大跨度连续钢箱梁斜拉桥未知系数法合龙技术

马 良，吴 迪，于新波

（山东华鉴工程检测有限公司，山东 济南 250102）

引言

随着斜拉桥跨越能力不断提升，确保在最大悬臂状态下主梁顺利合龙成为桥梁建设的热点问题，精确合龙涵盖了合龙口参数敏感性分析以及误差调整等多方面分析后的综合考量[1-2]。

1 工程概况

某桥为双塔双索面五跨连续钢箱梁斜拉桥，主桥跨度为70.5 m+215.5 m+680 m+245.5 m+70.5 m，主桥结构体系为支承体系（即半漂浮体系），塔墩固结，主梁在索塔及辅助墩、边（墩）台处设竖向支承，并在索塔与主梁之间设置横向与纵向限位装置。

主梁主体结构采用正交异性桥面板流线形扁平钢箱梁，桥梁中心线处梁高3 m，全宽（包括风嘴）28.5 m，设有双向2%的横坡。箱梁顶板厚一般为14 mm（最大加厚至24 mm）；底板一般厚为12 mm（最大加厚至20 mm）。顶板U 形肋高280 mm，板厚8 mm，间距600 mm；底板U 形肋高200 mm，板厚6 mm，间距640 mm。桥塔采用组合式桥塔，下部是整体箱形塔墩,上部为钻石型钢筋混凝土塔架，横梁将塔柱联成整体。桥面全宽26.5 m。主桥结构典型断面见图 1、图 2。

图 1 主桥结构/m

图 2 主梁标准断面/m

2 合龙方案

北次边跨梁段（NHB#）合龙施工方法是先将已安装完成的墩顶梁段（NSB15#）向边跨侧预偏，合龙段起吊安装后，再通过三向千斤顶调节墩顶梁段的方式进行合龙。合龙施工流程：（1）墩顶托架的搭设施工以及竖向、横向支座的安装，支座安装时，竖向支座的上盖板向岸侧预偏 12 cm，并将支座上下盖板临时固结；（2）中跨侧 NMB15#梁段吊装完成后，横向限位牛腿提前放置在墩顶上，边跨侧变幅式桥面吊机将 NSB15#梁段吊装至 4#墩顶，并往岸侧预偏 12 cm；（3）通过三向千斤顶系统精调梁段的轴线、高程以及里程，安装横向限位牛腿，同时将钢箱梁与竖向支座上盖板连接固定；（4）变幅式桥面吊机起吊并安装 NHB 梁段，并根据监控指令要求进行斜拉索索力的调整，并按照监控指令要求在 NHB 梁段上增加适当的配重；（5）施工人员站在托架上，将托架和 NHB 梁段进行斜向对拉，调节 NHB 梁段的轴线位置与 NSB15#梁段轴线对应；（6）利用葫芦将 NSB15 梁段往江侧回移，待合龙缝宽接近 1cm 左右时停止，并调整 NHB 梁段的标高与 NSB15#梁段匹配；（7）梁段调整到位之后，在极短的时间内完成定位板连接并码板焊接连接，以达到锁定目的；（8）进行梁段的栓、焊连接，次边跨合龙结束。

3 温度影响分析

温度对桥梁变形的影响不可以忽略。温度分为两种，一种为梯度温度，一种为整体温度[3-4]。钢箱梁的梯度温度对变形的影响较大，特别是日晒情况下，会让主梁产生较大的下挠。整体温度对钢箱梁挠度影响较小，对钢箱梁纵向伸长影响较大，钢箱梁纵向伸长可以通过调整球形支座上下盖板的偏移量来控制。

根据施工工期安排，NHB 和NSB15#梁段在2016 年8 月初合龙。根据合龙时间，调查当地近两年的气温情况（7 月15 日—8 月15 日），2015 年7月15 日—2015 年8 月15 日，夜间的最低平均气温为25 ℃；2014 年7 月15 日—8 月15 日，夜间的最低平均气温为26 ℃。据此推断合龙时的夜间最低气温25 ℃概率较大。

为确保合龙准确性，表1 测量数值为合龙当天NHB 和NSB15 梁段钢箱梁顶面的高差变化值。NSB15#梁段放置在4#墩墩顶位置，其标高不受温度影响，高差的变化主要是由日照引起的NHB 前端的高程变化产生。

从表1 中数据分析可知，白天最高气温基本都在33 ℃以上，钢箱梁表面温度基本能达到60 ℃，梁底温度约35 ℃，并且白天温度梯度不稳定，13：00—14：00 时段温度梯度荷载最高。13：30钢箱梁高差最小，但是此时温度不够稳定，高差变化也较快，短时间内实现钢箱梁合龙施工难度大。22：00 后钢箱梁顶底板温度基本处于稳定状态，此时钢箱梁高差最大，约为22 ～23 cm，为了消除温度对合龙施工节段的影响，合龙时间选择在晚间22：00 之后。

表 1 NHB 和NSB15 梁段钢箱梁顶面的高差变化值

4 合龙方案理论分析

斜拉桥合龙方法有压重法和斜拉索放张法。结合工程实际情况，分别考虑两种方法对主梁的影响。

4.1 压重影响分析

通过有限元软件Midas/Civil 对主梁压重进行模拟[5]，得到压重对合龙段高程下挠量见表 2。

表 2 NHB 压重影响量

可以看出，压重重量与NHB 下挠量基本呈线性关系，并且通过计算得出大约需要35 t 可以达到理想合龙状态。

4.2 斜拉索放张影响分析

NHB 梁段拼装完毕后，通过试算法发现NSC13、NSC14 号斜拉索的放张对NHB 梁段的位移变化最为明显，通过控制变量的原则，在两条斜拉索放张长度为10 cm 的情况下，NSC13、NSC14 对于NHB 梁段的影响情况见表3。可以看出当NSC14 放张过程中对NHB 端部影响较为明显。

表 3 斜拉索放张与梁端下挠量

4.3 未知系数分析法求解

由于实际情况限制、施工器械以及材料的堆放，无法在NHB 节段施加35 t 的配重，并且由于斜拉索放张过程对于相邻索的内力有较大影响，所以采用未知系数方程，通过压重与放张NSC14 斜拉索相配合的方式完成合龙操作。

式中：a、b—未知系数；F—斜拉索放张量，cm；T—压重，t；Δy—合龙段线形变化量，cm、rad。

根据计算需放NSC14 号斜拉索20 cm，NHB 梁端压重9 t 左右。先进行斜拉索放张，然后进行压重作业。通过调整，实现NHB 和NSB15 梁段的无应力合龙。

4.4 合龙控制效果

中跨合龙吊机拆除后，对全桥线形进行测量，测量结果显示NHB 梁段附近实测线形和理论线形吻合较好，偏差基本都在 2 cm 之内，且较为平顺。成桥线形对比见图3。

图 3 梁节段高程实测值与理论值

5 结语

（1）通过对历年温度数据进行收集整理，并结合现场实测值，综合分析后给出了边跨适宜合龙的时间。（2）通过建立未知系数方程，通过斜拉索放张与压重协同配合的方式，精确地指导了合龙施工的操作，并使成桥线形与理论线形吻合良好。（3）采用未知系数方程法指导施工合龙的方式，一方面减小了斜拉索放张对其余斜拉索内力的影响，同时优化了压重施加过程中的吊装过程，产生了良好的经济效益。