摘 要：本文介紹了龍鳳大橋臨時(shí)施工鋼棧橋的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并采用Midas Civil對(duì)鋼棧橋進(jìn)行數(shù)值模擬分析，驗(yàn)算設(shè)計(jì)工況下工字鋼橫縱梁、分配梁及鋼管樁的受力性能，以此確定鋼棧橋的施工工藝。基于數(shù)值分析結(jié)果，對(duì)臨時(shí)鋼棧橋的承重關(guān)鍵部位布設(shè)位移測(cè)點(diǎn)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲得大跨度橋梁臨時(shí)鋼棧橋使用過(guò)程的水平位移和沉降情況變化規(guī)律，總結(jié)高可靠度和高安全度的臨時(shí)鋼棧橋施工方法，從而保障砼運(yùn)輸車作用下鋼棧橋的安全運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：大跨度橋梁；鋼棧橋；施工模擬；監(jiān)測(cè)分析

中圖分類號(hào)：U 44 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在建設(shè)跨越河流的大跨度橋梁工程中，為解決材料、設(shè)備運(yùn)輸以及人員進(jìn)出困難的問(wèn)題，建設(shè)臨時(shí)施工鋼棧橋是常用的施工方法之一[1]。然而，鋼棧橋結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，在車輛荷載作用下具有較大的動(dòng)能，因此鋼棧橋的使用過(guò)程存在較大的安全隱患[2]。結(jié)合龍鳳大橋施工過(guò)程的實(shí)際需求，采用有限元分析方法進(jìn)行臨時(shí)鋼棧橋設(shè)計(jì)，研究了適用于大跨度橋梁臨時(shí)鋼棧橋的施工和拆除工藝，同時(shí)根據(jù)鋼棧橋數(shù)值分析結(jié)果中的薄弱點(diǎn)進(jìn)行位移監(jiān)測(cè)，分析鋼棧橋在車輛荷載作用下墩臺(tái)頂部位移的變化規(guī)律，保證鋼棧橋的實(shí)時(shí)穩(wěn)定性能和鋼棧橋使用過(guò)程的可靠性。

1 鋼棧橋工程概況

龍鳳大橋位于清遠(yuǎn)市佛岡縣龍鳳新區(qū)，跨越潖江，橋長(zhǎng)250.5m、寬43.5m。為解決建橋過(guò)程的施工交通及物資調(diào)配問(wèn)題，需要搭設(shè)臨時(shí)鋼棧橋?？紤]棧橋的車輛荷載較大以及工程量使用情況，鋼棧橋采用鋼管柱結(jié)合工字鋼梁的結(jié)構(gòu)形式，基礎(chǔ)采用鋼管樁。臨時(shí)鋼棧橋長(zhǎng)度為137.8m，寬度為6.0m，頂面高程為65.09m。鋼棧橋橋址位置不要求航道通行，其設(shè)計(jì)荷載主要為施工車輛荷載，應(yīng)滿足40t砼運(yùn)輸車通行條件，設(shè)計(jì)行車速度為10km/h。

2 鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式

臨時(shí)鋼棧橋設(shè)計(jì)單跨標(biāo)準(zhǔn)跨徑5.30m，橋面凈寬6.0m，鋼棧橋結(jié)構(gòu)自上至下依次為橋面鋼板、I20a工字鋼分配梁、I32a工字鋼縱梁、2I45a工字鋼橫梁、?529mm×10mm鋼管樁、[20槽鋼橫斜聯(lián)。鋼棧橋兩頭各設(shè)置一橋臺(tái)，兩側(cè)設(shè)置防護(hù)鋼管欄桿，橋墩采用?530mm鋼管樁，每排2根，管橫向中心間距為4.0m，橫向用[20槽鋼聯(lián)接。鋼管樁頂采用斜拉桿[12槽鋼搭設(shè)，用2根I45a工字鋼相互拼焊作為橫梁，鋼棧橋上部縱梁采用14排I32a工字鋼拼裝，工字鋼間距0.45m，在I32a工字鋼縱梁上布置間距0.30m的I20a號(hào)工字鋼橫向分配梁，分配梁頂橋面采用厚8mm的花紋鋼板滿鋪而成。

