周琪

摘要：當(dāng)前，大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工過(guò)程中，主要采用開(kāi)環(huán)控制法調(diào)整施工誤差，由于該方法忽略了每個(gè)節(jié)段自身的幾何特征，導(dǎo)致吊裝完成后的橋梁變形較為嚴(yán)重。因此，文章以珠江三角洲西岸地區(qū)一項(xiàng)全長(zhǎng)為50 km的大橋工程為研究背景，設(shè)計(jì)基于幾何狀態(tài)分析的大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝技術(shù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中首先參考溫差和施工受力引起的支座偏移量，計(jì)算鋼箱連續(xù)梁吊裝施工位置；其次依托幾何狀態(tài)分析原理確定每個(gè)節(jié)段的幾何特征，結(jié)合線形設(shè)計(jì)要求的預(yù)拱度，設(shè)置各節(jié)段的幾何控制線形，降低施工誤差；最后從橋梁一端開(kāi)始應(yīng)用鋼絲繩捆綁式起吊法，將大片段梁體放置在合適位置，完成鋼箱連續(xù)梁吊裝施工。通過(guò)對(duì)吊裝施工完成后的橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)可知：大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁最大累計(jì)變形值為22.05 mm，符合橋梁施工質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：幾何狀態(tài)分析；大節(jié)段吊裝；鋼箱連續(xù)梁；預(yù)拱度；線形控制；支架

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.21? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1674-0688（2023）02-0051-04

0 引言

交通是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展背景下，公路與城市道路建設(shè)工程越來(lái)越受到重視，其中橋梁工程的設(shè)計(jì)水平及施工技術(shù)也在快速發(fā)展，而橋跨箱形截面形式也成為最常用的橋梁結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出抗彎剛度大、自重輕等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，為了滿(mǎn)足不斷提升的鋼箱施工要求，鋼箱連續(xù)梁施工技術(shù)得到不斷更新，基于橋面吊機(jī)實(shí)現(xiàn)的小節(jié)段懸臂拼裝技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用［1］，但該技術(shù)應(yīng)用在斜拉橋等特殊施工時(shí)，無(wú)法主動(dòng)調(diào)整鋼箱連續(xù)梁橋節(jié)段的標(biāo)高誤差［2］，最終導(dǎo)致施工橋梁變形較為嚴(yán)重。隨著吊裝機(jī)械設(shè)備技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)一種大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，可以更好地調(diào)整施工誤差，大大提升了鋼箱連續(xù)梁的施工質(zhì)量。

目前，大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工技術(shù)包括頂推法、分段吊裝法、轉(zhuǎn)體法等多種類(lèi)型，具體的安裝技術(shù)選擇需要根據(jù)場(chǎng)地、工程進(jìn)度等要求確定。本文選取一座全長(zhǎng)接近50 km的橋梁工程作為研究對(duì)象，以加強(qiáng)吊裝施工主梁結(jié)構(gòu)的安全性為目標(biāo)，提出在傳統(tǒng)的吊裝施工過(guò)程中融入幾何狀態(tài)分析方法而形成一種新型吊裝技術(shù)，可以更好地控制施工線形誤差。

1 工程概況

本研究選定的橋梁施工工程位于珠江三角洲西岸地區(qū)，該橋梁的建設(shè)對(duì)促進(jìn)該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。經(jīng)過(guò)調(diào)查可知，該工程橋梁的全長(zhǎng)和主體工程長(zhǎng)度分別為50 km和30 km，橋梁主體工程區(qū)段采用連續(xù)鋼箱梁體系。結(jié)合施工區(qū)域的交通需求和橋梁建設(shè)預(yù)算，確定該橋梁結(jié)構(gòu)為6 ×110 m的六跨梁結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用正交異性板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頂板。從整體上看，鋼箱梁的尺寸為33.1 m×4.5 m，其截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該鋼箱連續(xù)梁包括頂板、橫肋板、底板等多個(gè)組成結(jié)構(gòu)。不同梁段的厚度存在差異，要實(shí)現(xiàn)橋面頂板的鋪裝厚度滿(mǎn)足統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，就需要在大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工過(guò)程中應(yīng)用上緣對(duì)齊的方式進(jìn)行對(duì)接處理。

