摘要 為探索大跨徑鋼桁梁斜拉橋主梁合龍施工的可行思路及控制要點，文章以某跨河雙塔雙索面斜拉橋為例，結合工程實際提出頂推配切合龍方案，應用Midas Civil軟件構建該跨河橋梁實橋有限元分析模型，對各施工階段結構張拉索力、墩頂偏位、合龍對頂力等展開模擬；進而從合龍口姿態(tài)調整、合龍溫度確定、現(xiàn)場試頂及合龍施工等方面對施工控制要點進行分析探索。結果表明，采取合龍口姿態(tài)調整、外側斜拉索張拉索力優(yōu)化、合龍口溫度及坐標持續(xù)觀測、合龍段桿件配切長度確定、主梁頂推等控制措施后，此大跨徑鋼桁梁斜拉橋主梁合龍施工質量得到較好控制，合龍施工精度符合要求。

關鍵詞 跨河橋梁；主梁；合龍；施工控制；溫度效應

中圖分類號 U441文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0067-04

0 引言

鋼桁梁斜拉橋因受力形式簡單，剛度有保證，運行期間基本不會出現(xiàn)大規(guī)模徐變，維護工程量也明顯低于其余橋型，在公路橋梁結構中應用程度較為廣泛。但是，因跨越河流、山谷、溝壑等原因，此類橋型跨徑持續(xù)加大。如遇環(huán)境溫度驟變、混凝土結構收縮徐變、主梁合龍預應力鋼束荷載作用等因素的綜合作用，其結構受力、偏位等方面的累積效果便快速顯現(xiàn)。根據相關研究成果，主梁合龍期間通過向合龍口側部梁施以對頂力并提前增設墩頂偏位，能較好抵消以上不利影響。但此類結論很少得到主跨跨徑超300 m鋼桁梁斜拉橋結構的證實?；诖?，該文依托大跨徑橋梁實際，對合龍口側部梁施加對頂力，提前增設墩頂偏位等措施對此類橋梁主梁合龍施工中的應用過程及效果展開分析研究，以資借鑒。

1 工程概況

某跨河橋梁采用雙塔雙索面鋼桁梁斜拉橋結構，鋼桁梁主要采用的是增設副桁形式的板桁梁設計，其所對應的橫截面呈倒梯形狀，立面為三角形。橋塔結構則主要按混凝土結構設計。整個橋梁總共布設的鋼絲斜拉索有160根，長度位于110.89～347.97 m之間，總重量達到8.2～43.62 t。

根據類似工程施工經驗，鋼桁梁斜拉橋受力穩(wěn)定，桿件運輸和拼裝均簡便，施工快捷，在我國公路交通領域廣泛應用。與整體吊裝鋼桁梁結構相比，散件的拼裝對運輸、地形地貌要求較低。該跨河橋梁所處河道受季節(jié)性水文因素變化的影響，水深及河道寬度變幅大，無法通過水路展開鋼桁梁整節(jié)段吊裝施工。為此，按照設計要求，將鋼桁梁劃分為93個節(jié)段，借助橋面吊機拼接桿件，此后通過懸臂形式對稱吊裝；斜拉索的張拉施工則滯后1個節(jié)間展開。其中，僅在主墩前3個節(jié)間處布設支架，過渡墩結構以及輔助墩結構處的支架全部省去。待以懸臂施工形式拼裝至以上兩類墩體部位后，則借助千斤頂設備使得主桁架持續(xù)頂升，直到達到設計標高為止；隨后完成支座安裝。合龍口僅布設在中跨跨中，并按照9.7 m的標準長度控制。

2 主梁合龍方案

2.1 合龍方案設計

結合《公路斜拉橋設計規(guī)范》（JTG/T 3365-01—2020），在斜拉橋主梁所面臨的合龍施工實際溫度較大、偏離設計溫度時，常規(guī)的合龍配切便無法保證主梁合龍施工質量。而通過頂推工藝能夠克服這種實際溫度與設計溫度相差較大的情形，保證合龍效果。結合施工組織設計要求，該跨河橋梁主梁合龍安排在2022年5月，根據氣象資料，此期間工程所在地環(huán)境溫度高出設計基準溫度，兩種溫度差異造成的主梁無應力長度誤差，借助頂推修正；而懸臂梁長對應的誤差累計值則通過合龍配切修正。值得注意的是，散件拼裝合龍施工所耗費的時間長于整體吊裝合龍施工時間。為此，該跨河橋梁最終選用頂推配切工藝^[1]展開主梁中跨合龍，所涉及的關鍵施工流程包括：進行合龍段姿態(tài)調整并展開為期2 d的連續(xù)觀測，準確確定出不同桿件的配切尺寸；結合施工圖明確配切桿件栓孔位置。將千斤頂設置在7#塔梁臨時固結段，所對應的臨時約束在頂推前徹底釋放。