3 鋼棧橋結(jié)構(gòu)模擬分析

3.1 計(jì)算模型

采用Midas Civil有限元分析軟件對(duì)臨時(shí)鋼棧橋進(jìn)行數(shù)值分析，建立實(shí)體模型如圖1所示。其中臨時(shí)鋼棧橋的鋼管樁、工字鋼橫梁、工字鋼縱梁以及工字鋼分配梁均采用空間梁?jiǎn)卧?，鋼管樁頂部和工字鋼橫梁、工字鋼縱梁、工字鋼分配梁之間采用彈性連接。鋼管樁底部的邊界條件完全固定，約束6個(gè)方向的自由度。鋼材為Q235鋼，力學(xué)參數(shù)f為215MPa，fv為125MPa。鋼棧橋車輛荷載取1.4倍的安全系數(shù)，強(qiáng)度驗(yàn)算的荷載組合為1.2自重+1.4車輛荷載，剛度驗(yàn)算的荷載組合為1.0自重+1.0車輛荷載，用均布荷載的方式將荷載施加到分配梁上。

3.2 鋼棧橋安裝過(guò)程模擬

3.2.1 I20a工字鋼分配梁驗(yàn)算

為了得到鋼棧橋橋面板、分配梁等構(gòu)件的組合應(yīng)力與剪應(yīng)力，需要對(duì)鋼棧橋各組成部件進(jìn)行內(nèi)力分析[3]，經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)混凝土運(yùn)輸車經(jīng)過(guò)棧橋時(shí)，I20a工字鋼的最大組合應(yīng)力σ為215MPa，大于68.3MPa，最大剪應(yīng)力τ為125MPa，大于20.6MPa，因此在最不利工況下，I20a工字鋼的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度滿足要求。

3.2.2 I32a工字鋼縱梁驗(yàn)算

經(jīng)過(guò)進(jìn)一步運(yùn)算分析，砼車經(jīng)過(guò)棧橋時(shí)，I32a工字鋼縱梁最大組合應(yīng)力σ為215MPa，大于89.5MPa，最大剪力τ為125MPa，大于46.9MPa，因此I32a工字鋼縱梁的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度滿足要求。

3.2.3 鋼棧橋2I45a工字鋼橫梁驗(yàn)算

經(jīng)運(yùn)算分析，運(yùn)輸車通過(guò)棧橋時(shí)，2I45a工字鋼在樁頂橫梁處產(chǎn)生最大組合應(yīng)力，計(jì)算可知，40t砼運(yùn)輸車通過(guò)棧橋時(shí)，鋼棧橋2I45a工字鋼最大組合應(yīng)力σ為215MPa，大于68.5MPa，最大剪應(yīng)力τ為125MPa，大于32.3MPa，因此鋼棧橋2I45a工字鋼的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度滿足要求。

3.2.4 鋼管樁內(nèi)力和棧橋撓度模擬結(jié)果

鋼棧橋?529mm×10mm鋼管樁埋深于卵石層中，鋼管柱入土深度不小于6m，進(jìn)入卵石層不小于1.5m。根據(jù)鋼管樁設(shè)計(jì)方案對(duì)其內(nèi)力分布及棧橋位移變形進(jìn)行模擬分析，當(dāng)砼車通過(guò)棧橋時(shí)，鋼管樁的最大壓應(yīng)力為101.3MPa，小于規(guī)范中允許的最大應(yīng)力值215MPa。鋼棧橋橋面撓度值均發(fā)生不同程度變化，其中鋼棧橋跨中位置撓度最大，為5.7mm，小于規(guī)范要求的L/400=13.25mm，滿足要求。

綜上所述，本文提出的施工方法對(duì)臨時(shí)鋼棧橋內(nèi)力和位移控制起到了較為理想的作用，即龍鳳大橋臨時(shí)鋼棧橋的設(shè)計(jì)符合承載性能要求。

4 臨時(shí)鋼棧橋關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 橋臺(tái)施工工藝

當(dāng)鋼棧橋施工時(shí)，須清除橋臺(tái)基礎(chǔ)位置的軟土，開(kāi)挖至承載力滿足要求且深度超過(guò)1m的硬底河床，棧橋兩頭各設(shè)置一個(gè)橋臺(tái)。橋臺(tái)施工完成后通過(guò)測(cè)量放樣預(yù)埋橋臺(tái)支座鋼板，橋臺(tái)采用[20槽鋼支墊，并對(duì)工字鋼縱梁采取限位措施[4]。

