摘要 為探索淺灘區(qū)大跨徑斜拉橋鋼箱梁架設施工所適合的方案，文章以某半漂浮體系的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋為例，結(jié)合工程實際提出活動支架輔助架梁吊機的梁段架設方案，對施工控制要點展開分析，并應用SCDS橋梁分析軟件展開施工控制計算。保證了橋梁高精度順利合龍，也為施工環(huán)境相同的大跨徑斜拉橋鋼箱梁架設施工提供了成功經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 斜拉橋；鋼箱梁；架設；架梁吊機；活動支架

中圖分類號 U445.4 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）07-0103-03

0 引言

斜拉橋因造型美觀、結(jié)構(gòu)形式受力合理、造價節(jié)省，對于跨徑在500 m及以上的大型橋梁較為適用，且此類橋型主梁結(jié)構(gòu)通常按照鋼箱梁形式設計。值得注意的是，大跨度斜拉橋鋼箱梁施工工序復雜，施工過程受到諸多不利因素干擾。與其余混凝土斜拉橋型不同，鋼箱梁架設施工中非線性效應明顯，拼裝時梁段調(diào)整范圍相當有限。此外，對于淺灘區(qū)的大跨徑斜拉橋鋼箱梁，其在架設時還面臨河道疏浚、施工場地受限、工序銜接等難題。該文結(jié)合大跨徑跨河斜拉橋?qū)嶋H，對架梁吊機與活動支架有機結(jié)合的鋼箱梁架設施工過程展開深入探討，并對施工控制過程及結(jié)果進行分析評價，以期為此類施工技術(shù)的推廣應用提供借鑒參考。

1 工程概況

某跨河橋梁主橋采用雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋設計結(jié)構(gòu)，橋面按照2%的取值布置縱坡，主跨徑則布設在R=24 000 m的圓形豎曲線處。其中，主梁采取的是流線結(jié)構(gòu)的鋼箱梁，兩端頭均按照封閉式布置，梁體設計寬度為40 m。為便于施工過程的順利展開，提升工效，將其北側(cè)主橋1/2段鋼箱梁劃分出49個節(jié)段，逐次展開拼裝（見圖1）。拼裝好的節(jié)段再通過相應方式組拼為梁段，相鄰梁段間焊接固定；以上梁段最大起重量為360 t。B1～B25、Z1～Z25為斜拉索。

2 施工方案設計

結(jié)合該斜拉橋施工現(xiàn)場環(huán)境及現(xiàn)有工藝技術(shù)，提出“以吊機為主、活動支架為輔”的鋼箱梁架設方案。具體而言，先搭建活動支架，此后在架體結(jié)構(gòu)上展開JQJ400型吊機組拼及梁段安裝，此后采取相應技術(shù)頂推鋼箱梁及吊機就位。以上任務完成后將另一臺同型號吊機架設于橋塔區(qū)梁段，為對稱懸拼施工提供設備保證。在采取以上架設施工思路后，無需使用浮吊等設備，機械投入成本得以縮減；鋼箱梁節(jié)段架設次序完全與鋼梁預制次序保持一致，工序銜接復雜程度得到簡化[1]。

結(jié)合該斜拉橋鋼箱梁實際，將施工過程劃分成主塔架設、主梁和斜拉索布置、鋼箱梁合龍等階段。

2.1 主塔架設

借助爬模展開主塔連續(xù)施工，全過程中應以斷面尺寸、塔柱高程及垂度為控制重點，其中，塔頂高程、塔柱軸線偏位誤差均應控制在±10 mm以內(nèi)；塔柱傾斜度誤差則不超出3.33%。施工開始后，先加固基礎，并進行吊塔安裝，分別澆筑相應部位混凝土；待混凝土實際彈性模量和強度達到設計要求后展開預應力張拉。將主塔剩余區(qū)段混凝土澆筑任務全部完成后，進行鋼錨箱提升和剛接。重復進行以上操作，確保完成鋼錨箱全段施工。

