基于稳定系数法的桥梁工程钢箱梁吊装施工技术研究

摘要：为提高钢箱梁吊装施工的安全性与稳定性，确保施工质量，以某桥梁工程项目为例开展基于稳定系数法的钢箱梁吊装施工技术研究。制定并实施包括基于稳定系数法建立钢箱梁吊装受力模型、钢箱梁分段设计和制作、设置临时支架与吊点、钢箱梁吊装与现场焊接施工等方面的钢箱梁吊装施工技术方案，采用稳定系数法检验钢箱梁吊装施工的稳定性，检验结果表明，采用本文所述基于稳定系数法的钢箱梁吊装施工技术保障了该桥梁工程钢箱梁吊装施工的安全、稳定和质量。

关键词：稳定系数法；钢箱梁；吊装施工；受力模型；临时支架

0 " 引言

随着桥梁工程规模的不断扩大和复杂性的增加，钢箱梁吊装施工面临着越来越多的技术挑战。一方面，钢箱梁本身具有体积大、质量大、结构复杂等特点，给吊装施工带来了很大的难度；另一方面，吊装施工需要考虑天气条件、施工环境、设备状况等多种因素的影响，这些影响因素会对吊装施工带来安全隐患。

为规范钢箱梁吊装施工，王江浩[1]等人利用有限元软件建立了钢箱梁吊装期间最不利受力梁段的局部模型，通过计算分析，揭示了不同起重机对钢箱梁吊装稳定性的影响，并提出了通过调整起重机支点位置和增设加劲肋来优化钢箱梁吊装稳定性的方法。但是该研究主要聚焦于局部稳定性的分析和优化，对于吊装施工全过程的其他重要因素（如温度变化、风载变化等）的影响尚未进行深入探讨。

宋神友[2]等人提出了3种吊装匹配方案，并通过有限元仿真分析综合比选，最终选择了“一字梁锁定+C形焊缝+部分张拉斜拉索”方案。这一方法有效解决了钢箱梁匹配面高差过大的问题，实现了梁段的精确匹配安装。但是该研究主要聚焦于吊装匹配技术的选择和优化，对于吊装过程中吊装设备的精度、施工环境的稳定性等影响因素的考虑尚显不足。

针对目前钢箱梁吊装存在的问题，本文以某桥梁工程项目为例，引进稳定系数法，开展基于稳定系数法的桥梁工程钢箱梁吊装施工技术的研究。

1 " 工程概况

1.1 " 钢箱梁基本情况

本文选择某高速公路桥梁工程作为本次钢箱梁吊装施工的研究对象。根据施工方现场勘察结果，该桥梁工程的钢箱梁按照“吊装＋步履式顶推”方式进行吊装施工，并对该桥梁工程第5匝道桥钢箱梁的基本情况进行了调查。第5匝道桥钢箱梁基本情况如表1所示。

1.2 " 钢箱梁吊装施工特点

根据现场技术人员评估可知，该桥梁的钢箱梁质量巨大，单个构件的吊重可能达到数十吨甚至上百吨，这对吊装设备的起重能力和稳定性是一种考验，同时也增加了施工过程中的安全风险。钢箱梁吊装需要极高的精度控制，包括水平位置、垂直高度、角度等。任何微小的偏差都可能对桥梁的整体稳定性和安全性产生严重影响。

2 " 制定和实施钢箱梁吊装施工技术方案

钢箱梁作为桥梁工程的重要结构，其吊装施工技术的选择和实施，对桥梁工程的整体质量和安全具有直接和重大影响。本文应用稳定系数法，规范钢箱梁的施工流程，开展该钢箱梁吊装施工，避免钢箱梁内部结构的不对称分布导致其重心与结构中心不重合，确保钢箱梁吊装施工的安全和质量。

2.1 " 基于稳定系数法建立钢箱梁吊装受力模型

2.1.1 " 受力分析与稳定系数计算

为规范该桥梁工程钢箱梁的吊装施工，应用稳定系数法建立钢箱梁吊装受力模型。为此，需要明确钢箱梁在吊装过程中可能受到的自重、施工荷载、风荷载、温度应力等各种外力，分析这些外力对钢箱梁的作用方式、作用位置和作用力大小，以及外部力之间的相互作用关系[3]。在受力分析时，需要明确在重力荷载作用下，钢箱梁的各个支架应承受的均等自重荷载，需要考虑不同转动轴的情况，并据此计算吊装作业的抗倾覆系数。钢箱梁结构抗倾覆系数的计算公式如下：