4.2 鋼管樁施工工藝

鋼棧橋采用振動(dòng)錘沉樁形式埋設(shè)鋼管樁，橋臺(tái)施工完成后進(jìn)行棧橋搭設(shè)，根據(jù)圖紙計(jì)算鋼管樁平面坐標(biāo)和標(biāo)高，利用全站儀和導(dǎo)向架精確定位鋼管樁位置，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果在控制點(diǎn)放置觀測(cè)點(diǎn)。鋼管樁由?529mm×10mm規(guī)格鋼管組成，利用掛車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，最大運(yùn)輸長(zhǎng)度取9.0m。

施錘過(guò)程通過(guò)測(cè)量放樣鋼管樁外圓的兩根切線，根據(jù)鋼管外圓兩處切點(diǎn)下放鋼管樁以確定樁中心位置，在樁位處橫橋向安放雙“井”字定位架，首先，采用鋼管樁及樁錘自重進(jìn)行壓樁，其次，鋼管樁下沉?xí)r同步測(cè)量樁位和傾斜度，最后，誤差過(guò)大時(shí)通過(guò)樁架調(diào)整，滿足要求即開(kāi)始錘擊。鋼管樁振動(dòng)錘型號(hào)為DZ90，通過(guò)入土深度控制鋼管樁最終樁尖標(biāo)高。鋼管樁接長(zhǎng)采用多層焊，焊接時(shí)兩鋼管接頭采用對(duì)接坡口焊，對(duì)口拼接時(shí)相鄰管節(jié)的焊縫接頭錯(cuò)開(kāi)0.5m以上，焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，焊條型號(hào)為E50X，焊接過(guò)程通過(guò)控制走向順序、焊接電流、焊縫尺寸等工藝參數(shù)，提高焊縫質(zhì)量，保證臨時(shí)鋼棧橋使用過(guò)程的耐久性能。

4.3 樁頂橫梁施工工藝

完成鋼管樁基礎(chǔ)施工后，進(jìn)行鋼棧橋橋面系施工。首先，復(fù)核鋼管樁樁頂標(biāo)高，切除超高部分鋼管樁，其次，下放橫梁至樁頂開(kāi)槽口處，用臨時(shí)牽引吊索懸掛電焊線移動(dòng)至待施工鋼管樁處，將鋼管樁與橫梁焊接，最后，進(jìn)行縱梁架設(shè)，提高棧橋整體穩(wěn)定性[5]。

在型鋼頂面鋪設(shè)貝雷片，貝雷片間距8m×0.90m。對(duì)部分貝雷梁進(jìn)行加密，采用12片貝雷片，貝雷片間距為0.45m和0.90m，組合布置。貝雷片之間采用花架固定，在架設(shè)貝雷片前，須根據(jù)施工跨徑提前組拼成形，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后由履帶現(xiàn)場(chǎng)吊裝，安裝貝雷架橫梁后，貝雷片底部與樁頂承重梁間采用槽鋼制作限位裝置連接固定，保證限位裝置與承重梁之間滿焊，角焊縫厚度不小于8mm。

4.4 棧橋拆除工藝

主橋單幅通車后，可逐孔跨拆除臨時(shí)鋼棧橋及其鋼管樁，由江中心向棧橋兩端方向由上至下逐跨拆除，采用DZJ-60振動(dòng)錘拆除鋼管樁，用25t汽車吊進(jìn)行起重吊裝作業(yè)。按照從棧橋跨中向兩端逐跨拆除順序拆除縱向分配梁及橫梁。在鋼管樁拔除過(guò)程中，利用空壓機(jī)或吸泥機(jī)在鋼管樁內(nèi)外射水或吸泥處理后，可以最大程度減少摩擦阻力，再利用50t履帶起重機(jī)或DZJ-60沉撥樁錘緩慢拔出鋼管樁。采用25t吊車在未拆除棧橋的橋面上配合人工進(jìn)行其他拆除工序，拆下的材料用平板車運(yùn)輸?shù)綐蝾^，并及時(shí)外運(yùn)。

5 鋼棧橋監(jiān)測(cè)

