刚性悬索加劲连续钢桁梁大桥拼装工艺探究

刚性悬索加劲连续钢桁梁大桥拼装工艺探究

苗尧华

陕西华山路桥集团 有限公司 陕西西安 710016

【摘 要】近年来，在城市河流以及大的江河流域乃至跨海工程上，均需要建设公路桥梁或者轨道交通桥梁。而公路与轨道交通合建必然带来节约桥位资源、共同受力、增加结构刚度等系列优点，一般说来，公轨合建能够节约总的工程投资，因此越来越多的公轨合建桥梁涌现出来。本文通过对刚性悬索加劲连续钢桁梁结构施工技术的研究总结了一套施工方法为中国大型公路与轨道交通一体化桥梁的建设积累了宝贵的经验。

【关键字】刚性悬索加劲连续钢桁梁 预拼装 主桁平弦 悬臂拼装

【前 言】

本工程结合案例是某主桥钢梁采用刚性梁柔性拱方案。主梁采用带竖杆的等高度三角形桁架，桁高16.0m，节间14.0m，桁宽30m，横向布置两片主桁。柔性拱肋按圆曲线布置，矢高30.0m，矢跨140.0m，矢跨比为1/4.67，拱肋在拱脚与支点处斜杆通过节点相连。大桥上部结构为（128+3×180+128）m刚性悬索加劲连续钢桁梁结构，采用多点顶推法架设施工。导梁为变截面三片桁结构，采用带竖杆的N形三角桁架，上弦、下弦、腹杆采用箱型截面，平联、横联、桥门架采用工字型截面。杆件间采用高强度螺栓连接。

【正 文】

一、总体施工方案

钢箱梁、钢桁梁、工字梁等钢构件在专业工厂加工制作，其中钢箱梁、钢桁梁工厂预拼装完成，经验收、编码后运输至施工现场，现场拼装成节，试拼装后开始在拼装平台组立、连接后，采用累积顶推滑移施工，顶推作业完成后进行根据合拢要求完成合拢作业。

（1）工程特点

本桥为12跨连续钢桁梁桥式、上下层公轨合建桥面双层板桁组合式结构，该结构体系施工工序多，技术含量高，主桥钢桁梁横向轴间距30.5m，跨度大，为两片主桁结构，其加工技术难度大，质量控制要求严。主桥采用的整体节点和钢桥面板焊接工作量大，焊接变形大，焊接的质量与杆件的组拼精度是控制工程质量的关键点

（2）总体加工方案

大桥分为上下层桥面部分和桁架部分。上下层桥面和桁架均搭设胎架制作。每个制作单元完成后均在车间进行预拼装，确保加工及安装精度满足施工要求。

二、主要施工工艺

（1）上下桥面段采用公路运输方式，运输条件的限制是制约主桥制造段划分的主要因素，经实地线路勘察；我方距工程所在地仅几十公里路程，沿途没有大的限高、限宽和限长等运输限制设施。

（2）上下桥面制造段的划分时，应满足以下原则：制造段的划分应根据梁段构造特点，并应满足设计要求的条件进行划分；梁段制造段的划分不仅要满足工艺要求，还应满足经济适宜性。

（3）上桥面分为桥面板、主桁上弦杆、主横梁、次横梁、纵梁、U肋和板肋，下桥面分为桥面板、主桁下弦杆、主横梁、次横梁、纵梁、U肋、板肋和悬挑人行天桥。根据加工工艺，将主桥面的截面构造分为顶板单元（桥面板+U型肋+板肋）和T型梁单元（主横梁、次横梁、纵梁）。

(4)根据施工方案和加工方案以及运输条件要求，将上下桥面宽度方向分成3段，最大宽度为10m，沿桥纵向方向每2.5m分为一个制造段。为确保钢桁梁各制造段的组装质量满足设计图纸要求，组装胎架设计应满足下列总体要求：钢桁梁的纵向线形通过调整胎架支撑面高差来实现，考虑到钢桁梁受焊接收缩变形和重力的影响，在胎架横向设置适当的预拱度。在胎架上设置纵、横基线和基准点，以控制梁段的位置及高度，确保各部尺寸和立面线形。胎架外设置独立的基线、基点，形成测量网，以便随时对胎架和梁段线形进行检测。胎架基础必须有足够的承载力，确保在使用过程中不发生沉降，并要有足够的刚度，避免在使用过程中变形。胎架应满足运梁车进出方便和安全的要求。每批（轮）次梁段下胎后，应重新对胎架进行设置、测量，做好检测记录，确认合格后方可进行下一批（轮）次的组拼。

(5)预拱度、余量设置

（i-1）梁段纵向线形根据监控单位提供数值后预设上拱度；横向设置焊接反变形，以保证成桥线形。（i-2）梁段设有余量端，在余量端留有50mm切割余量，待梁段整体组装后，预拼时匹配切割。中跨合拢段两端头各设置100mm余量，梁段预拼时合拢段和相邻梁段拉开100mm，梁段余量留至桥位合拢时配切。

