伍超然

(中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，安徽合肥 230022)

鋼桁梁正交異性橋面板組拼工藝研究

伍超然

(中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，安徽合肥 230022)

正交異性鋼桁橋面板因其自重輕、建筑高度低、強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)連續(xù)、施工安裝方便、可采用無斷縫路面等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為世界上大、中跨度現(xiàn)代鋼橋常用的橋面結(jié)構(gòu)形式。本文通過幾個(gè)方面詳細(xì)論述了鋼桁梁正交異性橋面板組拼工藝。

鋼桁梁；正交異性；橋面板；組拼工藝

引言：鋼橋梁在交通領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,尤其是在跨越大江大河、深谷時(shí),鋼橋梁以其易于實(shí)現(xiàn)大跨度的特點(diǎn)被經(jīng)常應(yīng)用。鋼析梁即為橋梁中的一種結(jié)構(gòu)形式,鋼析梁按結(jié)構(gòu)組成可分為主桁、聯(lián)接系、橋面系等部分。針對(duì)影響鋼橋面板受力性能的條件因素，改變相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步定量分析各因素對(duì)受力行為影響。

1.鋼桁梁正交異性橋面板

1.1 正交異性板即正交異性鋼橋面板，是用縱橫向互相垂直的加勁肋（縱肋和橫肋）連同橋面蓋板所組成的共同承受車輪荷載的結(jié)構(gòu)。正交異性板除作為橋面外，還是主梁截面的組成部份，它既是縱橫梁的上翼緣，又是主梁的上翼緣。這種結(jié)構(gòu)由于其剛度在互相垂直的二個(gè)方向上有所不同，造成構(gòu)造上的各向異性。傳統(tǒng)的分析方法是把它分成三個(gè)結(jié)構(gòu)體系加以研究，即主梁體系、橋面體系和蓋板體系。解析法是將正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)作為彈性支承連續(xù)正交異性板分析的較為成熟的經(jīng)典計(jì)算方法。

1.2 鋼桁梁橋由桁架桿件組成，盡管整體上看鋼桁梁橋以受彎和受剪為主，但具體到每根桁架桿件則主要承受軸向力。與實(shí)腹梁相比是用稀疏的腹桿代替整體的腹板，從而節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重，又由于腹桿鋼材用量比實(shí)腹梁的腹板有所減少，鋼桁梁可做成較大高度，從而具有較大的剛度及更大的跨越能力。但是，鋼桁梁的桿件和節(jié)點(diǎn)較多，構(gòu)造較為復(fù)雜，制造較為費(fèi)工。目前較有成效的是有限差分法、有限條法和有限單元法。

1.3 拼裝的順序，原則上是先合攏上、下游主桁的桿件，使之盡快形成穩(wěn)定的受力結(jié)構(gòu)，然后再將邊上弦桿及下平聯(lián)對(duì)接。把板從肋的中間分開，并歸并到縱橫肋上去，構(gòu)成格子梁體系。它的缺點(diǎn)是未能考慮板的剪切剛度。把縱橫梁分?jǐn)偟桨迳希簿褪菍寤梢环N理想的正交異性板。當(dāng)荷載作用在橫肋上時(shí)，這種方法是較好的，但當(dāng)荷載作用在兩橫肋中間時(shí)，此法的精度就差了。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，正交異性板的求解又有了很多新的數(shù)值法。