（1）

式中：α表示钢箱梁结构的抗倾覆系数；s1、s2分别表示永久支座与临时支座的截面面积；d1、d2分别表示永久支座与临时支座到结构边缘的距离；θ1、θ2分别表示永久支座与临时支座的滑动趋势方向。对上述公式中的θ1、θ2进行计算，其计算公式如下：

（2）

（3）

式中：r1、r2分别表示永久支座与临时支座的滑面剪切应力；∆l1、∆l2分别表示永久支座与临时支座的滑动距离；φ1、φ2分别表示永久支座与临时支座的滑动倾角。将计算结果代入公式（1），即可得到在受力状态下的结构抗倾覆系数。

2.1.2 " 吊装施工受力模型的建立

基于上述计算得到抗倾覆系数和其他相关参数后，建立钢箱梁吊装施工的受力模型。钢箱梁吊装施工受力模型的表达公式[4]如下：

（4）

式中：F表示钢箱梁吊装施工受力模型；g表示垂直作用力在钢箱梁水平面上的荷载；M表示钢箱梁刚度矩阵。

2.2 " 钢箱梁分段设计和制作

2.2.1 " 钢箱梁分段设计

为避免独立段受力过大出现失稳现象，需设计桥梁工程钢箱梁分段规格。钢箱梁分段规格如表2所示。通过钢箱梁分段制作，可以降低每段的跨度，提高整体结构的承载能力[5]。根据钢箱梁在不同位置受到的弯矩大小确定分段位置，在弯矩较大的位置，可以适当增加分段尺寸，以提高整体抗弯能力，通过此种方式，更好地适应桥梁受力情况，保证结构的安全性和稳定性。

2.2.2 " 钢箱梁分段制作

为满足施工工艺的要求，在钢箱梁分段制作时，通常根据施工工序的不同，对钢箱梁进行区别处理。例如对需要进行合龙的桥梁，可以将钢箱梁分为两段，以便在合龙时进行拼接；如果采用模块化施工方式，可以将钢箱梁分为多个模块进行制造和安装，以提高施工效率和施工质量。

2.3 " 设置临时支架与吊点

2.3.1 " 设置带升降装置的临时支架

设置临时支架的目的，主要是为了在钢箱梁施工过程中提供临时支撑，以确保桥梁施工的稳定性和安全性。不同结构的钢箱梁，对其临时支架的要求也不同[6]。在设置临时支架之前，需要充分了解钢箱梁的结构特点和设计要求，以确保临时支架能够满足桥梁的施工需求。

为满足设计需求，需要在临时支架顶部安装至少3个升降装置，这些升降装置的承载力需达到或超过550kN的设计要求。在施工过程中，这些升降装置将辅助临时支架对钢箱梁进行精确调整，确保钢箱梁能够保持在相对稳定的最优位置。

2.3.2 " 合理设置钢箱梁吊点

通常情况下，需要在钢箱梁上合理设置至少4个吊点。这些吊点应该设置在钢箱梁结构强度较大的部位，并采取充分的加固和保护措施，以确保在吊装过程中钢箱梁不会受到损坏或引发安全事故。

2.4 " 钢箱梁吊装与现场焊接施工

2.4.1 " 钢箱梁吊装施工

在钢箱梁吊装施工过程中，需要考虑可能遇到的风力、温度等环境因素的影响，可采用倾斜10°吊装施工方案。倾斜10°进行钢箱梁吊装施工如图1所示。在吊装施工过程中，根据钢箱梁的质量和尺寸，选择适合的起重机和吊装索具。同时检查吊装设备的完好性，确保在吊装过程中不发生故障。

在正式吊装前，应进行试吊，以验证吊装方案的可行性、稳定性和安全性。在吊装过程中，应使用传感器和监控系统实时监测钢箱梁的倾斜角度和受力情况，做到吊装过程的精确控制。在此基础上，应有序移动钢箱梁姿态，按照预定的施工方案将其准确地移动到设定位置，确保吊装作业顺利进行。

