大跨度变截面钢箱梁的分段与预拱度控制

大跨度变截面钢箱梁的分段与预拱度控制

田菥

四川阳安交通投资有限公司、简阳蜀弘实业有限责任公司

摘要：钢箱梁在路桥工程中应用十分广泛，具有跨度大、可靠性高、施工便捷等特点。但由于不同路桥工程工况不同，同时受吊装设备及钢箱梁自身受力变形等因素影响，需合理分段及科学拼装，保证钢箱梁施工质量。本研究探讨大跨度变截面钢箱梁的分段及预拱度控制措施，为控制钢箱梁施工质量奠定坚实的基础。

关键词：钢箱梁；分段；预拱度；大跨度

钢箱梁施工技术是桥梁施工中一种常见的技术，它采用钢材等材料制成的箱形结构，用于承受桥梁荷载，同时抵抗外界风荷载、震荡等因素的影响。该技术是指将钢箱梁定位和固定在桥墩上，并将相邻的钢箱梁进行连接，然后进行张拉、灌浆和安装桥面板等工序来完成桥梁施工的过程。在施工的过程中，需要注意施工现场的平整和准确的测量，同时确保钢箱梁的强度和稳定性，以保障桥梁的安全和稳定运行。

1 工程概况

某跨河大桥全长2.26km，共有十六联，新建桥梁宽度为13.20m。本工程采用钻孔灌注桩施工技术进行基础施工，桥梁下部结构为桩柱式墩与肋板式桥台；桥梁上部结构为钢箱梁以及装配式预应力混凝土连续箱梁。钢箱梁全部采用单向双式闭合截面结构，顶板宽度为13m,底板宽度为9m，悬臂长度为2.2m。钢箱梁内部常规横隔板间距设计为2.8m，如果横隔板间距比2m大，为了保证桥梁结构的稳定性在横隔板中心腹板位置加设竖向加劲肋。从整体上来看，本桥梁工程钢箱梁支座采用径向布置的方式，约束方向与路线中线的法向与切线相同。

2 大跨度变截面钢箱梁分段设计

本工程第四联钢箱梁选用材质为Q345qD板，与路桥结构梁要求相符。钢箱梁顶板与底板钢板厚度设计为16mm，腹板径向加劲肋设计为180mm×14mm，常规横隔板厚度设计为14mm，腹板钢板厚度设计为14mm。此外，端支点位置的横隔板厚度比常规横隔板厚度厚6mm，顶部U型加劲肋设计为8mm，底部设计为6mm。该跨钢箱梁总重量为415t。钢箱梁分段设计中需将减少焊接数量作为基础原则，也要将运输成本、吊装难度等纳入考量范围。本工程钢箱梁横截面共分为三个节段，各个阶段的宽度在4.3m以内，长度需要设置在16.8m以内。三个节段极限重量设定在41t以上。这样设计的目的是方便构件运输及吊装。钢箱梁在工厂中完成制作，并进行预拼装，同时在构件底部基层涂抹防腐油漆。构件通过大型运输车辆运送到施工现场，通过吊装与焊接的方式完成施工。本工程第四联大跨度钢箱梁纵向设计为五个分段，横向设计为三个分段，共有十五个单元。分段时需不可与轮迹线相连，方便构件吊装。

3 大跨度变截面钢箱梁预拱度控制

3.1 预拱度分析

钢箱梁预拱度指的是在预应力张拉之前，由于钢箱梁受到自重和混凝土浇筑温度等原因所产生的初始变形，导致形成的曲率。预拱度的目的是通过采用适当的预应力张拉技术，使钢箱梁在荷载作用下达到预期的满足设计要求的曲率。钢箱梁预拱度的设计需要考虑多种因素，如变截面钢箱梁的结构形式、荷载情况、材料性质等，同时还必须满足相关的强度、刚度、位移等要求，并且具有足够的施工可行性。本工程对钢箱梁进行预拱度分析时结合软件模拟计算出钢结构分块参数。钢箱梁在厂内加工过程中需依照预拱度参数制造，施工阶段需严格按照该参数施工，确保桥梁拱度满足要求。

3.2 施工阶段预拱度控制

钢箱梁施工阶段需结合模型设计预拱度数值，并计算出各排支架的不同节段钢箱梁支撑位置的标准高度。依托支架横梁顶面长度设计钢管，并对间距进行调整，让其满足设计高程。单节钢箱梁各侧布置2个临时支点。在吊装过程中，本工程需从北向南开始，参照第一个节段钢箱梁位置确定后续钢箱梁点位。吊装顺序是先箱室后挑臂，吊装是采用横向从中间向两边吊装的模式。

