連小華

（山西省長治公路分局，山西 長治046000）

1 工程概況

管廊跨河大橋上部采用3層鋼桁架結(jié)構(gòu)，橋?qū)?5 m，高6 m；管廊跨河大橋橋長180 m，共4跨，縱向布置為（48+36+48+48）m鋼桁架連續(xù)梁。橋墩采用空心和實(shí)心墩相結(jié)合，上部采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，橋?qū)?5 m，檢修通道位于橋梁兩側(cè)，各1.5 m寬，布置在桁架底層。

鋼桁梁主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)為Q345D，檢修走道等附屬結(jié)構(gòu)材質(zhì)采用 Q235C，（48+36+48+48）m鋼桁架連續(xù)梁1 669.96 t，第二聯(lián)（48+48+42）m 鋼桁梁1 003.42 t，附屬結(jié)構(gòu) 365.81 t；支座采用 QZ2500、QZ4000、QZ6000、QZ8000，數(shù)量分別為 9個(gè)、9個(gè)、6個(gè)、3個(gè)，共計(jì)27個(gè)。

鋼桁梁主梁由3片桁架組成，主桁中心距7.5 m，橋面寬度15 m（兩邊桁中心距），節(jié)間6.0 m，桁高6 m，設(shè)上、中、下3層橫梁，相鄰兩層橫梁間距3.0 m，在上層和下層分別設(shè)置上平縱聯(lián)和下平縱聯(lián)；主桁桁片采用米字型結(jié)構(gòu)，由上弦桿、中弦桿、下弦桿、斜腹桿和豎腹桿組成，在下弦桿外側(cè)設(shè)有檢修走道，檢修走道寬1.5 m，如圖1所示。圖1為該橋橋型布置圖。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

主桁上、中、下弦桿均采用箱形斷面，斷面高600 mm，寬 600 mm，腹板厚度 18 mm，翼板厚度16 mm。斜腹桿和豎腹桿均采用“H”型截面，斜腹桿截面寬度600 mm，高度300 mm，腹板厚度14 mm，翼板厚度14 mm；豎腹桿截面寬度600 mm，高度300 mm，腹板厚度14 mm，翼板厚度14 mm，在支座位置適當(dāng)加強(qiáng)，加強(qiáng)截面寬度600 mm，高度300 mm，腹板厚度16 mm，翼板厚度18 mm。主桁各桿件之間均采用焊接連接。

主桁設(shè)上、中、下3層橫梁，均采用“工”型截面，截面高度600 mm，標(biāo)準(zhǔn)截面寬度400 mm，腹板厚度12 mm，翼板厚度18 mm，在管道有水平推力位置，橫梁截面適當(dāng)加強(qiáng)，加強(qiáng)橫梁截面高度600 mm，上翼緣寬度640 mm，板厚24 mm，下翼緣寬度400 mm，板厚18 mm。在下層兩相鄰橫梁間另設(shè)一道次橫梁。各橫梁與主桁節(jié)點(diǎn)之間采用焊接連接。

主桁采用“X”型上、下平聯(lián)，平聯(lián)桿件均采用“工”字型截面，截面高度220 mm，截面寬度220 mm，腹板厚度8 mm，翼板厚度12 mm。上、下平聯(lián)桿件與主桁通過M24高強(qiáng)度螺栓連接。

圖2 主桁架構(gòu)成（單位：mm）

2 施工過程描述

根據(jù)施工方案，管廊大橋0～3號(hào)段鋼桁架采用連續(xù)頂推的施工工藝，3～4號(hào)段桁架采用原位拼裝，現(xiàn)場搭設(shè)鋼管支架，吊裝機(jī)械采用大噸位履帶吊搭配施工。

圖3 施工平臺(tái)布置圖

具體情況如下：（48+36+48+48）m鋼桁架梁全長180 m安裝總重約為1 670 t。其中0～3號(hào)墩（48+36+48）m梁段為平直連續(xù)段，在0號(hào)墩一側(cè)搭設(shè)拼裝平臺(tái)進(jìn)行頂推施工，且0～1號(hào)墩之間采用貝雷桁架支撐頂推滑道，1～2號(hào)墩之間采用預(yù)應(yīng)力鋼管支撐頂推滑道，2～3號(hào)墩之間采用鋼導(dǎo)梁進(jìn)行頂推[2]；3～4號(hào)墩48 m梁段主桁架為階梯段，采用鋼管支架逐段安裝。