2.4.2 " 现场焊接施工

完成吊装施工并确保钢箱梁放置在设计位置后，进行焊接施工。焊接时，焊接材料熔化并填充到焊缝处，使钢箱梁形成坚固的焊接接头。为确保焊接质量，需要做好以下两项准备工作：一是清除钢箱梁表面及焊接区域的油污、锈蚀、水分和杂物，确保焊接区域清洁和干燥；二是根据焊接工艺和焊接材料的具体要求，对焊接区域进行适当预热，以减少焊接应力、防止产生焊接裂纹。

要制定合理的焊接顺序，一般先焊接纵向对接焊缝，后焊接节段之间的环向对接焊缝。对于大型钢箱梁，可以采用分段焊接、对称焊接等方法，以减少焊接变形和应力。在焊接开始时，确保焊条与工件接触良好，然后开始引弧焊接。在整个焊接过程中，应保持稳定的焊接速度，注意控制焊接参数，确保焊缝质量。对于重要部位或关键焊缝，可以采用多层多道焊接，以提高焊缝的强度和韧性。对焊接完成的钢箱梁进行整体质量检验，包括检验焊接尺寸、形状、表面质量等方面，确保钢箱梁焊接符合设计要求。

3 " 钢箱梁吊装施工效果检验

3.1 " 采用稳定系数法检验稳定性

根据该工程项目的质量验收标准，对其施工成果进行检验。应重点检验钢箱梁吊点的稳定性。钢箱梁吊点的稳定性主要表现在加载过程中，钢箱梁在受力阶段即便发生短暂的失稳现象，也能迅速重新进入平衡与稳定状态的能力。为此，需要精确提取钢箱梁的临界失稳条件，据此采用稳定系数法进行稳定性计算。钢箱梁吊装施工稳定性计算公式如下：

（5）

式中：γ1表示钢箱梁受力条件下的法向分力；ε1表示钢箱梁自重竖向分力；ε2表示钢箱梁自重法向分力；γ2表示钢箱梁受力条件下的切向分力；1表示稳定系数的最低值，稳定系数应≥1，稳定系数越大，钢箱梁的稳定性越好，安全性和可靠性越高。

3.2 " 钢箱梁吊装施工稳定性分析

根据公式（5）进行钢箱梁吊装施工稳定性分析。如满足该公式条件，说明钢箱梁吊装施工中出现的失稳现象可以有效得到处理，即钢箱梁满足安全施工需求，钢箱梁的整体稳定性较高；反之，如不满足该公式条件，说明钢箱梁吊装施工中出现的失稳现象无法有效得到处理，即钢箱梁不满足安全施工需求，结构的整体稳定性较差。

3.3 " 钢箱梁吊装施工稳定性检验结果

以钢箱梁吊装施工稳定性分析为依据，在钢箱梁上选择吊点进行检验，其结果如表3所示。

由表3可知，钢箱梁吊装施工10个吊点的稳定系数均大于1，这说明本文所述基于稳定系数法的钢箱梁吊装施工技术大幅度提高了该桥梁工程钢箱梁吊装施工的稳定性，保障了该桥梁工程钢箱梁吊装施工的安全和质量，促进了该桥梁工程施工的顺利进行。

4 " 结束语

稳定系数法是一种通过计算和分析钢结构在受到外力作用时的稳定性能，来评估其安全性的有效方法。在桥梁工程钢箱梁吊装施工中，应用稳定系数法可以更加准确地评估吊装施工过程中的稳定性和安全性，为制定科学合理的吊装施工方案提供坚实的理论依据和技术支持。检验结果证明，应用本文方法施工可以保证所有吊点的稳定性系数均达到或超过1的标准，从而有效保障桥梁工程施工的安全性。

参考文献

[1] 王江浩，徐德志，邵加楠，等.高栏港大桥钢箱梁吊装施工

局部稳定及受力优化分析[J].广东交通职业技术学院学报，

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[2] 宋神友，李小祥，鲁立涛，等.深中通道中山大桥主桥超宽

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[3] 孙悦楠，黄利航，阮家顺，等.深中通道锚碇上方大节段钢

箱梁吊装卸船方案比选及吊具设计[J].桥梁建设，2024，54

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[5] 邹骋.快速化改建工程中大跨径钢箱梁吊装施工对既有桥

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[6] 刘小龙.大型钢箱梁吊装施工工艺及计算研究：以大广高速

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