2.2 主梁和斜拉索布置

借助支架及吊機展開索塔四周及邊跨處無索區(qū)梁段拼裝施工。具體而言，標準梁段懸臂拼裝施工分步驟如下：

（1）起吊左幅和右幅鋼梁，調(diào)整姿態(tài)使各段梁體就位。

（2）環(huán)形焊接梁段接頭后，通過高強螺栓固定，將臨時配件安裝在橫梁和鋼箱梁之間。

（3）展開斜拉索同步張拉，將吊機前移至設計位置后進行斜拉索二次張拉。

2.3 鋼箱梁合龍施工

鋼箱梁與邊跨、橋塔間鋼箱梁合龍時，縱橋向臨時固結(jié)由設置在塔邊梁段內(nèi)側(cè)的阻尼器墊板充當，而橫橋向臨時固結(jié)則通過支座墊石外部臨時牛腿和支座墊石間的橡膠墊充當。嚴格根據(jù)體系轉(zhuǎn)換設計要求拆除臨時固結(jié)系統(tǒng)，避免引起額外受力。

3 鋼箱梁架設過程有限元模擬

3.1 模型構(gòu)建

為提升結(jié)構(gòu)受力分析及鋼箱梁穩(wěn)定分析的精確度，應用Ansys軟件構(gòu)建該斜拉橋鋼箱梁有限元模型，在計算主梁截面特性期間暫不考慮橋面系、風嘴等結(jié)構(gòu)的作用，荷載主要以均布形式向相應梁段施加?？臻g模型借助SHELL181殼單元構(gòu)建，在吊梁期間作用較小的附屬結(jié)構(gòu)并未考慮。此外，模型構(gòu)建時忽略鋼箱梁預制階段形成的殘余應力，及預制誤差引發(fā)的結(jié)構(gòu)初始彎曲；吊機荷載則以集中荷載形式向梁端施加。橋面鋪裝層、護欄等結(jié)構(gòu)自重構(gòu)成二期恒載，按照84.4 kN/m取值；溫度荷載則按照整體溫升20 ℃、整體溫降20 ℃、局部溫升5 ℃及局部溫降5 ℃進行設計。結(jié)構(gòu)及部件材料參數(shù)取值見表1。

3.2 結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性分析

在滿載且20 m/s風速的工況下，主塔鋼箱梁支架水平向及垂直向位移峰值分別為17.01 mm和29.84 mm。進行結(jié)構(gòu)自重、風荷載和梁體靜載的組合，對應的荷載系數(shù)臨界值為29.84，結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。以結(jié)構(gòu)自重和梁體靜載為固定量，以風荷載為可變量，則對應的荷載系數(shù)臨界值為169.9，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好。

4 鋼箱梁架設施工

按照該文所提出的方案展開鋼箱梁架設期間，必然面臨臨時支架搭設與梁段垂直提升的沖突問題。為較好解決此類問題，將所涉及的部件均按可拆卸形式設計。對于墩頂梁段，先通過相應型號吊機垂直起吊至墩頂，再調(diào)整支架狀態(tài)并臨時固定，確保梁段穩(wěn)固下落至支架位置，為此后的頂推施工提供保證。

4.1 搭設支架

該斜拉橋鋼箱梁架設全部借助吊機與支架進行。吊機吊運箱梁節(jié)段的同時，應相應調(diào)整支架形態(tài)和位置；待箱梁節(jié)段起吊至設計高度后借助事先布置的滑道，頂推梁體節(jié)段，確保節(jié)段架設過程的順利展開。

此橋梁梁段架設活動支架結(jié)構(gòu)簡單，箱型橫撐和立柱承擔主要受力，并將荷載向橋塔下橫梁傳遞；斜撐則按照600 mm×320 mm（長×寬）的箱形形式設計，借助φ150 mm銷軸連接滑道梁；提升系統(tǒng)包括活動之間滑軌、千斤頂平臺、卷揚機、滑輪組、吊耳等部分，主要負責活動支架的升降。

4.2 橋塔區(qū)鋼箱梁架設

橋塔區(qū)鋼箱梁架設施工主要通過活動支架系統(tǒng)完成。首先，使用塔吊拼裝吊機底座、鋼管支架和JQJ400型不變幅架梁吊機，吊機按照設計要求拼裝后架設在底座處。其次，待將相應箱梁節(jié)段吊運至相應位置后，支架經(jīng)由提升系統(tǒng)下放。最后，拆除錨固系統(tǒng)，移動梁段及吊機后完成梁段安裝。其余梁段均沿用以上流程展開架設，活動支架結(jié)構(gòu)見圖2。

