jié)100 t級(jí)液壓千斤頂實(shí)現(xiàn)。頂進(jìn)包括橫向頂進(jìn)和軸向頂進(jìn)兩個(gè)方向，橫向頂進(jìn)控制不同桁片間的連接精度，軸向頂進(jìn)控制合龍段的連接長(zhǎng)度和施工誤差。吊裝設(shè)備將桁架吊裝就位后，桁架位置精度并不能滿足安裝精度，因此必須通過(guò)頂進(jìn)設(shè)備對(duì)桁架進(jìn)行細(xì)微移動(dòng)，移動(dòng)精度以能滿足桁架間螺栓孔的連接為準(zhǔn)，液壓千斤頂在頂進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制其伸長(zhǎng)量。合龍的控制標(biāo)準(zhǔn)以桁架高程為主，臨時(shí)固結(jié)反力為輔。

3 施工監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

大跨徑橋梁在施工中為了控制施工精度，提高施工質(zhì)量往往需要進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，施工監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為了施工過(guò)程中的輔助技術(shù)[9-10]。工程重點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)位移、墩柱沉降和施工溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。

桿件內(nèi)力監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)[11]。施工中某個(gè)桿件內(nèi)力一旦超出其容許值會(huì)破壞相應(yīng)桿件，結(jié)構(gòu)的整體受力狀態(tài)出現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符現(xiàn)象。應(yīng)力監(jiān)測(cè)通過(guò)應(yīng)變傳感器，通過(guò)測(cè)量桿件的變形情況通過(guò)材料力學(xué)計(jì)算桿件內(nèi)力，傳感器技術(shù)參數(shù)如表1所示。本工程共設(shè)置測(cè)點(diǎn)250個(gè)，其中鋼結(jié)構(gòu)表面測(cè)點(diǎn)184個(gè)，其他部位測(cè)點(diǎn)66個(gè)。

表1 傳感器技術(shù)參數(shù)Table1 Technicalparametersofsensors里程靈敏度耐久性/a工作溫度/℃標(biāo)距/mm±1500με1με>3-30～120128

結(jié)構(gòu)位移主要指節(jié)段桁架平面位置和高程。對(duì)于預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)而言要嚴(yán)格控制拼裝精度，通過(guò)施工測(cè)量對(duì)高程和平面位置出現(xiàn)偏差構(gòu)件要及時(shí)糾偏，每次糾偏要控制糾偏量，提高糾偏頻率逐步糾偏。

對(duì)于結(jié)構(gòu)位移測(cè)量是通過(guò)全站儀實(shí)現(xiàn)的，全站儀技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 全站儀技術(shù)參數(shù)Table2 Technicalparametersoftotalstation測(cè)角精度測(cè)距精度1″±(1mm+10-6)

墩柱沉降觀測(cè)在施工中是比較重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，因?yàn)槎罩两挡粌H能影響上部結(jié)構(gòu)拼裝精度，更能改變上部結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。由于忽視墩柱的累計(jì)變形量在極端情況下甚至?xí)霈F(xiàn)墩柱失穩(wěn)傾斜釀造工程事故。因此要在墩柱身設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)墩柱沉降。

施工溫度監(jiān)測(cè)是對(duì)桁架及支撐架構(gòu)等關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。鋼桁架連續(xù)梁橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)施工中結(jié)構(gòu)表面的溫度差會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力，溫度應(yīng)力的存在對(duì)結(jié)構(gòu)極為不利[12]，溫度應(yīng)力過(guò)大時(shí)甚至?xí)箺U件損壞，產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，因此要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的溫度，及時(shí)消除溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

4 結(jié)論

以某鋼桁架連續(xù)梁橋?yàn)楣こ瘫尘?，利用?shù)值模擬的方法分析了施工中臨時(shí)支撐體系的受力狀態(tài)，并從工程施工質(zhì)量控制出發(fā)研究了連續(xù)梁橋的合龍技術(shù)和施工監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要得出了以下結(jié)論：

a.根據(jù)臨時(shí)支撐的受力狀態(tài)將臨時(shí)支撐分為A、B兩種類型，在非對(duì)稱荷載下臨時(shí)機(jī)構(gòu)的受力呈現(xiàn)一定的非對(duì)稱性。A型支撐分配梁最大壓應(yīng)力為9 MPa，立柱最大壓應(yīng)力為52.9 MPa，基底反力最大為1 149.3 MPa。B型支撐分配梁最大壓應(yīng)力為33 MPa，立柱最大壓應(yīng)力為36 MPa，基底反力最大為795 MPa。

b.合龍技術(shù)是連續(xù)梁橋施工關(guān)鍵工程之一，施工中要制定合理的吊裝方案、高程和平面位置控制措施，提高合龍精度。

c.施工監(jiān)測(cè)技術(shù)是施工控制的重要技術(shù)措施，要從結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)位移、墩柱沉降和施工溫度監(jiān)測(cè)等方面加強(qiáng)施工測(cè)量，確保安全施工。