采用大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝技術(shù)進(jìn)行鋼箱梁制造，需要經(jīng)過(guò)板單元生產(chǎn)、小節(jié)段制作與大節(jié)段拼裝3個(gè)前期環(huán)節(jié)。在大節(jié)段拼裝處理完成后，通過(guò)吊裝設(shè)備將鋼箱連續(xù)梁大節(jié)段吊放至合理區(qū)域。本研究選定的橋梁施工工程的吊裝施工主要包括20個(gè)步驟，每個(gè)步驟的工況描述見(jiàn)表1。

從表1中可以看到，為了輔助大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工，本次施工現(xiàn)場(chǎng)存在7個(gè)固定支座，主要負(fù)責(zé)吊裝支撐和精確調(diào)位；吊裝施工工況包括6個(gè)跨越單元，每個(gè)吊裝跨越單元安裝后，都需要與前一個(gè)跨越單元進(jìn)行焊接處理。在上述工程背景下，本研究提出一種結(jié)合幾何狀態(tài)分析方法進(jìn)行大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工的技術(shù)。

2 大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工工藝

2.1 確定鋼箱連續(xù)梁吊裝位置

施工位置的確定是大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工的基礎(chǔ)，考慮到目標(biāo)橋梁工程的跨數(shù)較多，整個(gè)吊裝梁體會(huì)受到施工受力和環(huán)境溫度的共同影響［3］，出現(xiàn)明顯的收縮變形，從而導(dǎo)致橋墩支座出現(xiàn)一定程度的位移。因此，在上部吊裝結(jié)構(gòu)位置定位過(guò)程中，需要考慮支座的縱向偏移量，確定合理的吊裝位置。

通過(guò)對(duì)橋墩支座定位流程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其縱向位移主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面，分別是支座體系轉(zhuǎn)換前和支座體系轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的位移量。前者產(chǎn)生的原因是梁體從臨時(shí)支座上轉(zhuǎn)移到永久支座時(shí)，會(huì)隨著底板的移動(dòng)發(fā)生偏移。后者也可以稱(chēng)為支座相對(duì)變形，產(chǎn)生的原因是永久支座的底板受到巨大壓力出現(xiàn)變形情況，從而引起縱向偏移。在實(shí)際吊裝施工過(guò)程中，溫差和施工受力都會(huì)引起兩個(gè)方面支座偏移量的變化。其中，溫差引起的支座偏移量可以表示如下：

[ΔLa=s×Δa×L]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

公式（1）中，[Δa]表示計(jì)算溫差，[a]表示溫度，[s]表示鋼材線膨脹系數(shù)，[L]表示固定支座與計(jì)算點(diǎn)之間的距離，[ΔL]表示支座偏移量。偏移量計(jì)算過(guò)程中，需要注意固定支座的轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)槊恳淮无D(zhuǎn)換都會(huì)引起固定支座與計(jì)算點(diǎn)之間的距離發(fā)生變化。

大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁在受力狀態(tài)下，中性軸的長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化，以此作為基準(zhǔn)點(diǎn)，輔助后續(xù)線形控制參數(shù)的計(jì)算。但是，鋼箱連續(xù)梁底板的長(zhǎng)度會(huì)受到受力情況的影響而出現(xiàn)變化，下緣平均應(yīng)力引起的支座偏移量計(jì)算公式如下：

[ΔLδ=k=1mδQ×Rk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

公式（2）中，[δ]表示下緣平均應(yīng)力，[k]表示受力單元，[m]表示吊裝施工工程包含的受力單元總數(shù)量，[Q]表示當(dāng)前支座與固定支座之間單元個(gè)數(shù)，[R]表示單元長(zhǎng)度。