4.3 輔助墩鋼箱梁架設

輔助墩墩頂鋼箱梁架設主要利用由架梁吊機、立柱支架、活動支架、頂推系統(tǒng)所組成的架設系統(tǒng)完成。待按設計流程架設鋼梁節(jié)段至輔助墩處時，展開支架搭建和支座安裝。此后逐次吊起其余梁段，支架則借助卷揚機提升、掛點，隨后展開梁體節(jié)段頂推就位。

5 施工控制效果

5.1 控制思路

按照無應力狀態(tài)法的相關(guān)原理和思路對此斜拉橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)展開施工控制計算，主要依托鋼箱梁結(jié)構(gòu)在完全無應力狀態(tài)下對應的曲率值進行拼裝，同時以斜拉索無應力長度等指標作為索力張拉的主要控制指標[2]。

具體而言，通過SCDS橋梁分析軟件展開該斜拉橋鋼箱梁不同施工階段結(jié)構(gòu)受力及穩(wěn)定性計算，軟件自身具備優(yōu)異的張拉過程定位及模擬分析功能，能夠?qū)κ┕ぁ⑹┕て陂g結(jié)構(gòu)狀態(tài)及可能達到的張拉限值等數(shù)據(jù)進行生成和讀取。在此基礎上，借助一次成橋模型，能夠確定斜拉索無應力長度終值，并據(jù)此推算施工過程中斜拉索張拉量[3-6]。

5.2 控制效果評價

結(jié)合前述斜拉橋鋼箱梁成橋過程，展開其合理成橋狀態(tài)分析。斜拉橋斜拉索豎向分力與按照主梁自重所確定的斜拉索張拉力相等。在此基礎上，結(jié)合主跨、邊跨處斜拉索分力確定邊跨索力。根據(jù)分析結(jié)果，不同斜拉索索力位于6 000～14 000 kN之間，表明通過恒載平衡技術(shù)所得出的斜拉索鋼箱梁橋成橋索力取值較為均勻，對于大索力長索和小索力短索均較為適用。

根據(jù)以上得出的索力值展開正裝迭代，以便對不同節(jié)段橋梁結(jié)構(gòu)應力展開檢查與評定。借助實際應力狀況進行索力調(diào)整優(yōu)化，同時，向邊梁、輔助墩等結(jié)構(gòu)附加配重。優(yōu)化后的主梁恒載成橋應力及主塔下應力包絡線見圖3～4。

在確定施工階段及成橋階段結(jié)構(gòu)狀態(tài)合理時，可忽略施工階段的影響，構(gòu)建一次成橋模型，進行成橋狀態(tài)下斜拉索無應力索長的確定。根據(jù)相關(guān)結(jié)果，索力經(jīng)過相應調(diào)整后取值與初始值更為接近，兩者的偏離程度位于6%～8%之間，符合設計要求，表明該工程借助恒載平衡技術(shù)展開斜拉索索力擬定[7-11]的做法切實可行。因施工期間各梁段受力存在差異，結(jié)構(gòu)整體剛度等方面的影響，故調(diào)整后的索力與初始索力間存在一定偏差。明顯看出，調(diào)整后的斜拉索索力值均勻程度更有保證。

6 結(jié)論

工程應用結(jié)果表明，該斜拉橋位于淺灘區(qū)，應用傳統(tǒng)變幅架梁吊機與浮吊等展開鋼箱梁架設施工，必然面臨施工場地限制及河道疏浚等問題。在按照架梁吊機和活動支架有機結(jié)合實施架梁操作后，浮吊設備的投入環(huán)節(jié)直接省去，也降低了梁段架設懸臂拼裝工序組織管理的難度，使鋼箱梁架設施工質(zhì)量和精度得以保證。根據(jù)對結(jié)構(gòu)受力的分析，斜拉橋鋼箱梁架設施工過程中，應當以鋼箱梁階段預制拼裝、斜拉索索力確定及張拉過程控制為重點，有效控制架梁施工中溫度和臨時荷載的不利影響。該斜拉橋鋼箱梁架設完成后內(nèi)力和線形均滿足設計要求。

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