2.1 鋼桁架頂推施工順序

臨時(shí)基礎(chǔ)施工→安裝臨時(shí)支架→安裝滑道→拼裝鋼桁架和導(dǎo)梁→安裝頂推設(shè)備→技術(shù)檢查→頂推施工→拆除導(dǎo)梁→頂梁、落梁就位（檢查各部件、連接、安裝支座等）→拆除臨時(shí)支架、支墩等。

2.2 關(guān)鍵施工步驟（見表1）

表1 關(guān)鍵施工步驟

3 施工控制要點(diǎn)

為確保頂推過程中鋼桁架、橋墩的安全，頂推全過程進(jìn)行監(jiān)控[3]?？紤]頂推法架設(shè)的施工特點(diǎn)和過程，施工控制要點(diǎn)為鋼桁架線形控制為主，應(yīng)力控制為輔。鋼桁架施工過程中線形控制主要包括橫向位移監(jiān)控及豎向撓度監(jiān)測(cè)，橫向位移監(jiān)控在導(dǎo)道梁頂面，鋼桁架梁頂板中線位置每隔10～20 m固定一個(gè)小棱鏡，分別在頂推前、頂推中、頂推就位后采用全站儀觀測(cè)小棱鏡。根據(jù)測(cè)設(shè)的小棱鏡位置推斷鋼桁架及導(dǎo)梁的橫向位移偏差。每次主梁頂推前后對(duì)各節(jié)點(diǎn)及其他控制斷面進(jìn)行撓度測(cè)試，特別對(duì)施工過程中最不利斷面進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)試。應(yīng)力控制為輔可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)選擇關(guān)鍵斷面進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，主要測(cè)試斷面為鋼桁架跨中、四分點(diǎn)和橋墩根部，為了補(bǔ)償鋼構(gòu)件溫度應(yīng)變并消除影響，在測(cè)點(diǎn)同時(shí)布置工作應(yīng)變計(jì)和溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。此外，施工過程中，應(yīng)對(duì)墩頂部位的水平位移進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

4 施工過程有限元分析

4.1 建立有限元模型

將橋梁按照空間實(shí)用理論簡化為平面桿系，采用MIDAS/CIVIL（V8.2.1）結(jié)構(gòu)分析程序進(jìn)行橋梁施工階段及成橋狀態(tài)的分析計(jì)算。根據(jù)管廊跨河大橋設(shè)計(jì)圖紙，建立該橋計(jì)算模型。全橋共1 104節(jié)點(diǎn)，共分2 813個(gè)單元。管廊跨河大橋成橋及施工過程模型[4]如圖4所示。

4.2 臨時(shí)滑道撓度控制分析

圖4 分析模型

0～1號(hào)墩之間采用貝雷桁架支撐頂推滑道，1～2號(hào)墩之間采用預(yù)應(yīng)力鋼管支撐頂推滑道，為確保頂推過程中鋼桁架、橋墩的安全，頂推全過程對(duì)臨時(shí)滑道及鋼管的豎向及橫向變形進(jìn)行監(jiān)控，分別在跨中及四分點(diǎn)布置測(cè)試截面即S1～S6截面（如圖5所示），每個(gè)測(cè)試截面橫向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)Si-1～Si-3（如圖6所示），如S1截面對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)Si-1～Si-3。分別在頂推前、頂推中、頂推就位后采用全站儀觀測(cè)，根據(jù)測(cè)設(shè)的小棱鏡變形推斷主桁架的位移偏差。

圖5 滑道梁及鋼管縱斷面編號(hào)

圖6 橫斷面編號(hào)

圖7 0～1號(hào)跨滑道施工階段變形規(guī)律

圖8 1～2號(hào)跨滑道施工階段變形規(guī)律

圖7為鋼桁架頂推施工過程中1～2號(hào)墩之間貝雷桁架支撐頂推滑道的變形規(guī)律圖，圖8為鋼桁架頂推施工過程中1～2號(hào)墩之間預(yù)應(yīng)力鋼管支撐頂推滑道的變形規(guī)律圖。由圖可知，貝雷桁架支撐頂推滑道S1～S3截面在施工過程中最不利變形分別為37 mm、45 mm、27 mm，且同一個(gè)斷面橫向3個(gè)測(cè)點(diǎn)撓度值略有不同，中間測(cè)點(diǎn)大于兩側(cè)測(cè)點(diǎn)，因?yàn)橹虚g滑道承受的主桁架自重較兩側(cè)滑道大，與實(shí)際情況相符；鋼管支撐頂推滑道S4～S6截面在施工過程中最不利變形分別為20 mm、75 mm、48 mm，且同一個(gè)斷面橫向3個(gè)測(cè)點(diǎn)撓度值略有不同，同時(shí)在頂推過程中鋼管滑道變形起伏較大，隨著頂推過程S4截面和S5截面最大變形差均在30 mm左右，S4截面甚至出現(xiàn)上翹的現(xiàn)象，因此施工過程中，必須根據(jù)頂推階段進(jìn)行跟蹤連續(xù)測(cè)量。