綜合溫差和受力兩個(gè)方面因素計(jì)算出整體支座偏移量，確定落梁支座中心線、墩頂支座中心線之間的最優(yōu)距離如下：

[?=-（ΔLa+ΔLδ）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

公式（3）中，[?]表示墩頂支座與落梁支座中心線之間的距離。以當(dāng)前墩頂支座的中心線為基準(zhǔn)線，結(jié)合公式（3）的計(jì)算結(jié)果，定位落梁支座中心線，在該中心線上開(kāi)始大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)布置吊裝設(shè)備

確定吊梁施工位置后，根據(jù)構(gòu)件重量、吊裝高度、施工環(huán)境等多項(xiàng)條件，定義大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工設(shè)備參數(shù)。為了提升吊裝施工速度，本研究提出在吊裝施工場(chǎng)所內(nèi)布置2臺(tái)吊裝機(jī)械，將整個(gè)橋梁施工區(qū)段劃分為7個(gè)分段，同步開(kāi)展大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝工作。吊裝設(shè)備的具體參數(shù)見(jiàn)表2。

在目標(biāo)施工區(qū)域內(nèi)選擇合適的吊點(diǎn)，并對(duì)吊點(diǎn)區(qū)域的地基進(jìn)行處理，確保吊裝施工過(guò)程中吊裝機(jī)械可以發(fā)揮更大的作用。此外，使用吊車(chē)進(jìn)行吊裝處理后，設(shè)置外側(cè)腹板作為吊車(chē)支腿受力的最遠(yuǎn)范圍。為了避免集中荷載對(duì)吊點(diǎn)區(qū)域的地基造成破壞導(dǎo)致設(shè)備側(cè)翻，進(jìn)而損害起吊中的大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，要求吊車(chē)起吊前在吊車(chē)支腿下方墊合格枕木，實(shí)現(xiàn)支腿集中荷載的分散處理，確保吊裝作業(yè)安全可靠。

本研究選定的橋梁工程鋼箱連續(xù)梁區(qū)段較長(zhǎng)，吊裝施工模式適合選擇分段吊裝法，即吊裝安裝機(jī)械時(shí)，每個(gè)分段點(diǎn)分別搭建臨時(shí)支撐支架和操作平臺(tái)，輔助拱架與拉索的吊裝。搭建吊裝臨時(shí)支撐支架時(shí)，為了保證其牢固性，采用4根底端固定在錨樁上的直徑為19.05 mm的鋼絲繩進(jìn)行斜拉固定處理，避免出現(xiàn)支架偏斜情況。除鋼結(jié)構(gòu)外，吊裝臨時(shí)支撐支架還包含一個(gè)厚度為30 cm的混凝土底板，在實(shí)際操作過(guò)程中，需要先將支架的主肢穿過(guò)箱梁上方的孔洞，吊裝施工完成后，填充混凝土。此外，兩節(jié)段的鋼箱連續(xù)梁吊裝與安裝結(jié)束后，可以在箱梁翼緣板處布置一個(gè)腳手架，從而得到穩(wěn)定性較高的臨時(shí)支撐架。

考慮到重量較大的鋼架運(yùn)輸難度較大，本研究提出使用平板拖車(chē)作為運(yùn)輸工具，將其轉(zhuǎn)移到吊裝施工區(qū)域。同時(shí)，為了避免運(yùn)輸過(guò)程中鋼架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形問(wèn)題，需要在結(jié)構(gòu)下方添加一些胎具，減緩運(yùn)輸途中的顛簸。運(yùn)送到目的地的鋼架由現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行整理和組裝，等待后續(xù)吊裝處理。