2.鋼桁梁正交異性橋面板組拼工藝

2.1 正交異性板鋼桁梁節(jié)段組裝及預(yù)拼在工廠完成，然后再將整體節(jié)段運(yùn)至工地吊裝連接。組裝及預(yù)拼在胎架上一體化連續(xù)匹配進(jìn)行，每次組裝及預(yù)拼不少于3個(gè)節(jié)段。組裝檢查合格后出廠。為了加強(qiáng)節(jié)段在運(yùn)輸和吊裝過程中的穩(wěn)定性，每個(gè)節(jié)段增加1 組臨時(shí)連接板，以構(gòu)成封閉的三角形。在剛度等效的前提下,平面桁架、單梁模型具有較高的計(jì)算精度,能顯著提高鋼桁梁公路斜拉橋建模效率。 橋面板對(duì)焊接頭、U 肋對(duì)焊接頭、板肋對(duì)焊接頭及上弦桿內(nèi)的板肋高栓連接。其中上弦桿內(nèi)的板肋高栓連接可與上弦桿對(duì)接時(shí)同時(shí)完成，其余接頭在工地根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用相應(yīng)的角焊縫、坡口焊或加墊補(bǔ)強(qiáng)板焊縫等形式?？紤]到輕軌軌道梁較重，可與正交異性橋面板鋼桁梁節(jié)段同期安裝，分兩次吊裝。

2.2 軌道梁安裝具體作法為：先安裝鋼桁梁就位，再把軌道梁吊裝在鋼桁梁的下平聯(lián)上,一端固定在已拼好的下橫梁上,另一端懸掛于上弦桿的穩(wěn)定的位置上。桿件整體節(jié)點(diǎn)處焊縫密集,熔敷金屬的填充量大,焊接變形突出且不易控制,故焊接內(nèi)部質(zhì)量及變形控制是制作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。桿件采用整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,桿件接口的平面度和栓接面錯(cuò)臺(tái)應(yīng)嚴(yán)格控制,以確保高強(qiáng)螺栓摩擦面有效傳力。由于采用了正交異性橋面鋼桁梁整體節(jié)點(diǎn)和整體節(jié)段的設(shè)計(jì)，使大量的安裝工作在工廠和橋下完成，減少了橋上的拼接工作量。但同時(shí)也使連接的單元重量大大增加，如此龐大的節(jié)段要完成空中的多點(diǎn)精確對(duì)接，難度既大、要求又高，需要精心組織、精心準(zhǔn)備，超前考慮，認(rèn)真對(duì)待每個(gè)細(xì)節(jié)，才能確保安裝順利進(jìn)行。為了防止鋼桁梁上滿高栓后把焊縫拉裂，上弦桿與橋面板間并沒有通長(zhǎng)滿焊，在兩端部均留有25cm 的縫沒有施焊，因此在進(jìn)行此部分的接頭焊接時(shí)先將上弦桿與橋面板間的焊縫焊滿。

2.3 節(jié)段接頭在總體上分為鋼桁梁接頭及橋面正交異性板接頭，先進(jìn)行鋼桁梁接頭的對(duì)接和連接，鋼桁梁對(duì)接完成后再進(jìn)行橋面正交異性板的對(duì)接。為了爭(zhēng)取工期，在準(zhǔn)備下次鋼桁梁對(duì)接的同時(shí)進(jìn)行前一個(gè)節(jié)段的橋面正交異性板的焊接，但最多也只可拼裝2 段鋼桁梁后再焊接前面的正交異性板。U 肋在工廠制造時(shí)并沒有通長(zhǎng)焊滿，而是在兩端部均留有20cm 的間隙，在工廠制造時(shí)先將接頭處補(bǔ)強(qiáng)板焊好，工地施焊時(shí)將40cm 的短U 肋安裝上去后再行施焊。弦桿之間是對(duì)接，斜桿插入節(jié)點(diǎn)板是連接。斜桿與整體節(jié)點(diǎn)插入拼裝時(shí)，如果裝配時(shí)間隙過小無法自由插入，允許使用梯形螺旋頂將整體節(jié)點(diǎn)撐開少量或?qū)⒉迦霔U件端部用法蘭收拉，但不得使用大力量千斤頂，絕對(duì)不允許損傷整體節(jié)點(diǎn)板角焊縫。整體節(jié)點(diǎn)板頂開量，應(yīng)在預(yù)拼場(chǎng)作預(yù)頂試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)，以利拼裝。