5.1 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

在鋼棧橋使用過(guò)程中，穩(wěn)定加載所有豎向施工荷載后，對(duì)鋼棧橋各測(cè)點(diǎn)的水平及豎向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，能夠準(zhǔn)確反映臨時(shí)鋼棧橋的受力狀態(tài)。為防止運(yùn)輸過(guò)程中車輛荷載對(duì)鋼棧橋產(chǎn)生不利影響，采用位移監(jiān)測(cè)的方法掌握運(yùn)營(yíng)期間關(guān)鍵部位的位移變形規(guī)律，分析運(yùn)輸車輛荷載及振動(dòng)荷載對(duì)鋼棧橋安全承載性能的影響[6]。根據(jù)數(shù)值分析結(jié)果在橋兩面跨中位置埋設(shè)32個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，墩臺(tái)頂部水平位移測(cè)點(diǎn)16個(gè)，墩臺(tái)沉降測(cè)點(diǎn)16個(gè)。主要監(jiān)測(cè)方法包括極坐標(biāo)法和閉合水準(zhǔn)線路法，采用索佳IM-101全站儀監(jiān)測(cè)墩臺(tái)頂部水平位移，采用索佳SDL1X電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行墩臺(tái)頂部沉降監(jiān)測(cè)。

5.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)臨時(shí)鋼棧橋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證其使用過(guò)程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及位移量滿足規(guī)范限值要求，各監(jiān)測(cè)周期測(cè)到的臨時(shí)鋼棧橋位移最大值如圖2～圖5所示。由圖2～圖3可知，隨著監(jiān)測(cè)周期增長(zhǎng)，鋼棧橋水平最大位移量幅值逐漸趨于0mm，豎向最大位移量變化趨勢(shì)逐漸趨于穩(wěn)定，表明在鋼棧橋使用過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)逐漸穩(wěn)定。由圖4～圖5可知，鋼棧橋施工過(guò)程中同步監(jiān)測(cè)到的水平和豎向累計(jì)最大位移量變化趨勢(shì)平滑穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常波動(dòng)和位移巨變的情況，實(shí)測(cè)水平累計(jì)最大位移值為6.1mm，豎向累計(jì)最大位移值為6.8mm，與理論撓度值誤差較小，且滿足規(guī)范要求的13.25mm。因此，臨時(shí)鋼棧橋的剛度符合規(guī)范要求。

通過(guò)分析各周期監(jiān)測(cè)到的鋼棧橋水平及豎向變形數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在施工過(guò)程中，位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨施工荷載的變化而變動(dòng)，水平和豎向的變形數(shù)據(jù)隨著鋼棧橋使用時(shí)間增長(zhǎng)逐漸趨于平穩(wěn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量及單次變化速率較小，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)符合施工過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的影響變化規(guī)律，表明鋼棧橋施工過(guò)程安全可控。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)仿真模擬技術(shù)對(duì)鋼棧橋進(jìn)行施工模擬分析，并監(jiān)測(cè)臨時(shí)鋼棧橋使用過(guò)程的變形情況，分析鋼棧橋橋面板、分配梁、鋼管樁等構(gòu)件的內(nèi)力和變形，得出以下結(jié)論。1）通過(guò)有限元分析，40t砼運(yùn)輸車鋼棧橋作業(yè)時(shí)，棧橋的剛度（最大撓度為5.7mm＜L/400=13.25mm）、強(qiáng)度（棧橋構(gòu)件最大應(yīng)力為101.3MPa，＜215MPa）均滿足規(guī)范要求，證明了臨時(shí)鋼棧橋設(shè)計(jì)方案的可行性。2）目前龍鳳大橋主體結(jié)構(gòu)已完成施工，本文總結(jié)的鋼棧橋施工工藝，不僅為大橋主體結(jié)構(gòu)的施工提供了可靠的運(yùn)輸通道和施工平臺(tái)，還可為其他類似工程提供借鑒。3）通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可知，鋼棧橋以承受豎向力為主，抵抗水平力較差，鋼棧橋開(kāi)始受荷階段水平位移較大，隨著貝雷梁連接越來(lái)越緊固，水平最大位移值隨時(shí)間逐漸減少趨于穩(wěn)定。通過(guò)隨時(shí)監(jiān)測(cè)棧橋運(yùn)營(yíng)狀況，發(fā)現(xiàn)施加荷載過(guò)程大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬值相差較小，說(shuō)明加載過(guò)程鋼棧橋的變形情況可控。

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