拱梁组合钢结构桥梁技术分析

2021-12-07刘瑞林

运输经理世界 2021年15期

文/刘瑞林

1 前言

在桥梁建设领域中拱梁组合钢结构桥梁技术的应用，可以提高桥梁结构的安全性以及稳定性，并对项目的开展有着积极作用。因此，对拱梁组合钢结构桥梁技术的应用情况进行分析，不断寻找出更为科学有效的技术方案,有助于提高桥梁建设的质量。

2 工程概况

某跨河大桥的工程项目，与下方的河流是斜交的形式存在，其交叉度数为16.12o,因此施工人员要根据现场的实际情况按照“斜桥正做”的基本原则开展项目设计和施工。该桥梁下部结构属于下沉式组合桥梁结构，其跨度为93.24m，宽度设计为34.2～45.8m之间。拱肋结构采用的是梯形钢筋断面制作而成，系梁则是矩形钢筋断面的形式。吊杆主要包含内外两个结构部分，以三角形的形式制作，作用在于承载车辆通行的荷载。在非机动车道中，按照平钢箱梁结构的形式设计，拱的水平推力与系梁拉力是自平衡的系统，能够完全达到运行标准[1]。

3 技术实践分析

3.1 主梁施工要点

在桥梁工程的实施环节，桥梁各个结构力学特性都会有所改变，而造成这一问题的原因有如下两个方面：拱梁组合结构形式非常复杂；桥梁跨度尺寸较大。从实际运行状况分析，如果桥梁跨度尺寸较大，就会导致桥拱受力较大，极易发生变形问题，给桥梁运行安全性带来不利影响。因此，工作人员要分析该结构的受力条件，展开全面深入的分析，以此满足桥梁的运行标准。此外，桥梁结构内部应力发生变化和焊接顺序、温度等要素存在关系，施工环节要重点关注这些方面，切实提升结构的总体性能[2]。

3.2 主拱施工要点

该工序主要部分是在主梁结构完毕以后才进行的，在具体施工时要求施工人员先搭建好施工平台，做好横、纵支撑结构安装，保证结构体系性能合格。在支架安装工作结束后，开始进行钢拱肋的吊装施工。钢箱拱线形设计极为重要，其会影响桥梁的性能，因此在钢箱拱和吊点隔板组合的时候，施工人员需要考虑到组合的承载力以及抗压强度。另外，在制作与安装环节进行质量管控极为重要，通过全站仪检测各项数据信息，需保证钢箱拱线达到设计标准。钢箱拱很多都是中厚板焊接方式，在焊接操作时施工人员应了解焊接工艺的要求，控制焊接连接点，减少焊接不均匀导致的裂缝现象；同时，为了满足焊接变形控制以及残余应力控制要求，在具体操作阶段中，施工人员还需要固定对号焊接对应结构，进而减少焊接晃动问题引发的质量问题[3]。

3.3 支架稳定性控制

在钢结构桥梁施工中，对于支架结构稳定分析时，一般分为支点失稳、极值点失稳、跃越失稳。在具体的建设过程中，应深入分析支架失稳的条件，保证结构的稳定性符合要求，达到安全性标准。在拱梁组合桥梁支架施工阶段，由于受到外界因素以及技术因素的影响，通常薄壁型钢结构容许板件存在局部屈曲现象。针对此问题在设计环节需要相关设计人员做好屈曲后极限承载力参数的设计工作，要求设计人员对设计的参数进行校对，以保证在后续工序开展时，不会出现支架失稳的问题。

4 支架方案

要想综合分析工程的实际情况，就要结合实际情况发布相关的施工方案，同时现场人员展开考察和分析。经过分析发现，本次桥梁是跨河桥梁项目，下部河道并未完全开挖完成。测量之后确定，河底低点与桥梁最低点的间距为3.68m 左右。工作人员结合现场的考察结论，采取先填河、后开挖疏浚的施工方案。这种方案的工期较短，成本较低，符合实际运行需要，且能够在现场灵活设置支架和支撑的结构，工程安全性完全满足要求。

