钢箱梁托管桥制造尺寸的确定

2023-10-09韩虎

山西建筑 2023年20期

韩虎

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043)

0 引言

随着更多大跨桥梁的修建,钢箱梁悬臂拼装桥梁的应用也更加广泛。而在钢箱梁桥的建造过程中,悬拼结构的施工线形控制也开始被重视起来,与悬臂浇筑结构的制造和安装不同的是,在实际施工当中,由于钢箱梁节段尺寸在制造时就已确定,所以在节段焊接连接时调整量极其有限[1]。若忽略钢箱梁桥在建造过程中的制造线形、安装线形以及设计线形在工程中的实际应用,就会导致在焊接过程当中焊缝过宽,极大降低焊缝质量,影响成桥的线形、应力和结构的安全性。本文以某一托管桥为研究对象,基于线弹性理论确定钢箱梁桥制造线形以及梁段制造尺寸,确保成桥后线形误差小于规定指标,保证悬臂拼装的顺利进行。

1 工程概况

供水托管桥主桥桥型为三跨连续梁桥,采用变截面连续钢箱梁,其跨径为80 m+150 m+80 m,桥面宽度6.0 m,桥梁总长达到312 m。其主要功能是托载一根内部直径为1.8 m的输水钢管安全跨越干渠。因要求及施工现场地理位置原因,中跨段跨度较大且无法采用其他方式施工,因此,只能采用悬臂拼装方式进行中跨段的安装施工,两边跨段则采用满堂支架对梁段进行分段吊装施工。托管桥桥型布置图如图1所示。

2 主梁制造线形

实际制造生产当中,需要先确定主梁的制造线形从而确定钢箱梁的制造尺寸,钢箱梁主梁制造线形确定目的在于焊接拼装各梁端时确定梁端间的无应力夹角[2-3],最终计算出各段钢箱梁的制造尺寸,从而为生产单位提供生产依据。

2.1 主梁制造线形计算

在标准温度20 ℃的条件下,预制主梁在场地胎架上预拼装的线形,由于此时主梁几乎无外荷载且自重完全由胎架支点承受,所以主梁几乎不产生形变,可视为无应力状态,该状态下的线形和制造参数称为主梁无应力制造线形和制造几何参数。

1)边跨分段吊装法:分段吊装法是将整段梁段按照一定大小比例分割为多个小节段。各个节段在工厂生产完成之后,再按照拼装顺序在施工现场进行逐段吊装拼接。分段吊装相比于其他拼接方式难度较低,对施工技术要求较低,但因为节段被分割,所以一般施工时的吊装次数和对支架的需求较多[4-5]。

对于一次落架、满堂支架施工的桥梁,在安装施工时(落架阶段),可认为梁段始终处于无应力的状态,此时主梁的安装线形和制造线形几乎完全重合,所以对于这类有支架支撑的跨径较小的桥梁可采用线性分析。因此可直接将落架后结构的位移挠度曲线反向作为结构的安装线形和制造线形(见图2)[6]。

2)中跨悬臂拼装法:一般认为理想的主梁线形为一条连续平滑的曲线,但在实际制造安装当中主梁一般是分为多条直线节段焊接拼装在一起,用拼装的方式使得制造线形逼近于理想线形[7]。为了保证梁段之间焊接拼装时能够更好的无缝贴合,需要将相邻两个节段的板件按照一定的角度进行配切。由图3可知制造线形就是梁段在无应力的状态下各个节段的相对位置关系,而这种梁段制造线形之间总是存在夹角α,该夹角称为主梁制造无应力夹角,它是主梁制造的关键参数之一。一般为了方便制造厂商进行梁段的制造,通常制造控制点(图3中A,B和C点)位于梁段的顶面。

从图2中简单几何关系可得,在已知A,B点坐标,夹角α以及梁段顶板长度Lt后可以求出C点坐标。C点坐标计算方法如式(1)所示。

(1)

合理处理梁段之间夹角α是计算制造线形的关键,一般规定:相邻节段间夹角和焊缝宽度均以开口方向向下为负,以开口方向向上为正(如图3梁段间实际夹角开口方向向下,α为负。α的具体计算可参考文献[8])。

以供水托管桥为例选取1号桥墩右侧段钢箱梁计算其桥面制造线形,具体概况如图1所示。以主桥跨中为X方向的中心,从小里程向大里程方向为X正向,Y方向取值以主桥跨中桥面为0基准,向上为正,向下为负。桥面制造线具体参数见表1。

主梁节段制造线形如图4所示。

2.2 钢箱梁制造几何参数计算

提供钢箱梁制造几何要素的目的是为制造单位配切梁段时提供参考[9]。为了计算和制造方便,一般将各个节段的一端保持与节段轴线垂直,另一端的焊接面切配出转角α。钢箱梁制造的几何要素包括:

1)截面形心位置处的梁长Lc(在不考虑梁段轴向压缩量和纵坡修正梁的情况下可认为Lc等于梁段设计长度L);2)节段形心位置距节段顶的高度h;3)节段顶面长度Lt;4)节段底面长度Lb;5)切配端面与梁轴线垂线的夹角θ(一般情况下θ=α);6)切配端面上顶面和底面的水平错位量Δ(θ,Δ均以开口向上为正,开口向下为负)。主梁制造几何要素如图5所示。