劉健文 楊靖華 中交三航局第三工程有限公司

1 工程背景

溫榆河特大橋跨機(jī)場(chǎng)北線高速公路及互通匝道采用1-（109.8+170+170+90）m預(yù)應(yīng)力混凝土V撐連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)梁全長(zhǎng)541.6m，全聯(lián)梁部共分106個(gè)節(jié)段，其中有2個(gè)邊跨現(xiàn)澆段，3個(gè)V撐現(xiàn)澆段、1個(gè)邊跨合攏段和2個(gè)中跨合攏段，V撐處現(xiàn)澆0號(hào)塊梁段長(zhǎng)43m，小里程側(cè)邊跨現(xiàn)澆節(jié)段長(zhǎng)為16.8m，大里程側(cè)邊跨現(xiàn)澆節(jié)段長(zhǎng)為6.8m，合攏段長(zhǎng)為2m，掛籃懸澆節(jié)段長(zhǎng)3.5m～4m。

2 掛籃施工技術(shù)（連續(xù)梁）的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

橋梁施工技術(shù)中的連續(xù)梁掛籃方式的顯著特點(diǎn)就是將眾多的單元集合在一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)中，這些單元就是一種種施工方案以及關(guān)鍵技術(shù)。隨著這些單元的排列組合便形成一個(gè)個(gè)特點(diǎn)迥異而又各富優(yōu)點(diǎn)的施工系統(tǒng)。這種特別的排列性質(zhì)使得掛籃式施工技術(shù)擁有了多樣性和可變性，也更加適應(yīng)于各種變化多端的地形情況。施工人員操作流程也與傳統(tǒng)的橋梁施工技術(shù)不同，他們?cè)谑┕ぶ跋葘?duì)相應(yīng)的地形情況進(jìn)行分析計(jì)算然后找到相匹配的掛籃系統(tǒng)，這種方式相較于普通橋梁建設(shè)更加有針對(duì)性，將核心部分的穩(wěn)定程度提高到了一個(gè)新的層次。

此技術(shù)按照大單元組合可分為四大類(lèi)：桁架式施工技術(shù)、斜拉式施工技術(shù)（其中包括三角斜拉式、預(yù)應(yīng)力斜拉式）、型鋼式施工技術(shù)以及混合式施工技術(shù) 四大類(lèi)。其中各類(lèi)機(jī)械設(shè)備的參數(shù)、工作方式都各不相同，都針對(duì)不同的使用場(chǎng)合有著相應(yīng)的設(shè)定。選擇鋼材的材料、質(zhì)量、成本、橋梁承重、對(duì)極端環(huán)境的抗壓能力都需按照工程設(shè)計(jì)要求確定。

3 連續(xù)梁的掛籃鐵路橋梁施工技術(shù)的重難題

鐵路施工技術(shù)中的連續(xù)梁掛籃的應(yīng)用是有著各式各樣的困難，而解決這些難題并不是一蹴而就的。我們需要一步步地深入了解難題，分類(lèi)難題，再重點(diǎn)有針對(duì)性的攻克難關(guān)。這樣才可以更加透徹地理解這種特殊的施工技術(shù)。

3.1 連續(xù)梁上掛籃的型號(hào)指定以及在構(gòu)成理解中的難題

這項(xiàng)先進(jìn)而又方便的優(yōu)秀橋梁施工技術(shù)的開(kāi)啟之門(mén)就是成功設(shè)計(jì)出合適的掛籃尺寸、掛籃材料以及質(zhì)量成本。而第一個(gè)難題便是連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)上。掛籃對(duì)于橋梁承受重量是否能夠達(dá)到鐵路設(shè)計(jì)要求起著至關(guān)重要的作用，一個(gè)失敗的掛籃設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致橋梁受重不能及時(shí)分?jǐn)偟矫恳粋€(gè)點(diǎn)，導(dǎo)致某一點(diǎn)的壓應(yīng)力過(guò)大，從而達(dá)到崩塌線（掛籃損壞失效能受到最大力的臨界點(diǎn)）使得工程失敗?，F(xiàn)如今能夠?qū)嶋H應(yīng)用的掛籃圖紙屈指可數(shù)，這便導(dǎo)致了一些應(yīng)用型掛籃設(shè)計(jì)成為主要利用對(duì)象，就像在平衡式掛籃中的三角型就因其很高的工程可靠性，成為了掛籃設(shè)計(jì)工程師眼中的熱門(mén)選擇。

