3×80m连续钢桁梁拼装线型控制

盖平

摘要：陕西合铜高速公路水苏沟大桥主桥上部结构设计为上承式3×80m钢桁-混凝土组合梁，设有2%横坡并处于竖曲线上。施工时采用现场焊接拼装、步履式顶推施工工艺。通过设计带坡度的顶推滑道，保证了钢桁梁的纵坡;通过杆件加工长度调整预设预拱度、胎架桁片拼装预拱度设置、桁片组装线型控制三个方面控制钢桁梁拼装后的预拱度及竖曲线，保证了钢桁梁的拼装线型质量及成桥线型，对以后同类型钢桁梁拼装线型控制有较高的借鉴价值。

Abstract： The superstructure of the main bridge of Shuisugou Bridge on Hetong Expressway in Shaanxi is designed as a through-type 3×80m steel truss-concrete composite beam， with a 2% cross slope and on a vertical curve. During construction， on-site welding assembly and walking push-up construction technology are used. By designing a sloped push-up slide， the longitudinal slope of the steel truss beam is ensured; the pre-camber and vertical curve after assembling the steel truss is controlled by adjusting the preset pre-arch degree of the processing length of the rod， pre-camber setting of tire frame truss assembly and the linear control of the truss assembly line， which ensures the assembled linear quality of steel truss girder and the completed linear shape and has a high reference value for the linear control of the assembly of the same type of steel truss in the future.

关键词：钢桁梁;拼装;预拱度;线型

0  引言

近年来随着钢板材质、设计制造水平不断提高，钢桥应用越来越广。根据交通运输部在推进公路钢结构桥梁建设的指导意见中提出提升公路建设项目“内在”、设计更高品质的桥梁的要求，设计单位设计了一种新型桥梁钢桁-砼组合梁应用到高速公路建设中。钢桁采用耐候钢全焊结构，可以提高主梁跨度、减少钢梁的后期维护成本，同时满足绿色公路、品质工程的建设宗旨。

1  工程概况

1.1 线路概况

陕西合铜高速公路TJ-6标位于陕西省渭南市白水县境内，标段全长20km。水苏沟大桥桥梁全长697m，跨越水苏沟，沟宽约500m，最大高差80余米，孔跨布置为2-（3×30）m预应力简支箱梁+3×80m钢桁-砼组合梁+3-（3×30）m预应力简支箱梁。设计荷载为公路I级，分离式布置，单幅桥面宽12.9m。

1.2 主桥概况

主桥（6#-9#墩）上部结构为3×80m钢桁-砼组合梁，下部结构为簿壁空心墩、群桩基础，最大墩高82m。

主桥钢桁梁设计为上下平行弦，无竖杆形式两片主桁结构，桁高7.2m，节间长度8m，主桁中心距6.7m。主桁架间采用横梁加强横向联系，跨内小横梁纵向间距8m。全桥钢桁梁采用Q420qD耐候钢，总重2341t。

主桁上下弦杆采用箱型截面，外高600～700mm，内宽600mm，最大板厚38mm;斜腹杆采用箱型和工字型截面，最大板厚30mm;上、下平联及下平联十字撑均采用工字形截面。主桥钢桁梁除下平联十字撑采用高强螺栓连接外，其余均采用焊接。

2  主要施工方法

综合考虑主桥的地理位置、墩柱高度、钢桁梁结构特点等多方面因素，最终确定主桥钢桁梁采用顶推法施工。在大里程11#-14#墩之间设置52m长拼装平台，拼装平台主要有钢桁梁组拼胎架、拼装龙门吊、顶推滑道组成。首先在组拼胎架上组拼焊接上下弦杆和腹杆，形成16m长的桁片;然后利用龙门吊将桁片吊装至顶推滑道上与前一段桁架焊接;最后依次焊接下平联和上平联;焊接完成检测合格后进行顶推作业。

3  拼装线型控制方案

由图2可见，钢桁梁成桥后的线型主要由钢桁梁预拱度、线路竖曲线、线路横纵坡三个方面决定，钢桁梁拼装过程中也主要从这三个方面进行控制。

钢桁梁成桥后的横纵坡线型、竖曲线在垫石标高设置上已经进行调节，在拼装过程中应使用相同的纵坡和竖曲线进行拼装，保证钢桁梁在拼装过程与落梁就位后的受力一致。線路纵坡通过拼装平台上的滑道标高控制，滑道按照设计的5‰坡度进行安装。

钢桁梁的预拱度及线路的竖曲线共同决定了钢桁梁的拼装曲线，分别从钢桁梁的杆件加工长度调整预设预拱度、胎架桁片拼装预拱度设置、桁片组装线型控制三个方面进行控制，以保证钢桁梁的拼装曲线与成桥的曲线一致。

4  预拱度计算

该桥为3跨连续钢桁梁，预拱度分跨设置，设计文件中给出预拱度设置计算公式：y=0.5A×（1-COS（X/L×2π）。A=每跨跨中恒载挠度+0.5倍活载挠度，其中X为距离支座距离，L为每跨跨径。通过模型计算得出各跨跨中的预拱度A值详见表1。