针对接口的匹配问题，建议采用粗匹配方式，不断调整钢箱梁线性，确保其处于中心轴线位置。施工过程中，各个节段的钢箱梁顶面利用全站仪画出纵线与横线。吊装过程中，借助观测定位控制点位的方式保证钢箱梁位置准确，需控制好梁段斜度和高度，让其和顶板中轴线处于持平状态。接口匹配中，前个节段与后个节段顶板的U型肋对其，梁段底板位置缝隙宽度极限值控制在8mm以内。除此之外，可采用千斤顶优化腹板状态，让其处于平衡状态。当构件平稳后松钩，避免构件塌落威胁施工人员生命安全。

针对接口精度的调整可采用千斤顶调整节段标准高度与预拱度。变截面钢箱梁中存在多个接口，在施工过程中，为了保证接口位置的精确控制，在变截面钢箱梁的接口处设置标志或者钢板隔墙，以便施工人员在铺设预应力筋束时能够准确确认接口位置。在调整过程中应将从弱到强作为基本原则，也就是先调整腹板与顶板交界位置的距离，随后调整接口位置的距离，固定过程中采用码板压平处理。完成钢箱梁定位滞后，应结合施工标准做好对缝口处理。对于那些未达到指定要求的缝口应在第一时间修正，确保缝口满足要求。

本工程在钢箱梁焊接施工中可能存在应力变形的问题。为了解决这一问题，借助软件模拟安装过程，明确焊接工艺和具体的焊接次序。一是做好焊接试验，可以结合超声波检测制定焊接工艺；二是结合钢桥弯矩图，明确顶板与底板的压力与拉力分布情况。本工程对受拉焊缝先焊接，受压焊缝后焊接。对接焊缝先焊接，T型焊缝与角焊缝后焊接。此外，焊接接头位置打底班风焊接后，应将码板割除，随后开始后续焊接。

4 质量控制措施

4.1 节段与预拱度质量控制

在变截面钢箱梁的分段施工过程中，需合理设计节段，同时要采取适当的措施来控制预拱度，以满足设计要求。分段方案的设计中，需要根据实际情况合理划分分段方案，考虑到构件的形状、尺寸和施工现场的情况等，以确保梁体在分段过程中不出现过大变形，影响整体预拱度的控制。节段设计中需注重段与段之间的衔接，在各段之间的衔接处，需要严格控制接口位置，并采用合适的拼接方式进行衔接，从而有效防止钢箱梁在连接处出现裂缝、位移等问题。钢箱梁施工阶段易出现钢板弯曲的问题，在施工过程中，可以通过施加压力、弯曲等方式来实现钢箱梁的拱度控制。施工过程中需要配备挂测、振动传感器等现场监控设备，及时掌握钢箱梁的实际变形情况，对预拱度展平偏差及时进行调整。也可以增加支撑、采取变截面形状等措施对预拱度进行控制。

4.2 焊接变形的控制

在变截面钢箱梁的分段施工和预拱度控制中，焊接变形的控制也是非常关键的一步。因为变形过大不仅会影响钢梁的施工进度，还会影响梁体的质量和稳定性。首先，需控制变形方向。在焊接前，需要预计焊接后的变形，合理设计焊接顺序和方法，控制变形方向，使变形能够逐渐趋于平衡。其次，可以采用智能焊接技术。通过计算机监测焊接变形的大小和方向，并根据预先制定的算法，进行精准控制，可以在一定程度上减小焊接变形的影响。其三，应科学选择恰当的强制约束力。通过采用专门的夹具或者千斤顶等工具，在焊接过程中施加适当的强制约束力来控制变形，保证焊接的质量和稳定性。其四，可利用调整松弛法。焊接完成后再进行补救。通过调整弛放焊接点的位置，使变形位移发生在松弛点上，达到修复的目的。

4.3 钢结构节段吊装中线型调整

钢结构阶段吊装阶段小节段线型的调整可借助千斤顶固定钢箱梁顶面。针对没有腹板的节段，其在运输过程中需结合型钢或者是槽钢临时支撑，避免钢箱梁出现变形的问题。依托早中晚不同温度条件下的拼装测量，了解温度和桥梁线型之间的关系，避免施工过程中受温度影响。

5结语

钢箱梁节段设计与制造及运输有着极为紧密的关联，应从大小、重量、结构等方面进行控制，以此方便后期焊接。钢结构线型控制包含制造及安装阶段预拱度叠加，尤其是横隔板位置应保证放样的准确性。通过合理设计节段及控制预拱度保证桥梁工程的有序开展，同时也提升桥梁质量。

参考文献：

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