(6)梁段组拼方法

各板单元及横纵梁单元制造完成后，在总拼胎架上进行多节段连续匹配装焊。梁段装焊采用“正装法”，以胎架为外胎，以横纵梁为内胎，各板单元按纵、横基线就位。

首制梁段要求严格按照施工工艺执行，梁段制作完成后召开内部总结会，检验工艺合理性、可操作性，在完善工艺的基础上再批量生产。钢桁梁在总拼胎架上制造完成后，放置于事先设置好的场地，钢梁下方必须置放厚度大于150mm的木块、橡胶板。放置时用木楔将梁段调平，避免三点着力。梁段场内转运流程和梁段运输示意图如下：

(7)桁架的主要施工方法

桁架主要有上弦杆、下弦杆、斜杆、竖杆组成。其中上弦杆、下弦杆及斜杆为箱型结构，斜杆及竖杆为H型结构。主桁上下弦杆采用箱形截面，杆件内宽1300mm。下弦杆内高1240mm，每侧竖板各设一道板式加劲肋，上、下水平板各设一道板式加劲肋；上弦杆内宽1300mm，杆件高1500mm，每块板件各设一道板式加劲肋。

拱肋弦杆采用箱形截面，杆件外宽1300mm，杆件高1280mm，每块板件各设一道板式加劲肋。主桁斜杆采用箱形或H形截面，主桁竖杆及拱肋吊杆均采用H形截面。

主桁平弦部分节点采用整体节点设计，考虑制造及安装方便，拱肋节点采用拼装节点。主桁最大板厚控制在50mm以内。目前在主桁以上采用加劲弦的钢桁梁桥，加劲弦只能在二期恒载和活载的作用下与平弦部分共同受力，所起的作用较小，未能有效减小主桁的桁高，与等高钢桁梁相差不大，而且由于加劲弦和吊杆受力较小，刚度也相应较小，还需用大量的横向联接系来保持其自身稳定，故杆件繁多，且无上层桥面。 还有刚性主缆悬索桥，是在没有高强钢丝的条件下，采用刚性的眼杆联接成主缆， 施工时先架设采用专用设备架设主缆，然后架设主梁，受力以主缆为主，刚性眼杆的主缆现 在已被高强钢丝束淘汰。
桥面采用正交异性板整体式桥面。桥面纵肋采用开口肋，具有制作、焊接方便等优点。。

主桁上弦设交叉型上平联，杆件采用焊接工形构件，截面高500mm，上平联节点板与主桁为焊缝连接。拱肋弦杆间设交叉型平联，杆件采用焊接工形构件，截面高730mm。每个上弦节点处均设有横联，横联为三角形桁架形式，桁架高约6m，工形杆件高约400mm，宽400mm。

横联设计为带K撑的结构。为减小横梁的跨度，改善横梁的变形和受力，在节点横梁中间设置吊杆，吊杆上端与横联连接。

主桥基础采用适应性好的钻孔灌注桩基础。经比选，主桥1～4号中间主墩采用直径2.5m钻孔桩基础，桩长90～102m，0、5号边墩采用直径2.0m钻孔桩基础，桩长70～90m。

主桥基础墩身截面为适应凌汛期间破冰的要求而采用尖端形实体墩身，截面外形尺寸为33m×4m。为减小墩身对水流的横向影响，在墩身上开孔。

3. 拼装方法：

主桥钢梁的制造在钢梁制造厂完成，杆件运输至工地钢梁拼装厂，经试拼合格后，再进行起吊安装。钢梁采用散拼的工艺。拼装顺序由南侧5号墩向北侧0号墩方向。5号墩和4号墩之间的钢梁位于滩地上，采用在支架上拼装的方式，其余区段的钢梁采用悬臂拼装，为减小拼装时悬臂长度，各中跨悬臂拼装跨时设置临时墩。

结束语

本文总结了刚性悬索加劲连续钢桁梁结构公路大桥的一些方法，在拼装工艺方面取得了一定的成果，为类似工程的施工创造了宝贵的经验。

参考文献：

[1] 张俊光 刘永建 刚性悬索加劲钢桁梁桥结构参数敏感性分析 郑州大学学报 2018年10月33期

[2] 刘永健 刘剑 刘君平  刚性悬索加劲钢桁梁桥施工阶段全桥模型试验研究 《土木工程学报》  2010年第13期

[3] 方继 丁仕洪 张时利  济南黄河公铁两用桥带加劲弦顶推施工技术《桥梁建设》  2018（12-34）

[4] 李建红 刚性悬索加劲钢桁梁桥加劲弦安装过程及成桥阶段塔柱稳定性分析 《长安大学》2018年11月第12期