高速公路钢箱梁施工技术研究

吴非

【摘 要】随着我国城市化进程的不断加快和科学技术水平的不断提升，钢箱梁以其优越的性能被广泛应用于高速公路桥梁结构中。文章结合工程实例，对钢箱梁施工工艺、焊接工艺、涂装、顶推施工进行了探讨，在该工程投入使用后性能良好，可供类似工程参考和借鉴。

【关键词】高速公路;钢箱梁;上跨;吊装;顶推

【中图分类号】U445.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）05-0068-03

1 工程概况

昆明市北京路北端连接西北绕城高速立交主要位于盘龙区龙泉街道处，跨过西北绕城高速公路段采用钢箱梁。西北绕城高速公路为既有公路，通行车辆较多。钢箱梁为简支梁结构，两端桥台为桩基础钢筋混凝土桥台，桥台施工完成后，方能进行顶推施工。

钢箱梁分左右幅制安，两幅桥钢结构共重656 t，材质均采用Q345qD。桥面宽10 m，两幅并行，为分离式桥梁，两幅桥梁间距为0.25 m。钢箱梁为单箱双室截面，跨径为58 m。箱梁腹板采用等高设计，桥面横坡由箱梁截面绕设计高程点旋转而成。钢箱梁的顶板兼做桥面承重结构，按正交异性设计。钢梁箱体部位顶、底板采用“U”形肋加劲，悬臂部位顶板采用“U”形肋加劲和板肋加劲。箱内纵向每3 m左右设一道普通横隔板。支点处设支点横隔板，并在支点处设竖向加劲肋。箱梁内外侧悬臂长2 m，悬臂根部高60 cm，端部高35 cm，纵向每1.5 m左右设一道悬臂梁，其位置与箱内横隔板、竖肋相对齐。箱梁外轮廓高2.3 m。箱梁顶面全宽10.0 m，箱梁底板宽6.05 m，悬臂长2.0 m，宽挑臂。

2 钢箱梁制作工艺

钢箱梁制作拟在生产基地进行。在划分梁段过程中，充分考虑到市场提供材料的局限、生产车间的情况、运输路线的局限性及重点考虑现场场地的吊装限制、采用的起重机械设备等因素。经实地观察及结合运输车辆、起重机械性能，进行分段。钢箱梁纵桥向分5段，横桥向按各室分1段;挑檐左右分开制作，每段长7～9 m。钢箱梁运输选用长13 m的四桥车运输。两桥均跨过既有高速公路，跨度均为58 m;在不对既有公路进行封闭施工时，拟对跨既有公路段钢箱梁采用液压千斤顶顶推的施工工法安装。顶推顺序如下：先顶推左幅，再顶推右幅。

3 钢箱梁焊接及防腐涂装工艺

焊接工艺评定包括对接接头试验、熔透角接试验和“T”形接头试验。本项目中有对接接头、腹板与顶底板“T”形接头。钢箱梁制造的焊接工艺是保证焊接质量的关键，所有类型的焊缝在施焊前应做焊接工艺评定，根据评定的结果编制焊接工艺。由于钢箱梁节段为全焊结构，结构焊缝较多，所以产生的焊接变形和残余应力较大，制造过程中，在保证焊缝质量的前提下，尽量采用焊接变形小、焊缝收缩小的工艺和纯度大于99.5%的CO2气体保护焊。防腐涂装的构件主要为钢箱梁整体节段。桥位焊缝及损伤区域的补涂、桥位面漆的补涂均在施工现场进行。涂料应装在密封容器内，容器的大小应方便运输，并在每个容器侧面粘贴标签，包括牌号、颜色、批号、生产日期和生产厂家，所有涂料储存在3～40 ℃环境中，并注意环境通风。涂层表观要求漆膜连续、平整，颜色一致且符合设计要求。

4 施工要求和技术保证条件

施工中，各梁段端部标高的确定必须在日出前温度较稳定、风力较小的时段进行，以消除日照温差引起的误差。端部标高确定后应迅速用临时匹配件将梁段连接起来，然后进行焊接。施工控制的原则是以标高控制。在制作梁段过程中，端口应匹配制作。工地焊接的精度要求应按招标文件的技术规范及国内有关规程、规范执行。钢箱梁的悬挑部分及箱梁的小节段由工厂内加工完成，现场搭设临时支架小节段运到工地直接在临时支架上拼装、焊接，拼装、焊接质量对本工程的总体质量起到了关键性的控制作用，因此组装、焊接及后續工序的质量管理和控制是确保本工程质量的重点。本工程除保证桥段的吊装、高空组对和焊接工作等施工安全和质量外，尚应确保施工道路的顺畅通车，因此必须投入较大的人力和采取必要的安全防护措施。吊装指挥机构为临时机构，其作用就是按照既定的吊装方案统一指挥、调配，使工作有序进行，确保吊装质量、安全和工期。