该桥的施工周期较长，环境温度变化幅度大，考虑到钢桁梁的温度效应，对钢桁梁的预拱度进行温度校正以得出最终的施工控制预拱度。施工时可以根据拼装时的温度和预计落梁时的温度，灵活选用表2的修正值对预拱度进行修正，表中修正值代表温度下降时，各跨预拱度值的所需增量。以第7跨为例，由表1中可知该跨跨中预拱度100.9mm，施工时拼装时间为夏季平均气温35℃，落梁时温度15℃，按照温差20℃进行预拱度修正，得出拼装控制预拱度跨中为103.6mm，按照计算公式算得每个节点对应的设计预拱度值如表3所示。

5  线型控制措施

5.1 横、纵坡度控制

拼装过程中横坡由两条滑道设计顶标高相对高差进行控制，内侧滑道比外侧滑道高13.4cm（横向宽度7.6m，桥面横坡2%）。滑道纵向设置5‰的纵坡，与线路纵坡一致保证钢桁梁的拼装纵坡与成桥纵坡一致。如图3、图4。

5.2 杆件加工预设预拱度

根据表3中的控制预拱度做出预拱度曲线，调整钢桁梁杆件长度设置钢桁梁的出厂预拱度。钢桁梁的下弦杆及斜杆长度不变，通过改变上弦杆的长度实现出厂预拱度的设置。第7跨各杆件长度设置如图5。图中所示长度为节点间距，杆件加工长度应综合考虑焊接接缝长度及焊接余量长度。

5.3 胎架桁片拼装预拱度设置

5.3.1 胎架设置

钢桁梁拼装胎架采用桁架式结构，胎架总长48m，宽8.5m，如图6和图7所示。胎架采用I20工字钢焊接形成，底部用膨胀螺丝与地面混凝土锚固，胎架安装时顶面标高用水准仪校核，保证顶面在同一水平面上。

5.3.2 桁片拼装

在桁片拼装之前在胎架上用墨线弹出桁片的拼装外轮廓线，作为拼装过程中上、下弦杆的位置控制线。单根杆件组装成桁片时控制节间长度8000±2mm，上下弦杆中心距7200±2mm，杆件定位完成后利用水准仪调整各杆件的水平高度，保证每个桁片的桁面平整，误差不大于3mm。

5.3.3 胎架拼装预拱度设置

桁片拼装长度16m，在拼装过程中将两个节点之间的预拱度值差值按照预拱度控制值进行设置。如第7跨40m与48m节点之间的预拱度差值为100.9-91.3=9.6mm，在该桁片拼装时40m、48m节点之间的中心线相对距离为9.6mm。

5.4 桁片组装线型控制

桁片拼装完成后，吊装至滑道上进行对接组装。组装时通过控制每个节点的拼装标高来控制钢桁梁的拼装成型的曲线，利用在滑道上支垫不同高度的滑块及支垫钢板来调整各个节点的拼装标高。拼装控制标高为纵坡标高+控制预拱度+竖曲线高差三个之和。以第9跨为例计算，首先测量0m处的滑道标高为888.970，该节点直接支承在700mm高的滑块上，拼装控制标高为889.67，预拱度为0mm，竖曲线高差为33mm，则节点的拼装坡度标高为889.637。以889.637为基准标高计算后续各节点的坡度标高，以各点坡度标高+控制预拱度+竖曲线高差得出控制标高，以控制标高与实测滑道标高的差值进行滑块和钢板的支垫，如表4所示。

桁片组装完成后，对线型进行测量复核，根据测量结果与设计线型的对比进行调整直至线型满足误差±3mm的要求后进行焊接定位，完成钢桁梁的拼装施工。

6  成桥线型检测

成桥后对钢桁梁的线型进行检测，成桥线型与设计线型基本相符，最大误差在+2～+5mm之间，如图8。

7  结语

钢桁梁拼装线型决定着成桥线型和桥梁使用过程中的行车舒适性，对桥梁的使用至关重要。将拼装滑道按照桥梁设计的纵横坡度设置，保证了钢桁梁拼装过程与成桥状态坡度一致;通过对设计预拱度的温度修正消除了拼装与落梁时的温度差对线型的影响;根据成桥预拱度线型对杆件加工长度调整预设出厂预拱度，桁片胎架上拼装调整相邻节点间的预拱度，桁片组装时对每一个节点的拼装标高進行控制，拼装成型后的复核调整，确保了钢桁梁的拼装线型与成桥线型一致，保证了施工质量。

参考文献：

[1]刘立强.预拱度钢桁梁施工技术[J].钢结构，2013，28（9）：65-68.

[2]吴海涛，李鸥.大跨连续钢桁梁架设施工控制分析[J].公路工程，2012，37（2）：137-141.

[3]向律楷，鄢勇钢桁梁预拱度设置方法研究[J].四川建筑，2015，35（1）：150-153.