彭南越

摘要：某高速公路大橋鋼梁采用臨時支墩搭設(shè)膺架半懸臂拼裝法架設(shè)，并在中跨設(shè)置臨時桿件代替柔性吊索對拱桁進行臨時支承。文章分析了該大橋施工特點和現(xiàn)場條件，通過臨時支墩卸載和頂落梁、鋼桁拱預(yù)偏、縱移等技術(shù)措施有效消除了合龍口各位移差，確定合龍桿件按照下弦、斜桿、上弦和系桿的順序進行逐步調(diào)整和安裝，避免不同位移調(diào)整措施之間的相互影響，使鋼桁拱按照設(shè)計無應(yīng)力長度進行順利精確合龍，最大程度減少大噸位鋼桁拱在頂落梁和縱移等重大工序上的工作量，確保了大橋架設(shè)精度和結(jié)構(gòu)受力安全。

關(guān)鍵詞：鋼桁拱；懸臂拼裝；臨時支墩；合龍；施工技術(shù)

中圖分類號：U448.22⁺4

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422（2013）05-0124-03

1 工程概況

某高速公路大橋采用連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，跨徑為（108+288+108）m，橋面總寬43.5m。鋼桁拱2片主桁間距為37m，主跨下拱圈矢高55m。2片主桁拱之間設(shè)有縱、橫向聯(lián)結(jié)系，采用與下弦（或系桿）焊接的正交異性整體橋面板。主拱肋通過柔性吊桿與剛性系桿連接，傳遞橋面恒載和活載。主桁拱肋上、下弦桿、邊跨下弦桿以及系桿采用焊接箱形截面；腹桿采用焊接H形截面。主桁和橋面系鋼材采用Q370-q D，聯(lián)結(jié)系鋼材采用Q345 q D。吊桿采用鋼絞線整束擠壓拉索，吊桿最大長度為58m。

大橋立面總體布置如圖1所示，鋼桁拱橫斷面構(gòu)造如圖2所示。

2 總體施工方案及中跨合龍?zhí)攸c

較多的大跨度連續(xù)鋼桁拱橋邊跨采用膺架法半懸臂架設(shè)，中跨采用臨時吊索塔架的輔助施工方法。而該大橋連續(xù)鋼桁拱的邊跨和中跨均采用半懸臂架設(shè)，臨時結(jié)構(gòu)規(guī)模較為龐大，具體施工步驟如下：①邊跨鋼桁拱采用膺架法半懸臂架設(shè)。②中跨鋼桁拱根據(jù)設(shè)計要求分別在C13、C17兩個橋面系桿節(jié)點位置處設(shè)臨時支墩（南、北岸對稱設(shè)置，中跨共設(shè)4個臨時支墩），在對應(yīng)的橋面與拱肋間設(shè)置桁架式撐桿（見圖3和圖4）臨時替代柔性吊桿，以支承拱桁的懸臂部分。③中跨合龍節(jié)間設(shè)置在北岸E20′E21′節(jié)間，南岸架設(shè)至E20E21節(jié)間后，南岸上弦的架梁爬坡吊機退回至A17節(jié)點；北岸鋼桁拱架設(shè)至中跨E19′E20′節(jié)間，利用北岸架梁爬坡吊機架設(shè)合龍節(jié)間的桿件和橋面板。④中跨鋼桁拱合龍后，拆除臨時支墩和臨時立柱，張拉吊桿，鋪裝二期恒載。

中跨的臨時桿件、L5和L6臨時支墩的橫橋向布置如圖3所示，合龍前鋼桁拱的架設(shè)狀態(tài)如圖4所示。

該大橋的中跨合龍存在以下技術(shù)難點：

（1）中跨跨中合龍口存在上、下弦桿，斜桿和橋面剛性系桿有多個合龍點。由于大跨鋼桁拱橋在合龍前、后需要進行體系轉(zhuǎn)換，合龍口兩側(cè)必然存在高程、里程和轉(zhuǎn)角的不同位移差；受到桿件制造誤差和現(xiàn)場拼裝誤差的影響，還可能存在軸線方向的位移差。