頂推時先展開7#塔側鋼桁梁施工，待完成合龍桿件吊裝并匹配好8#塔側主梁后，再緩慢回移7#塔側鋼桁梁。主副桁合龍任務則在栓孔重合并施打沖釘、安裝螺栓后結束。此后將塔梁臨時固結全部解除，待合龍施工結束后展開其余結構安裝。

2.2 主梁合龍控制要點

該跨河橋梁合龍施工需要應對以下要點：合龍期間斜拉橋主梁所對應的懸臂長增大，必須在綜合考慮環(huán)境溫度、載荷水平、索力影響等因素的基礎上展開合龍口位置的選??；鋼桁梁以及混凝土梁合起來的總重量比較大，這無形中增大了主梁縱向調整難度。此外，該斜拉橋主梁合龍施工期間必然涉及各種形式桿件，相鄰桿件間連接主要借助高強螺栓實現(xiàn)，可能會增大連接誤差調整難度，十分不利于合龍精度控制。最后，該橋梁所在地區(qū)氣候變幻無常，增大了合龍溫度的預測及控制難度。

3 有限元分析

3.1 模型構建

通過Midas Civil軟件構建該跨河橋梁實橋有限元分析模型^[2]，其中，主梁、橋墩和拱肋等結構全部借助梁單元展開模擬，吊索則通過受拉單元模擬。結合節(jié)段在具體施工過程中的可能布置，進行相應的結構單元劃分。此外，還應當按照固結形式連接橋墩樁基底部。按照以上思路，將分析模型共劃分成5 792個單元和3 210個節(jié)點。

3.2 模擬分析結果

3.2.1 張拉索力

為確定出最優(yōu)的斜拉索張拉施工方案，必須在主梁位于最大懸臂狀態(tài)時保證合龍口兩側主梁結構平順，塔梁臨時固結必須處于受壓狀態(tài)。結合模擬結果，為達到以上目的，1#和2#斜拉索張拉索力應控制在成橋索力理論值的80%；3～20#斜拉索實際張拉索力按成橋索力理論值的100%控制^[3]。按照以上思路控制后，合龍前主梁豎向位移模擬結果見表1。根據表中數(shù)據，按照100%的成橋索力理論值展開3～20#索一次張拉就位后，主梁合龍口豎向位移達到0.96 m，形成大角度夾角，對主梁正常合龍造成不利影響。18～20#索按優(yōu)化索力張拉就位后，主梁懸臂端豎向位移呈對稱形式，無大角度夾角形成，合龍施工條件完全具備。

3.2.2 墩頂偏位

在設計溫度下展開主梁合龍，必須充分考慮合龍段預應力鋼束可能造成的偏位以及成橋后混凝土收縮徐變^[4]。借助模型展開合龍段墩頂偏位程度的預測分析，結果見表2。表中“+”表示墩頂向主墩側的偏位，“?”表示墩頂向主墩側相反方向的偏位。

根據表中數(shù)據可知，因受到混凝土收縮徐變的作用，7#和9#墩偏位值分別為43.9 mm和51.2 mm；在張拉鋼束施工的影響下，7#和9#墩偏位依次為22 mm和24.6 mm?？梢哉f兩種作用下7#和9#墩偏位表現(xiàn)出相同的方向，且均偏向主墩側。在設計溫度下展開合龍施工時，采取相應措施將以上兩種原因造成的7#和9#墩墩頂偏位分別控制在?64.7 mm和?76.1 mm。

如果實際合龍施工溫度高出設計溫度，合龍后因溫度降低必將引發(fā)邊主墩偏移，偏移的方向必定與以上兩種作用引起的墩頂偏位向保持一致。并且，合龍施工期間實際溫度越高，這種偏位會越明顯。為此，該跨河橋梁主梁合龍施工期間的實際溫度應不超出設計溫度。

3.2.3 合龍對頂力

結合以上對合龍墩頂偏位的模擬分析結果，通過向合龍口兩端同時施加反向集中力，便可根據墩頂實際表現(xiàn)出的偏位值展開對頂力的反試算。結合氣象資料，該跨河橋梁主橋合龍過程中橋址處溫度變化幅度位于9～31 ℃之間，即使在夜間，溫度也在10～16 ℃之間變動。經過比較，最終決定在夜間1：00—6：00之間環(huán)境溫度基本穩(wěn)定在15 ℃時展開合龍。溫度變化所引起的合龍對頂力取值情況的變動見表3。