5 顶推施工控制要点

本钢箱梁的施工过程如下：顶推钢箱梁至指定位置;落放钢箱梁至桥梁支座位置，顶推拟采用依次顶推的方式;落梁采用4台200 t油缸千斤顶下放的方式。顶推施工需要设置顶推油缸千斤顶、滑靴、轨道、夹轨器等主要的施工机械设备准备。施工的重难点有钢箱梁线形控制精度、施工安全防护防护要求、落梁高度、总体拼装顺序、吊装场地需求、架设顺序流程、各滑道的横向标高控制、悬臂节段及其余节段的整体重心控制、横向限位及纠偏、起落梁及纵横向纠偏控制、焊缝检验、焊缝缺陷修补。

6 吊装施工受力检算

（1）钢绳的受力检算。本钢箱梁工程的桥段主体最大重量约29.6 t，经进行汽吊吊装计算后，拟利用2台70 t汽吊吊装，分别用2根绳扣进行构件的吊装作业（如图1所示）。

（2）吊耳承载检算。确定桥段的重心位置后，沿腹板方向在设置有隔板、加劲肋位置上焊接吊耳，有必要时对桥段箱梁采取补强措施。每一桥段上设4个吊耳，即每一桥段采用4根钢绳吊装。最大吊装重量为29.6 t，按30 t考虑，则单个吊耳受力为7.5 t。

耳板材质为Q345Qd，结构如图2所示。

耳板拉应力检算：

拉应力的最不利位置在孔洞对应上方断面，按结构的最大承载力极限设计，Nmax≤[σ]×A/1.4=295×40×20/1.4=168 600 N =16.86 t。

耳板剪应力检算：剪应力的最不利位置在孔洞圆心位置截面，Nmax≤[τ]×A2≤170×80×20/1.4=194 300 N=19.43 t。

局部挤压应力检算：局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴（直径为30 mm）的结合处，Nmax≤[σ]×（t×d）φ≤295×32×20×0.7/1.4=94 460 N=9.44 t。

耳板与箱梁连接角焊缝的计算：焊缝高度hf=10 mm、单边计算长度为230 mm的耳板角焊缝时，Pmax≤[σ]×he×LW/1.4=160×（0.7×10）×[（250-20）×2]/1.4=368 000 N=36.8 t。

综上计算得出，吊装耳板可承受最大荷载为9.44 t，大于7.5 t，满足本工程最重构件吊装的需要。

7 钢箱梁顶推受力分析

滑移结构及滑移支撑采用结构分析软件sap2000进行计算。

7.1 滑移结构验算

7.1.1 计算说明

边界条件：滑靴点—Z向缝单元（模拟顶推约束）。荷载：自重—DEAD。荷载组合：强度及稳定—1.35×DEAD。支座反力及变形—1×DEAD。

7.1.2 滑移验算结果

箱梁滑移不同阶段验算模型如图3所示，计算结果如下：

各阶段滑靴反力：悬挑最长时滑靴反力为2 871 kN，前端接收墩支架最大反力为1 882 kN。悬挑端最大下挠为325 mm。导梁最大应力比为0.382。满足滑移要求。

7.2 滑移接收支架验算

7.2.1 計算说明

边界条件：支撑架柱脚—三向铰支座。荷载：自重—DEAD。滑靴反力—LIVE。荷载组合：强度及稳定—1×DEAD+1×LIVE。支座反力及变形—1.3×DEAD+1.5×LIVE。

7.2.2 验算结果

箱梁滑移不同阶段验算模型如图4所示，计算结果如下：最大下挠为6.6 mm，最大应力比为0.886。满足滑移要求。

8 结语

云南省高速公路近年迎来高速发展，即将迎来“十四五”规划建设的高峰期，在高速公路的建设过程中，存在大量的钢箱梁施工，钢箱梁施工采用分段分块拼装焊接，从制作﹑运输﹑安装等方面来讲，比起传统的混凝土预制梁有着施工更为便捷、施工跨度更大、妨碍交通时间短、适应各种恶劣地形的优点，前景光明。本文对钢箱梁的施工工艺进行了探讨，为以后类似工程的施工提供了实际的参考和借鉴。

参 考 文 献

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