3.鋼桁梁正交異性橋面板組拼工藝的措施

3.1 鋼橋面板是由面板、縱肋和橫助三種薄板件焊接而成，在焊縫交叉處設(shè)弧形缺口，其構(gòu)造細(xì)節(jié)很復(fù)雜。將前一節(jié)段的下弦桿、斜桿與所拼節(jié)段的下弦整體節(jié)點(diǎn)相連，再連接中、上弦桿。上、下弦桿整體節(jié)點(diǎn)外拼裝的拼接板及其填板應(yīng)預(yù)拼在帶有填板的一端，并預(yù)留2-3 排螺栓不終擰以便套插拼裝。當(dāng)車輛通過時(shí)，輪載在各部件上產(chǎn)生的應(yīng)力，以及在各部件交叉處產(chǎn)生的局部應(yīng)力和變形也非常復(fù)雜，所以鋼橋面板的疲勞問題是設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)之一。橋面板橫向應(yīng)變大約是縱向應(yīng)變的5倍左右，荷載主要沿橫向傳遞。當(dāng)荷載縱向位于跨中，橫向位于中心軸U肋處時(shí)，橋面板受力最不利。

3.2 鋼橋面板工地接頭構(gòu)造，面板對(duì)接采用陶瓷襯墊單面焊雙面成型工藝，U形肋采用高強(qiáng)度螺栓對(duì)接拼接。鋼桁梁吊裝至安裝位置后，仍是先進(jìn)行主桁桿件的對(duì)接，對(duì)接完成后即可松掉纜索吊的吊鉤，安裝吊桿，再掛上并張拉扣索。扣索的張拉索力，根據(jù)監(jiān)控的指令確定，然后進(jìn)行橋面正交異性板的焊接。構(gòu)造細(xì)節(jié)既克服了工地接頭縱向U形肋嵌補(bǔ)段的仰焊對(duì)接，從而改善了疲勞性能，又避免了面板栓接拼接對(duì)橋面鋪裝層的不利影響。將部分桿件預(yù)先在地面上拼成一個(gè)吊裝單元，然后送往拼裝場(chǎng)地組拼，以減少橋上的拼裝工作量，加快拼裝速度、保證拼裝質(zhì)量，減少高空作業(yè)和提高施工安全度。

3.3 橋面正交異性板的焊接時(shí)間至多可落后2 個(gè)鋼桁梁節(jié)段。橫向拉應(yīng)力是開口加勁肋正交異性鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要控制指標(biāo)；開口加勁肋正交異性鋼橋面鋪裝層間剪應(yīng)力較大，縱梁體系不適合于結(jié)合鋼桁梁正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)；橫梁體系結(jié)構(gòu)比縱橫梁體系受力不利；縱橫梁體系在獲得足夠的凈空的同時(shí)不至于使整個(gè)桁架很高，橋面板受力合理，是最適用于結(jié)合鋼桁梁的正交異性鋼橋面板體系。U肋、橫隔板和鋪裝層是影響橋面板受力的主要因素。桁架桿件對(duì)提高橋面板的剛度有明顯作用，可使橋面板變形和應(yīng)力減小。在鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意選擇具有較強(qiáng)抗剪強(qiáng)度的粘結(jié)材料，開口加勁肋正交異性鋼橋面鋪裝對(duì)車輛荷載的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)具有很強(qiáng)的局部效應(yīng)。

4.結(jié)語：鋼桁梁主梁材質(zhì)輕，剛度大，施工方便，桿件直接參與拉壓受力，材料性能得到充分發(fā)揮，設(shè)計(jì)時(shí)不用計(jì)入材料的收縮與徐變，同時(shí)兼顧了斜拉橋跨越能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外大跨徑橋梁中應(yīng)用廣泛，未來將會(huì)在更多的行業(yè)中應(yīng)用發(fā)展。

[1]易炳疆、胡建新；公軌兩用單索面鋼桁梁斜拉橋荷載試驗(yàn)與承載能力評(píng)定；《公路與汽運(yùn)》；2015年01期

[2]陳常松、劉燦、董道福；鋼桁梁公路斜拉橋主梁剛度等效研究；《中外公路》；2015年05期

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1007-6344（2016）02-0115-01