結合表中結果，若該跨河橋梁在10～11 ℃的較低溫度下合龍，相應的對頂力取21 000 kN；在合龍溫度升至12～14 ℃時，對頂力增大至25 900 kN；當合龍溫度繼續(xù)升至15～16 ℃并接近設計所要求的施工溫度時，相應節(jié)段處的對頂力取值相應增大至28 600 kN。也就是說，該斜拉橋不同橋墩處的偏位值必然隨著合龍施工過程中實際溫度值的升高而表現(xiàn)出增大趨勢，相對應的合龍段對頂力取值必定增加。

待徹底完成該斜拉橋合龍段對頂結構的鎖定操作后，其實際結構所面臨的真實受力體系也主要從原T構相應更新成多跨徑組成的連續(xù)性結構。由此所帶來溫度的大幅變化十分不利于邊墩結構以及主墩結構的受力穩(wěn)定。因該斜拉橋所在地區(qū)環(huán)境溫度變幅大，故以主梁合龍鎖定后結構溫度整體升高至35 ℃為主墩最不利受力工況。該工況下墩身應力模擬結果見表4。

根據表中模擬結果，7#墩和9#墩墩身應力均隨著合龍施工溫度的升高而減小。表明合龍鎖定狀態(tài)達到后結構溫度的改變必定影響到墩身應力取值。在各溫度水平下，墩身最大應力值均未超出施工階段控制應力值，故墩身結構受力偏安全。

4 主梁合龍施工控制

4.1 合龍段配切長度

環(huán)境溫度、桿件預制誤差等均對鋼桁梁斜拉橋懸臂拼裝施工過程存在影響，進而引起主梁合龍段長度誤差。其合龍段配切長度必須在合龍口調平，持續(xù)觀測合龍口側邊縱梁標高、施工溫度、弦桿標高、合龍口寬度并準確掌握主梁合龍口寬度變動趨勢的基礎上綜合確定，據此展開主梁懸臂施工誤差累計值修正^[5]，以確保主梁無應力長度值的可靠穩(wěn)定。

4.2 合龍口姿態(tài)調整

為了達到較好提升該大跨度斜拉橋主梁懸臂端轉角和高程匹配程度的目的，為主梁合龍后結構穩(wěn)定、線形平順提供保證，必須通過斜拉索張拉索力優(yōu)化的方式調整合龍口姿態(tài)。這種方式與常規(guī)的調索、配重相比，省去了配重工作量，幾乎不存在施工誤差對結構內力的影響；姿態(tài)調整的準備工作于合龍前展開，時間充裕。

該跨河橋梁第1～21#斜拉索張拉就位一次完成，中跨和邊跨最末端的22～24#斜拉索依次按照成橋索力的70%、60%、50%張拉，此后再進行補張拉。通過對最末端斜拉索張拉優(yōu)化結果的比較看出，其一次張拉后主梁懸臂端轉角明顯增大，顯然達不到主梁合龍后線形要求；而按照設計成橋索力的相應幅度張拉后，懸臂端轉角平順，主梁合龍精度有保證。充分表明該鋼桁梁斜拉橋懸臂施工期間，借助斜拉索張拉索力的優(yōu)化展開合龍口姿態(tài)調整的思路切實可行。

4.3 合龍溫度確定

4.3.1 合龍前溫度的連續(xù)觀測

為進行合龍段施工溫度、配切長度等參數(shù)的確定，必須在合龍前展開溫度持續(xù)觀測。在施測前，借助纜索吊機將等質量和數(shù)量的混凝土塊吊運至主跨跨中暫行堆放，以便在連續(xù)觀測時構建起與合龍施工期間相同的荷載條件，保證觀測結果的合理可靠。在以上準備工作全部完成后，對合龍口上弦桿和下弦桿相應位置螺栓孔間距、軸線、標高以及結構溫度、環(huán)境溫度等展開為期2 d的持續(xù)觀測，施測過程每間隔2 h便進行1次。具體而言，通過鋼尺和拉力計的配合測量合龍口弦桿螺栓孔距，各測點均需取得至少3組測值，取其均值。該研究僅列示持續(xù)觀測1 d的結果見圖1，其中，合龍口標高、軸線觀測時間為上午8：00至次日上午8：00；合龍口間距觀測時間為上午10：00至次日上午10：00。施測期間，環(huán)境溫度以及上、下弦桿溫度依次在15～24 ℃、12～32 ℃、10～26 ℃之間變化。

根據圖中實測結果，持續(xù)施測的1 d內合龍口標高、軸線及間距最大變幅依次為9 cm、17.6 cm、24.1 cm，環(huán)境溫度是造成這種差異的主因。合龍口標高和間距峰值均出現(xiàn)在施測當日環(huán)境溫度變化較大的6：00～8：00間。