掛籃設(shè)計(jì)分為一下幾個(gè)步驟。首先根據(jù)編制說(shuō)明、工程概況、工期以及施工方法要求、各種環(huán)境特點(diǎn)等指定出大體的掛籃型號(hào)。然后根據(jù)施工場(chǎng)地立體圖、材料運(yùn)輸通道及路線、原料產(chǎn)地、加工機(jī)械設(shè)施將掛籃型號(hào)具體化。最后按照施工保障、施工維護(hù)方式、與其他高新材料、高新工程施工技術(shù)匹配的要求確定最終的掛籃設(shè)計(jì)圖紙。確定設(shè)計(jì)方案之后相應(yīng)的底籃承重能力以及吊籃系統(tǒng)的優(yōu)化將以氣焊方式與之向配合。氣焊中不僅要注意焊接溫度也要將焊接距離把握精確，只有這樣才可以將掛籃與連續(xù)梁成功粘合為一個(gè)整體。為今后工程檢測(cè)打下基礎(chǔ)。

3.2 掛籃設(shè)計(jì)中的非線性數(shù)學(xué)模型的建立

在掛籃設(shè)計(jì)和分析中，首先要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。描述真正承重階段壓應(yīng)力輸入與受力分散以及內(nèi)部受力關(guān)系之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。對(duì)于要求高的施工工程要建立較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。例如可變時(shí)域中的差分方程以及相應(yīng)的框圖。建立合適、精確的數(shù)學(xué)微分方程對(duì)于吊籃系統(tǒng)分析至關(guān)重要。但建立的數(shù)學(xué)方程要滿足下列幾個(gè)要求：簡(jiǎn)單、滿足實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)及掛籃系統(tǒng)特性。這樣的數(shù)學(xué)模型的建立都要使用解析法或者實(shí)驗(yàn)法，從而無(wú)限地逼近實(shí)際工程情況。

工程數(shù)學(xué)模型都是由線性與非線性模型組合而成。其中線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析對(duì)于掛籃的工程可靠性極為重要。穩(wěn)定是掛籃的重要性能，也是它能正常運(yùn)行的首要條件。在外界輸入波動(dòng)很大的壓應(yīng)力時(shí)掛籃能否回到正常的工作狀態(tài)以及回到正常狀態(tài)的時(shí)間都是重要考察要素（即原平衡工作點(diǎn)）。

3.3 掛籃的安裝程序難題

在成功設(shè)計(jì)出掛籃受力平衡方程后剩下的就是安裝程序。這就帶來(lái)了第三個(gè)難題：我們既要考慮到工程可靠性，還要保證橋梁出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)掛籃能夠起到積極作用甚至短時(shí)間內(nèi)承受巨大應(yīng)力、從而避免大量的人力物力損失。在組件互換性與測(cè)量（機(jī)械工程必修課程）領(lǐng)域也要滿足基本的組件配合等級(jí)。

