五跨连续110m钢箱梁制造与施工监测控制要点研究

邹晓琴

（江西建设职业技术学院管理工程系，江西 南昌 330200）

0 引言

连续钢箱梁桥结合了箱型截面以及钢铁材料的优势，目前已有广泛应用。大跨度连续钢箱梁桥的施工方法有整体吊装法、顶推法、悬臂拼装法等，需根据结构特点、现场条件、施工技术、经济条件、环境允许、工期预算等具体优选。随着大型浮吊的发展，在宽阔水域、大江或海上，大节段吊装法已体现出安全、高效、质量佳等诸多优势而被广泛采用[1-3]。另一方面，也存在由于线形多控制难度大、温度影响大、对箱梁的制造精度要求高、对起重设备的要求高、大节段位置调整难度大等难点，给施工控制带来较大难度[4-7]。本文以跨海交通泄洪区非通航孔采用5×110m 连续钢箱梁桥为背景工程进行具体研究，根据研究获得的控制数据，分析制造与施工过程监测控制要点，其经验可为类似工程施工控制提供参考。

1 工程概况

跨海交通泄洪区非通航孔采用5×110m 连续钢箱梁桥。桥面纵坡为2.0%。平面线形含圆弧、缓和曲线、直线：自起始里程K25+908 至圆缓点（YH）K25+923.090 段位于半径R=3000m 的圆曲线上，自圆缓点（YH）K25+923.090 至缓直点（HZ）K26+263.090 段为缓和曲线段，其余梁段位于直线上。立面和平面布置分别如图1、图2所示。

图1 立面布置图

图2 平面布置图

横断面采用整墩分幅布置，桥面总宽40.5m，桥梁中心线处梁缝宽0.5m，单幅桥宽20m。左幅桥面横坡2.5%，截面中心线处梁高约4m。左幅平曲线部分区段设置桥面超高：自起始里程K25+908 至K25+925 横坡-2.5%，K25+925～K26+165区段为超高变化段，横坡由-2.5%线性变化至2.5%；其余横坡2.5%。超高区段横断面参数设置方法为：以设计高程点处为旋转轴，顶板随路线横坡变化，底板保持水平，调整腹板高度以及横隔板的相关尺寸。钢箱梁桥面超高示意图如图3所示。

图3 钢箱梁桥面超高示意图

钢箱梁首先在工厂进行小节段制造，小节段标准长度10m。为减少现场焊接工作量，加快施工进度，钢箱梁架设采用大节段吊装方案。小节段在工厂拼接为吊装大节段，其长度见图1 所示，首节133.5m，第2、3、4 节110m，末节86.5m。大节段采用浮吊架设，现场连接借助临时调位装置和临时牛腿完成。

2 有限元模型的建立

利用软件MIDAS Civil建立施工过程有限元模型，计算分析钢箱梁无应力制造线形、大节段安装线形、支座预偏量、大节段临时匹配时的梁端转角等。钢主梁均采用空间梁单元模拟，单幅共计单元412个，计算模型如图4所示。全桥施工工况共划分为11个阶段，各施工阶段划分、工作内容见表1。

表1 施工阶段划分表

图4 单幅计算模型示意图

3 无应力制造线形

3.1 预拱度

根据有限元模型计算结果确定五跨连续110m桥钢箱梁制造线形设置原则：

（1）平面上，按照设计平曲线作为最终钢箱梁平面制造线形；

（2）高程上，竖曲线设预拱，预拱度为施工预拱度（恒载位移反向值）与成桥预拱度（1/2 车道活载位移反向值）之和，即在设计竖曲线的基础上叠加预拱度作为竖向制造线形。

左、右幅预拱度示意图分别如图5、图6 所示，从图中可见，首跨钢箱梁最大预拱度相差约5cm，桥面超高对预拱度的影响较大，不可忽略。

图5 左幅预拱度示意图

图6 右幅预拱度示意图

3.2 钢箱梁制造控制要点研究

3.2.1 平面制造线形

五跨连续110m 钢箱梁桥梁中心线最小半径为3000m，标准节段长度10m，弓高小于4mm；为简化施工，平曲线范围内的节段采用梯形，如图7所示。具体原则如下：在桥梁中心线上，按照理论间距沿其法线方向布置节段划分线；在每个节段内，梁段中心线和边缘线用直线代替曲线；横隔板、横肋板保持中心位置不变，垂直于梁段中心线设置。