4.3.2 合龍溫度的確定思路

合龍溫度的準確確定是后續(xù)工作的基礎，其中，將合龍段放進合龍口的溫度通常比合龍溫度高，且兩者溫度差越大越好，從而為使用高強螺栓連接側部結構預留時間^[6]。但隨著這種溫度差的增大，合龍口間距必定減小，合龍段向合龍口內下放的施工難度也隨之增加?？梢?，必須在綜合考慮合龍段下放間距及側部螺栓施工的基礎上，進行合龍段溫度的確定。

為準確確定該跨河橋梁主梁合龍施工期間的溫度，對過去10年間5月15日—5月21日期間的氣溫展開統(tǒng)計和比較，所得出的該時間段內橋址處平均溫度變化趨勢線見圖2。根據統(tǒng)計資料和趨勢線可知，橋址處環(huán)境溫度最為穩(wěn)定的時間段是0：00—7：00之間，溫度變動幅度僅為2 ℃左右，所對應的主梁合龍溫度取17 ℃，與該橋梁合龍溫度設計值最為接近?？紤]該橋梁南岸與北岸合龍段和合龍口間提前設置出3 cm和2 cm的間隙，溫度差所引起的主梁合龍口尺寸偏移量不得超出5 cm，才能保證將合龍段準確嵌進合龍口結構中。

4.4 現(xiàn)場試頂

為準確確定墩頂可能發(fā)生的偏位，對頂前展開現(xiàn)場測試，并按照設計對頂力的80%確定現(xiàn)場最大試頂力。試頂期間展開墩頂偏位和對頂力等參數(shù)值的實測，并將實測結果和模擬結果展開比較，結果見表5。根據比較結果，7#墩頂和9#墩頂偏位實測值均比理論值小，但墩頂偏位隨對頂力增大的變動趨勢基本一致。進一步計算得出，7#墩頂和9#墩頂偏位實測值和對頂力線性回歸系數(shù)位于70%～73%之間，說明結構實際剛度明顯高出理論值，必須采取有效措施相應調整墩頂偏位。

4.5 合龍施工

將7#塔位置的塔梁臨時固結解除后展開主梁頂推?？紤]邊跨索力水平分力遠超出中跨索力水平分力，所以，主梁受到不平衡索力的作用后存在向中跨偏移的趨勢。為避免發(fā)生結構縱向位移，必須使用縱向頂推系統(tǒng)并按照先中跨、后邊跨的次序進行其塔梁臨時固結約束體系的置換^[7]。

合龍施工應當選擇在20～35 ℃的環(huán)境溫度下展開，其中，7#塔位主梁向邊跨的頂推于26 ℃時展開；在頂推長度達到6 cm后即可吊裝合龍段桿件；將此類桿件吊裝至合龍口后直接連接8#塔側主桁架。該跨河橋梁上弦桿、下弦桿、腹桿、斜桿等均屬于散件拼接結構，吊裝過程復雜耗時，必須依照施工組織設計，充分借助相應吊機，在16：00至次日1：00間完成吊裝。

待連接合龍桿件和8#塔側主梁后，還應使用鋼絲繩和手動葫蘆進行合龍段主桁軸線偏位調整。主梁結構主要借助塔側所提前布置好的頂推千斤頂，持續(xù)回頂至中跨部位，待主梁合龍側弦桿以及邊縱梁完全對齊拼接板栓孔后，將事先準備好的沖釘打入，緊固連接。

待打設好該大跨度斜拉橋主梁合龍段弦桿、邊縱梁處沖釘和普通螺栓等加固性夠件后，意味著主桁和副桁合龍施工任務即將完成。此后5 h內將塔梁結構事先布置的臨時固結系統(tǒng)全部卸除，確保主梁結構能夠隨各類影響因素的改變而自由伸縮。合龍后的次日展開腹桿和橋面板的連接安裝。

采取以上控制措施后，該跨河橋梁主梁合龍后軸線及標高偏差分別達到12 mm和18 mm，完全符合精度控制及施工質量要求。

5 結論

綜上所述，該跨河大橋為大跨徑鋼桁梁斜拉橋形式，因運輸環(huán)境所限，必須展開散件懸臂拼裝施工。與整體吊裝合龍過程相比，這種散件懸臂拼裝合龍過程所涉及桿件多，拼裝煩瑣，面臨較大的施工難度。在主梁合龍施工中應用頂推配切工藝，通過合龍時間的選擇與控制、合龍口姿態(tài)的調整優(yōu)化，借助沖釘和高強螺栓一次合龍，確保了主梁合龍目標的順利實現(xiàn)。除應用以上控制技術外，還通過有限元軟件展開各施工階段精度仿真，成功保證了此大跨徑鋼桁梁斜拉橋主梁高精度合龍；其主梁合龍后軸線、標高偏差遠小于設計值，為合龍質量和橋面鋪裝施工提供了可靠保證。

參考文獻

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收稿日期：2023-09-26

作者簡介：秦平（1980—），男，本科，工程師，從事公路橋梁施工管理工作。