4.3 導(dǎo)梁撓度控制分析

2～3號(hào)墩之間采用鋼導(dǎo)梁進(jìn)行頂推，為確保頂推過程中鋼桁架、橋墩的安全，頂推全過程對(duì)導(dǎo)梁的豎向及橫向變形進(jìn)行監(jiān)控[5]，分別在導(dǎo)梁的根部、跨中及最前端布置測(cè)試截面即S1～S3截面（如圖9所示），每個(gè)測(cè)試截面橫向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)Si-1～Si-3（如圖10所示），如S1截面對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)Si-1～Si-3。分別在頂推前、頂推中、頂推就位后采用全站儀觀測(cè)，根據(jù)測(cè)設(shè)的小棱鏡變形推斷主桁架的位移偏差。

圖9 導(dǎo)梁測(cè)試截面編號(hào)

圖10 橫斷面測(cè)點(diǎn)編號(hào)

導(dǎo)梁施工過程中各階段累計(jì)變形規(guī)律如表2。

表2為2～3號(hào)墩鋼桁架頂推施工過程中導(dǎo)梁的變形規(guī)律。導(dǎo)梁在第三頂推階段達(dá)到最大懸臂狀態(tài)，此處最大懸臂指鋼桁架達(dá)到最大懸臂，下一個(gè)頂推階段導(dǎo)梁前端到達(dá)3號(hào)墩即形成前支點(diǎn)，導(dǎo)梁S1～S3截面在施工過程中最不利變形分別為71.5 mm、86 mm、109.5 mm，其中導(dǎo)梁根部截面即主桁架前端最大撓度隨著主桁架頂推持續(xù)增加，而導(dǎo)梁前端和跨中最大位移均在主桁架的最大懸臂階段，導(dǎo)梁前端到達(dá)3號(hào)墩形成前支點(diǎn)后即不再增加。

表2 導(dǎo)梁變形規(guī)律mm

4.4 墩頂水平位移控制分析

管廊跨河大橋施工階段由于頂推施工產(chǎn)生水平力及結(jié)構(gòu)自重，施工過程中主墩發(fā)生水平位移，經(jīng)分析計(jì)算頂推施工過程中2號(hào)橋墩及曲折段桁架臨時(shí)支架拆除階段3號(hào)橋墩均會(huì)發(fā)生較大的水平位移，圖11、圖12為施工過程中產(chǎn)生的最不利水平位移變形圖。

圖11 頂推過程最不利水平位移（單位：mm）

圖12 支架拆除階段最不利水平位移（單位：mm）

由圖11、圖12可知，施工過程中墩頂最不利水平位移分別為2號(hào)橋墩0.8 mm、1號(hào)橋墩0.4 mm，支架拆除階段彎折孔墩頂最不利水平位移3號(hào)橋墩墩頂為28 mm，4號(hào)橋墩墩頂為4 mm，因此施工過程中應(yīng)布置測(cè)點(diǎn)并在相應(yīng)施工階段進(jìn)行跟蹤連續(xù)控制。

5 結(jié)語

本文以某大型鋼桁架管廊大橋?yàn)槔?，首先?duì)該橋的特點(diǎn)、頂推滑道、導(dǎo)梁的布置及施工過程進(jìn)行了詳細(xì)描述，同時(shí)，對(duì)施工過程控制要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，最后借助有限元分析手段，分別建立了全橋及施工階段分析模型，對(duì)施工全過程中滑道和導(dǎo)梁關(guān)鍵截面的變形規(guī)律以及墩頂?shù)淖畈焕轿灰七M(jìn)行了控制分析，分析發(fā)現(xiàn)桁架及鋼管支撐滑道跨中截面在施工過程中最不利變形分別為45 mm和75 mm，在頂推過程中滑道變形起伏較大，監(jiān)控過程中須密切關(guān)注；鋼導(dǎo)梁根部截面即主桁架前端最大撓度隨著主桁架頂推持續(xù)增加，最大達(dá)到71.5 mm，變形較大，應(yīng)在主桁架線形控制中充分考慮；此外，由于墩高較大，施工過程中墩頂最大水平位移達(dá)到28 mm，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行頂推；以上分析結(jié)果為保證橋梁施工安全提供重要依據(jù)，本文的研究成果可供類似工程借鑒。