2.3 設(shè)置各節(jié)段幾何控制線形

2.3.1 參數(shù)設(shè)置

鋼箱連續(xù)梁吊裝施工的關(guān)鍵在于幾何線形控制，其作用是對(duì)吊裝施工誤差進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，有助于建設(shè)出符合質(zhì)量要求的吊裝施工節(jié)段。本次吊裝施工應(yīng)用了幾何狀態(tài)分析方法，分析當(dāng)前鋼箱連續(xù)梁吊裝現(xiàn)場(chǎng)的幾何特征，從而確定當(dāng)前幾何線形參數(shù)，根據(jù)參數(shù)設(shè)置吊裝施工幾何控制線形，使幾何線形不斷靠近設(shè)計(jì)要求，達(dá)到調(diào)整吊裝施工誤差的目的。幾何控制線形的設(shè)置需要以前期定義的預(yù)拱度為基礎(chǔ)，在吊裝施工正式開(kāi)始之前，針對(duì)不同的吊裝分段，分別定義符合線形設(shè)計(jì)要求的預(yù)拱度，輔助大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁的連接。本次參數(shù)設(shè)置應(yīng)用了梁?jiǎn)卧Ｐ头治?，獲取橋梁累計(jì)變形的1/2活載變形，作為預(yù)拱度設(shè)置結(jié)果。

2.3.2 參數(shù)采集

吊裝施工幾何線形參數(shù)的設(shè)置，需要從大節(jié)段制作環(huán)節(jié)入手，根據(jù)小節(jié)段兩端標(biāo)高，確定每個(gè)小節(jié)段的相對(duì)里程與高程，與相對(duì)預(yù)拱度相加后得出相對(duì)高程計(jì)算結(jié)果，將此結(jié)果作為無(wú)應(yīng)力下料參數(shù)。大節(jié)段的幾何形態(tài)測(cè)量，需要通過(guò)紅外測(cè)距儀、精密水準(zhǔn)儀等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。其中，標(biāo)高需要用高精度的電子水準(zhǔn)儀測(cè)量獲得，角度需要通過(guò)傾角儀進(jìn)行測(cè)量，其他幾何參數(shù)則需要采用全站儀測(cè)量獲取。根據(jù)上述采集參數(shù)，可以確定當(dāng)前鋼箱梁制造的幾何線形特點(diǎn)，參考大節(jié)段吊裝施工要求，確定每個(gè)分段的幾何控制線形。

2.3.3 確定幾何控制線形

幾何控制線形確定后，設(shè)置控制點(diǎn)為底板中心，根據(jù)幾何關(guān)系確定頂板修正量，完成大節(jié)段預(yù)制處理。將預(yù)制處理后的大節(jié)段鋼箱通過(guò)吊裝設(shè)備轉(zhuǎn)移到臨時(shí)支座上，觀察鋼箱梁的自重變形特點(diǎn)，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的安裝幾何控制線形，及時(shí)調(diào)整吊裝施工的線形偏差，確保鋼箱連續(xù)梁安裝后，生成符合線形要求的大跨度橋梁。大節(jié)段吊裝施工幾何控制線形的確定，需要考慮豎曲線的預(yù)拱度，以及當(dāng)前施工工況的位移，通過(guò)“以直代曲”的方式，制作預(yù)制鋼箱連續(xù)梁。以頂板的中心點(diǎn)作為核心，向四周合理布置測(cè)點(diǎn)，確定大節(jié)段制造線形（如圖2所示）。

除此之外，由于大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁的吊裝安裝需要對(duì)相鄰節(jié)段進(jìn)行焊接合攏，因此吊裝施工必然會(huì)存在梁端轉(zhuǎn)角，而轉(zhuǎn)角的取值也會(huì)對(duì)最終施工效果產(chǎn)生影響。本次施工應(yīng)用幾何狀態(tài)分析算法對(duì)梁端轉(zhuǎn)角進(jìn)行深入分析，確定轉(zhuǎn)角的幾何控制線形，確保相鄰的鋼箱連續(xù)梁可以平順地完成連接。