图7 右幅钢箱梁节段平面制造线形示意图

3.2.2 立面制造线形

如图8所示，为简化施工，在箱梁中心线所在的竖直面内，一个端面与顶、底板垂直，节段立面为直角梯形[8]。对于设置了桥面超高的左幅钢箱梁，为确保节段轴线连续，轴线选取所有节段的平均中性轴，本桥取值h=2.5m。依据轴线设计长度和轴线节点处的预拱度，可由几何关系得出图示的节段非直角端端面与底板的夹角β、顶板长度Ls、底板长度Lx。

图8 立面梁段参数与划分形状示意图

特别注意：采用大节段吊装方案，单幅钢箱梁的两端面成桥后均应处于铅垂面，大节段间端面应确保节段顺利连接，故图8所示梁端面与底板的夹角不适用于大节段的起始端面和末尾端面。吊装大节段的起始端面和末尾端面与底板的夹角β如图9所示，其取值由有限元模型相关结果确定，见表2所示。

表2 吊装大节段端面角β

图9 吊装大节段端面角β示意图

4 施工监测控制要点

桥平面线形复杂且含有桥面超高区段，钢箱梁采用大节段制造、吊装、架设、拼装施工，空间效应较明显；从施工监控的角度，一方面应建立空间模型，详细模拟施工过程，通过空间有限元模型计算给出钢箱梁节段的无应力线形和拼装线形；另一方面，对施工全过程进行监测和监控，做好反馈分析和系统识别，确定结构的实际状态，对结构状态偏离进行预警、分析和优化调整。经建模分析和研究计算，确定主要监测控制内容有：

（1）钢箱梁节段无应力参数。钢箱梁制造过程中，及时获取主梁的实际重量，做好钢梁的预拼装线形验收，从而根据制造误差确定现场调节措施。

（2）钢箱梁安装线形。在大节段吊装就位后，对钢箱梁纵桥向线形进行测量，以评估钢箱梁挠度误差。测试截面为钢箱梁小节段两端靠近端部处的横隔板或横肋位置，测点布置在待测截面中腹板对应的顶板位置，一个断面布设2个监测点。

（3）钢箱梁大节段端面转角。大节段吊装就位后，对大节段端面转角进行测量，测点应布置在端面中腹板对应的顶板和底板位置，一个断面布设4个监测点。

（4）主梁关键截面应力。根据大节段吊装的施工方案，选择前3跨的跨中截面、吊点截面作为关键截面，测点布置在顶板和底板上。测点从梁厂钢箱梁制作开始埋设，测试一直持续到全桥施工完成。

（5）钢箱梁温度场。线形、应力测量的同时，对钢箱梁的温度场进行测量，获取温度对线形、应力的影响规律，为后续控制提供依据；典型天气下，对钢箱梁的温度场进行测量，获取典型天气下钢箱梁的温度场规律，为后续控制提供依据。选择跨中及大节段端面附近作为测试端面，测点布置在顶板、底板、腹板及加劲肋上。

5 结束语

对跨海交通泄洪区非通航孔采用5×110m 连续钢箱梁桥制造及施工全过程监控进行研究，通过MIDAS Civil有限元软件计算分析，总结出五跨连续箱梁从制造到架设精准施工全过程的监测控制要点：

（1）由于桥面超高的设置，两幅钢箱梁预拱度最大差值约5cm，桥面超高对预拱度的影响较大、不可忽略。

（2）考虑到本桥平曲线半径最小值为3000m，标准节段长度10m，平曲线范围内的节段采用梯形。

（3）依据轴线设计长度和轴线节点处的预拱度，可以确定节段立面线形，其内部节段为直角梯形，大节段起始端面和末尾端面与底板的夹角须单独给定。

（4）应选择钢箱梁节段无应力参数、安装线形、大节段端面转角、关键截面应力及温度场等作为施工控制时重点监测对象。