4.1 支架布置

在该项目施工过程中，主体纵梁结构的布设是按照由南到北的方式进行的。支架布设时管支结构按照桥梁纵向的位置布设，保证其受力点能够在主纵梁腹板位置当中，然后选择基础剖面为混凝土板块设定到支撑点的位置。桥面结构的支撑部分根据长度、宽度方向进行设置，并且长度方向上间隔距离设定为400cm，宽度设定为360cm。在设置环节，工作人员先确定具体的桥宽中心线，且要在桥面支撑结构上设计为5 列，以对称方式铺设施工，应用20#槽钢连接形成整体的结构。为了达到支撑性能的要求，工作人员设置定位点，具体支架设置点可见下图1。

图1 支架点布置图

4.2 受力分析

桥梁的纵向结构总计分为14 个段落，总体重量是602t。在工程实施环节，安排施工人员将龙门吊设置在主梁结构位置，使其能够在后续的操作中起吊相关的构件。由于荷载分布在两侧桥台以及24 条基础结构上，每个基础结构承载22.6t 荷载，基本上达到每根支撑的2 倍左右。因此，从受力层面分析，各个荷载均能够在不同的支撑体系中分布，实现了受力扩散的需求，这对提升稳定性具有积极作用。

4.3 拱肋支架方案

混凝土基础与管支撑都是设置到人行道挑梁的下部，并且要严格根据方拱节段合拢缝投影位置安装，合拢部位的支架一般都要安装到挑梁上部空间上，以此实现地面力的传递。拱肋支架的制作材料为φ325×8mm 的无缝钢管，总计需要4 根；横撑和斜撑也是应用无缝钢管制作，规格为φ100×8mm。根据设计方案的要求，斜撑与横撑在设置时间隔距离全部是3m。支架高度超过9m 的情况下，工作人员应该在现场设置缆风绳结构，每个支架上要设置4 根缆风绳，直接固定到管子上，且和地锚连接。

5 吊装方案

5.1 吊耳及钢丝绳

所有的主纵梁、拱肋分段都要设置4 个吊耳，主要以钢材(Q235B)进行制作。其中，对于吊耳的要求格外关键，因此工作人员需要对其承载强度进行计算，计算公式为

其中，δ 表示钢板的屈服强度（MPa）；s 表示吊耳的焊缝位置的最小面积（m2）；K 表示安全系数，取值为1.3。

主吊结构的钢绳应达到规格的标准要求，选择工作结束后，工作人员要做好钢丝绳的检查，保证不会发生锈蚀、折弯等情况，且没有任何问题后才能开始起吊作业。

5.2 拱肋吊装

拱肋在吊装作业之前，需要采取全站仪进行放样，然后在现场搭设拱肋支架。拱肋吊装需要使用钢丝绳来进行，具体操作阶段按照钢拱架的要求做好倾斜调整，然后进行吊装作业。此外，工作人员还要进行吊架的轻微调整，保证各个节点达到设计方案的要求，最终通过焊接方式连接稳固。工序完成以后，施工人员要观察其是否存在倾斜、失稳现象，若存在此类问题，则要调整合格后再开展后续作业。

5.3 施工控制

为了达到工程质量控制需求，可按照表1偏差值标准进行：

表1 偏差值控制表

在施工阶段根据需要在现场组建测量控制网，通过极坐标的方式进行质量控制，保证极坐标的精度满足要求，达到标准要求后才能进行预埋件的打孔处理。此外，施工环节为了避免焊接变形问题，施工人员还需按照焊接工艺要求进行作业，且做好焊接温度以及风力因素的分析，减少焊接变形、应力过大的情况出现，保证整体结构形式合格。在钢结构吊装合拢操作环节进行相邻梁段结构的高程复测作业，消除任何不利因素的影响，保证各个结构的尺寸精度合格，稳定性、安全性达标。