2.4 完成大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工

2.4.1 拉索安裝

吊裝施工的實(shí)現(xiàn)，在很大程度上依靠拉索，本次施工過(guò)程中為了保證拉索具有較強(qiáng)的承重能力，采用符合低松弛鋼絞線要求的鋼絞線作為吊裝拉索基礎(chǔ)材料，并在絞線和錨具表面分別涂抹一層環(huán)氧涂層。將拉索安裝到吊裝設(shè)備上，設(shè)置拉索長(zhǎng)度為5 m，傾斜角度為85°。為了保證吊裝施工的順利進(jìn)行，主梁吊裝施工共使用了14根拉索，所有拉索的主梁端連接叉耳式錨板，便于掛索安裝。前期處理階段已經(jīng)將吊裝設(shè)備布置到施工現(xiàn)場(chǎng)的合適位置，在拉索安裝階段，只需要在設(shè)備的上、下預(yù)埋處分別添加一個(gè)導(dǎo)向裝置，將拉索的牽引鋼絲繩穿過(guò)導(dǎo)向裝置，形成一個(gè)循環(huán)牽引力結(jié)構(gòu)。

2.4.2 吊裝施工

按照上述幾何控制線形設(shè)置結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)吊裝設(shè)備的輔助下，從橋梁一端開(kāi)始進(jìn)行吊裝施工。首先，應(yīng)用鋼絲繩捆綁式起吊法，通過(guò)吊車(chē)將施工材料吊到彈性中心位置以上的吊點(diǎn)位置，結(jié)合大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁分段吊裝長(zhǎng)度，獲取不同節(jié)段的矢跨比。通常，吊點(diǎn)位置的選取應(yīng)滿(mǎn)足彎矩最小、負(fù)彎矩絕對(duì)值相等的要求，本次施工過(guò)程中，在忽略吊裝材料曲率的情況下，將該材料視為直梁。通過(guò)吊車(chē)上的鋼筋拉起大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁，按照一次運(yùn)輸一個(gè)拱段的運(yùn)輸計(jì)劃，將其放置到預(yù)先搭建的兩個(gè)臨時(shí)支撐支架上。

吊梁施工操作是整個(gè)大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。為了保證梁體安放位置合理，可以在兩個(gè)臨時(shí)支撐支架上分別放置定位件和千斤頂，用于判斷當(dāng)前吊裝位置是否合理，并進(jìn)行調(diào)整。所有鋼箱連續(xù)梁吊裝結(jié)束后，依次進(jìn)行焊接處理，最后撤去吊裝設(shè)備，對(duì)吊裝就位效果進(jìn)行檢驗(yàn)，符合施工質(zhì)量要求后，可以拆除臨時(shí)支撐架。

3 吊裝施工結(jié)果分析

為了證明應(yīng)用幾何狀態(tài)分析后，大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝的施工效果更佳，在吊裝施工完成一段時(shí)間后，對(duì)該施工橋梁進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果生成的累計(jì)變形曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，吊裝施工后大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁的累計(jì)變形呈現(xiàn)出中間大兩側(cè)小的規(guī)律。其中，最大累計(jì)變形值為22.05 mm，出現(xiàn)在跨中區(qū)域，明顯小于預(yù)期設(shè)定的大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁變形值50 mm，表明幾何狀態(tài)分析下的吊裝技術(shù)具有良好的應(yīng)用性能。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化交通領(lǐng)域的發(fā)展，推動(dòng)了大跨度橋梁事業(yè)的發(fā)展。本文以珠江三角洲西岸地區(qū)一座大橋工程為研究對(duì)象，引入幾何狀態(tài)分析方法進(jìn)行大節(jié)段鋼箱連續(xù)梁吊裝施工。應(yīng)用該吊裝施工技術(shù)后，從最終施工效果可以看出，橋梁一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)變形值較低，有效地提升了橋梁施工質(zhì)量。

5 參考文獻(xiàn)

［1］宋斌. 跨高速公路低高度敞開(kāi)式鋼桁架梁大節(jié)段安裝施工技術(shù)［J］.安徽建筑，2020，27（4）：73-74.

［2］李德昆. 舟山新城大橋提籃式鋼箱系桿大節(jié)段拱肋整體吊裝［J］. 上海建設(shè)科技，2021（4）：46-48.

［3］曾祥福. 高墩鋼混組合梁無(wú)支架大節(jié)段吊裝及橋面施工技術(shù)［J］. 城市建筑，2020，17（18）：163-165.