3.4 掛籃各組件間工程配合問(wèn)題

眾所周知，工程配合是工程建設(shè)領(lǐng)域永不過(guò)時(shí)的話題，也是每一個(gè)工程師的心病。在大型橋梁建設(shè)方面更是如此，巨大的加工量會(huì)導(dǎo)致加工精度很難被有效保證，各種間隙配合、過(guò)渡配合、過(guò)盈配合成為了惱人的難題。經(jīng)過(guò)了大量工程實(shí)踐之后我得出結(jié)論：在對(duì)待掛籃組件間工程配合問(wèn)題時(shí)，以過(guò)盈配合為主，極端惡劣情況下必須犧牲工程精度保證工程安全性使用過(guò)渡配合，盡量不使用間隙配合。實(shí)際制造時(shí)要滿足專(zhuān)業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)使用要求，當(dāng)然尺寸公差按照這個(gè)要求并不是一成不變，要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。而幾何公差的選擇應(yīng)根據(jù)掛籃的形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能要求、檢測(cè)可行性以及成本低廉等方面綜合考察。掛籃本身的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定了它可能的公差特征、而形狀公差特征分析必須與檢測(cè)條件相結(jié)合，對(duì)于吊籃系統(tǒng)，可用徑向全跳動(dòng)綜合控制圓柱度、同軸度。因掛籃內(nèi)部組件種類(lèi)繁多、功能各異，所以我們只有在充分明確設(shè)計(jì)要求之后才可以提出掛籃更合理、更恰當(dāng)?shù)膸缀喂钐卣鞣治觥?/p>

4 施工技術(shù)中的連續(xù)梁掛籃方式提高的關(guān)鍵步驟

就如筆者在開(kāi)始所提到的，任何工程方法如果不加以創(chuàng)新改進(jìn)都會(huì)被時(shí)代淘汰，所以為了讓連續(xù)梁掛籃施工技術(shù)更加適用于當(dāng)前以及今后的中國(guó)橋梁鐵路建設(shè)必須將其與時(shí)俱進(jìn)，提出合適準(zhǔn)確的改進(jìn)方法。筆者便將自己調(diào)查研究成果分享出來(lái)。

4.1 將施工技術(shù)的非線性控制加強(qiáng)

許多研究人員都在線性控制方面取得了長(zhǎng)足發(fā)展，筆者劍走偏鋒，重點(diǎn)在非線性控制方面進(jìn)行了探索。眾所周知線性控制技術(shù)系統(tǒng)只有一個(gè)平衡狀態(tài)，線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性即為平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性。而施工技術(shù)的非線性系統(tǒng)有著不止一個(gè)平衡狀態(tài)，非線性控制不僅與施工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，還與工程要求的基本受力要求有關(guān)，當(dāng)頻率響應(yīng)發(fā)生畸變時(shí)就必須依靠非線性控制的加強(qiáng)。

4.2 利用各種工程輔助設(shè)計(jì)制造軟件

當(dāng)今世界任何高新技術(shù)都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的輔助幫助，有的是直接參與設(shè)計(jì)，有的是輔助計(jì)算。在橋梁鐵路建設(shè)工程領(lǐng)域更是如此，例如創(chuàng)造性地將matlab自動(dòng)控制軟件引入連續(xù)掛籃施工領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)大型工程中的自動(dòng)控制，使工程精度與安全性能更上一層樓。筆者大膽猜測(cè)在未來(lái)50年后，橋梁建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)只有機(jī)械設(shè)備、計(jì)算機(jī)以及帶寬極高的網(wǎng)絡(luò)情況。機(jī)器人工作也有很大可能。再例如將掛籃等部件在solidworks、cad、caxa等工程圖學(xué)設(shè)計(jì)軟件中精密設(shè)計(jì)，再利用大型3D打印機(jī)將部件完整打印出來(lái)，既節(jié)省了人力物力，又沒(méi)有了互換性問(wèn)題。因此利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化施工技術(shù)才是未來(lái)必經(jīng)之路。

5 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代工程技術(shù)綜合應(yīng)用與施工技術(shù)中的連續(xù)梁掛籃方式是未來(lái)橋梁鐵路工程的發(fā)展金鑰匙。努力解決這些施工難題進(jìn)而利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、線性非線性控制方程來(lái)精確設(shè)計(jì)施工過(guò)程，才能合理地讓橋梁鐵路經(jīng)受極端環(huán)境考驗(yàn)、最終可靠性得到保證。