（2）中跨合龍前的單側(cè)臨時支墩起頂重量達2166t，起頂荷載大，臨時支墩承受巨大的支反力。在鋼桁拱縱移過程中需承受水平推力，臨時支墩的受力安全是合龍位移調(diào)整過程中的控制性條件之一。

因此，如何確定鋼桁拱多個合龍點的位移差調(diào)整順序和調(diào)整量、在大噸位鋼桁拱位移調(diào)整的同時確保鋼桁拱和臨時結(jié)構(gòu)的受力安全是大橋施工過程中最重要的技術(shù)難題。通過對中跨合龍口各種可能的位移差調(diào)整措施進行詳細研究，確定最優(yōu)的合龍方案，實現(xiàn)各合龍桿件按照設(shè)計無應(yīng)力長度精確合龍，最大程度減少大噸位鋼桁拱在頂落梁和縱移等重大工序上的工作量，有效地保證了大橋的架設(shè)精度和臨時結(jié)構(gòu)的受力安全。

3 合龍技術(shù)

首先根據(jù)大橋的實際施工過程計算至鋼桁拱中跨合龍前的架設(shè)狀態(tài)。以此狀態(tài)作為合龍分析的初始條件，對各種可能的技術(shù)措施進行理論計算，如臨時支墩的頂落梁或卸載、環(huán)境溫差、對頂力，以及合龍桿件安裝順序等，從而判斷其是否有利于減少合龍口位移差，及其對位移差調(diào)整的影響程度。根據(jù)分析結(jié)果，確定合理可靠的合龍技術(shù)方案。

大橋連續(xù)鋼桁拱中跨合龍前鋼桁拱架設(shè)狀態(tài)如圖4所示：①南岸鋼桁拱安裝至E20E21節(jié)間，北岸鋼桁拱安裝至E19′E20′節(jié)間；②南岸架梁吊機前輪站位A17，北岸架梁吊機前輪站位A19′；③邊墩支座縱向可動，主墩（拱腳）支座縱向臨時固定，中跨4個臨時支墩處約束對應(yīng)橋面節(jié)點的豎向位移。大橋連續(xù)鋼桁拱合龍前受力示意如圖5所示。

3.1合龍前的位移和內(nèi)力初始狀態(tài)

鋼桁拱中跨合龍前，懸臂端位移的計算結(jié)果如表1所示。

合龍前南岸主桁桿件最大組合拉應(yīng)力為149.0MPa，最大組合壓應(yīng)力為168.6MPa；北岸主桁桿件最大組合拉應(yīng)力為119.7MPa，最大組合壓應(yīng)力為133.7MPa。L5臨時支墩和L6臨時支墩處臨時桿件的最大組合拉應(yīng)力為66.7MPa，最大組合壓應(yīng)力為61.4MPa。

3.2 L5臨時支墩支承卸載對拱桁合龍口位移的影響

計算合龍口兩側(cè)的L5臨時支墩支承單獨卸載工況，以分析其是否有利于減小中跨合龍口兩側(cè)位移差，以及其對結(jié)構(gòu)受力影響。計算結(jié)果表明，L5臨時支墩的卸載有利于減小拱桁合龍口兩側(cè)的位移差，且鋼桁拱和臨時結(jié)構(gòu)受力均能滿足要求。

3.2.1對拱桁合龍口位移的影響

L5臨時支墩支承卸載前、后拱桁合龍口位移變化的計算結(jié)果如表2所示。

從表2的位移計算結(jié)果來看，合龍前L5臨時支墩支承卸載對拱桁合龍口處的位移差調(diào)整有以下優(yōu)勢：①使南、北岸鋼桁拱合龍口前端上拾約20mm，懸臂前端的轉(zhuǎn)角差也有所減小，有利于減小合龍口兩側(cè)豎向位移差；②減少一處支承邊界，降低靜定次數(shù)，有利于后續(xù)理論分析；③減少鋼桁拱頂落梁的作業(yè)點，可提高施工作業(yè)效率。

3.2.2對結(jié)構(gòu)受力的影響

L5臨時支墩支承卸載前、后各鋼桁拱支點反力變化的計算結(jié)果如表3所示。

從表3的計算結(jié)果可以看出，L5臨時支墩卸載后，L6臨時支墩的支反力增大。對中跨L5臨時支墩卸載后的結(jié)構(gòu)進行受力驗算，具體驗算結(jié)果如下。

（1）鋼桁梁。L5臨時支墩支承卸載后，南岸主桁桿件最大組合拉應(yīng)力為157.1MPa，最大組合壓應(yīng)力為172.3MPa；北岸主桁桿件最大組合拉應(yīng)力為123.0MPa，最大組合壓應(yīng)力為138.3MPa。主桁桿件的最大壓應(yīng)力增大約4MPa，最大拉應(yīng)力增大約9MPa。最大組合應(yīng)力（172.3MPa）小于Q370鋼材施工階段容許強度（220MPa×1.2=264MPa）。

（2）代替吊桿的臨時桿件。L5臨時支墩支承卸載后，臨時桿件的最大組合拉應(yīng)力為67.4MPa，最大組合壓應(yīng)力為66.9MPa。臨時桿件最大拉應(yīng)力增大約1MPa，最大壓應(yīng)力增大約5MPa。最大組合應(yīng)力（67.4MPa）小于Q235鋼材施工階段容許強度（140MPa×1.3=182MPa）。

（3）L6臨時支墩。對于L6臨時支墩，在支反力和水平摩阻力（鋼桁拱縱移引起）共同作用下，通過限位措施將墩頂水平位移限制在4cm以內(nèi)時，L6臨時支墩鋼結(jié)構(gòu)的最大組合拉應(yīng)力為125MPa，最大組合壓應(yīng)力（162MPa）小于Q235鋼材施工階段容許強度（140MPa×1.3=182MPa），鋼結(jié)構(gòu)強度滿足要求。對L6臨時支墩整體和構(gòu)件進行了穩(wěn)定性驗算，均滿足規(guī)范要求。

驗算結(jié)果表明，主體結(jié)構(gòu)和臨時結(jié)構(gòu)受力均能滿足《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB10002.2-2005）和《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTJ025—1986）要求。

3.3合龍口的位移敏感性分析

3.3.1拱桁

在L5臨時支墩卸載的條件下，對拱桁合龍口兩端4個合龍節(jié)點進行敏感性分析，分析結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4拱桁合龍口位移敏感性分析結(jié)果，L6臨時支墩起頂對拱桁豎向位移差的調(diào)整最有效。拱桁合龍口上、下弦節(jié)點的縱向位移差對L6臨時支墩起頂也比較敏感，合龍口上弦節(jié)點縱向?qū)敽奢d對豎向位移差和轉(zhuǎn)角差有一定影響，但遠小于L6臨時支墩起頂?shù)拿舾谐潭?。整體溫度荷載對縱向位移差有較為明顯的影響，但對豎向位移差和轉(zhuǎn)角差影響較小。計算表明，橫向?qū)?000kN時，節(jié)點E21產(chǎn)生的橫向位移為87mm，節(jié)點E20產(chǎn)生的橫向位移為-31mm，橫向?qū)群奢d對拱桁軸線偏位效果明顯。

3.3.2系桿合龍

拱桁合龍后，橋面系桿合龍口位移敏感性分析結(jié)果如表5所示。

根據(jù)分析結(jié)果，拱桁合龍后，L6臨時支墩頂落梁對系桿合龍口的豎向位移差和縱向位移差的影響均較為明顯；邊墩支座和L6臨時支墩頂落梁對縱向位移差的影響程度大致相當(dāng)，均較為明顯。南側(cè)C20C21橋面板的恒載、縱向頂拉等荷載對合龍口的豎向位移和縱向位移也有一定影響。

4 中跨合龍方案

根據(jù)大橋鋼桁拱合龍前的實際架設(shè)狀態(tài)，以及位移敏感性分析結(jié)果，確定中跨合龍口的位移差調(diào)整措施及合龍步驟如下：

4.1拱桁縱向里程位移差調(diào)整。根據(jù)計算結(jié)果，理論狀態(tài)下拱桁合龍口所需的里程差調(diào)整量為249mm。北岸邊跨鋼桁拱架設(shè)完畢，在調(diào)整鋼桁拱的里程和中心時，將北岸鋼桁拱預(yù)先縱移至所需調(diào)整量，初步消除拱桁合龍口的里程差，避免大噸位鋼桁拱在合龍前的大幅度位移調(diào)整。

4.2拱桁豎向位移和轉(zhuǎn)角差調(diào)整。鋼桁拱縱向里程差調(diào)整完畢，先對L5臨時支墩進行卸載，然后測量拱桁合龍口上、下弦4個合龍節(jié)點的豎向、縱向和橫向的實際位移差，根據(jù)位移敏感性分析結(jié)果，拱桁合龍口的高程和轉(zhuǎn)角位移差調(diào)整措施為：南岸鋼桁拱的L6臨時支墩起頂265mm，北岸鋼桁拱的L6臨時支墩起頂205mm。

4.3拱桁合龍。位移差基本消除后，再利用溫差或頂拉設(shè)施微調(diào)里程和中線差，待具備合龍條件時，精確合龍下弦桿E21E20′，此時斜桿E21A20′的節(jié)點間距也與設(shè)計長度基本相等，安裝斜桿。此時上弦節(jié)點距離比桿件設(shè)計長度約小1cm，利用對頂設(shè)施調(diào)整間隙，合龍上弦桿A21A20′。下弦合龍后，及時釋放北岸拱腳支座的縱向臨時約束。

4.4橋面剛性系桿合龍。拱桁合龍后，橋面剛性系桿合龍口比設(shè)計長度小199mm。將南、北岸L6臨時支墩起頂量分級下落至設(shè)計高程，系桿合龍口隨之緩慢張開，當(dāng)系桿合龍口張開至略大于設(shè)計值時，安裝系桿，然后利用溫差或頂拉設(shè)施微調(diào)后精確合龍。

4.5安裝合龍節(jié)間橋面板，完成中跨鋼桁拱合龍。

4.6在中跨合龍過程中，對鋼桁拱的線形、關(guān)鍵受力桿件的應(yīng)力、以及臨時支墩的墩頂水平偏位等重要控制指標進行實時監(jiān)測，并按照既定限值進行嚴格控制，確保結(jié)構(gòu)安全。

5 結(jié)語

某高速公路大橋是一座主跨288m的連續(xù)鋼桁拱橋，采用半懸臂拼裝方法施工，在中跨跨中合龍時，合龍口的多個合龍點在高程、里程、軸線以及轉(zhuǎn)角等方向存在不同位移差，且臨時結(jié)構(gòu)規(guī)模大、鋼桁拱噸位重。為確定有效的位移調(diào)整方案來實現(xiàn)鋼桁拱的精確合龍，對合龍位移調(diào)整措施進行了研究。結(jié)果表明：拱桁合龍口的里程位移差可通過鋼桁拱的縱向預(yù)偏或縱移進行消除，其高程和轉(zhuǎn)角的位移差通過臨時支墩頂落梁調(diào)整最為有效；橋面剛性系桿合龍口的高程和里程的位移差可通過臨時支墩頂落梁進行消除；各合龍點的軸線位移差可通過橫向?qū){(diào)整。