高速公路钢箱梁施工全过程钢箱梁受力分析

摘要：在高速公路施工过程中，钢箱梁吊装施工极易出现安全隐患。基于此，依托长太高速土建04标段线路工程，对吊装过程中钢箱梁和吊具主要构件的应力分布规律进行监测和分析。研究结果表明：梁应力时程曲线对应钢箱梁吊装施工三个阶段。钢箱梁同时存在拉、压应力，拉应力峰值达到121.3MPa，压应力峰值约为104.5MPa，应力峰值与理论值较为接近，表明本次吊装结构工作性能较为正常。吊排拉板应力离散性较大，拉应力分布区间约为5～123MPa。吊具纵梁主要承受压应力，基本符合受压构件受力规律。横梁亦主要承受压应力，总体应力水平较低，约为纵梁受力的1/2。吊具横梁整体受力均衡性不如纵梁，各监测点应力差异较为明显，差异幅值达到了50%。

关键词：钢箱梁；高速公路；现场监测；应力分布

0 引言

钢箱梁由于其良好的整体性、较高刚度和较强的跨越能力，在大型高速公路建设中应用越来越广泛。然而，由于其施工难度较高，在施工过程中极易存在安全隐患，为此，许多研究人员进行了一系列研究。

谢朋林等[1]依托宁波舟山港主通道南通航孔桥项目，为保证钢箱梁的安全架设，对钢箱梁架设关键技术进行了论述与刨析。蒋永扬等[2]通过ANSYS有限元软件建立钢箱梁底板焊接分析模型，分析了不同焊接顺序对底板焊接形变的影响。荣飞亚等[3]开_{epHCw/26Td7wW0sQS0Dd7g==}展疲劳裂纹识别与量化试验，提出一种基于改进边缘检测算法的钢箱梁疲劳裂纹识别与量化方法。

石学坤等[4]结合跨京沪高铁特大桥工程，基于混合算法，建立耐候钢曲线钢箱梁跨线顶推施工风险安全评价方法，并通过多种方法进行了验证。刘跃仓等[5]依托洛阳市王城大道瀍涧立交主线钢箱梁桥顶推工程，采用数值模拟手段分析导跨比对顶推结构内力及稳定性的影响。陈栋亮等[6]依托沾临高速跨青银高速建设桥梁项目，开展现场静载试验和有限元数值模拟，对跨高速钢箱梁牵拉快速施工过程进行受力分析，并分析钢箱梁内部构件损伤问题。

本文依托长太高速土建04标段线路工程，对吊装过程中钢箱梁和吊具主要构件的应力分布规律进行监测和分析，相关研究成果可为相似工程的施工和设计提供一定的指导、借鉴意义。

1 工程概况

1.1 工程基本情况

长太高速土建04标段线路工程全长37.988km，与双嫩高速公路立交处设置何家互通（枢纽互通）。何家枢纽互通与双嫩高速交叉角度为64°2′14″。采用左转弯匝道迂回式三岔T型立交方案。本项目上跨双嫩高速设置2座桥梁，分别位于B、C匝道，B匝道桥全长107m，C匝道桥全长151m，上跨双嫩高速公路的钢混组合梁设计采用支架施工。

1.2 吊装总体方案

交通导改封闭双嫩高速公路西半幅车道，东半幅双向行驶。B匝道桥和C匝道桥中央分隔带内墩柱及路基外侧墩柱临时支墩搭设时，采用2台160墩起重机进行吊装。先吊装何家互通B匝道桥西侧钢箱梁，吊装完成后进行钢箱梁焊接作业。同时吊装何家互通C匝道桥西侧钢箱梁，钢箱梁吊装完成后，B匝道桥和C匝道桥同时进行焊接作业。焊接完成后打磨焊缝进行焊接检测，检测合格后开始涂层喷刷，最后进行附属排水管道安装。

1.3 钢箱梁主要参数

钢箱梁顶板为正交异形板，除中墩和次边墩墩顶顶板厚度为20mm外，其余位置处板厚均为18mm，肋脚区域和平直段厚度为16mm。顶板和板肋均为Q420qD材质。底板和腹板的板厚分别为22mm和18mm。对中墩墩顶和次边墩墩顶位置处的腹板和底板进行了局部加厚，不同厚度板连接采用中心对齐方式。

2 吊装过程监测分析

根据项目特点并考虑到现有的监测条件，对钢箱梁吊装过程中的静态应力进行监测和分析，以期对现有工程提供指导。

2.1 监测仪器

数码静态应变传感器设有可伸缩的测头和固定微动测头，两者通过磁铁相互吸引，使得传感器可以实现共同变形，图1为该数码静态应变传感器实物图。

基于惯性原理的数码倾角传感器包含16位的单片机，可以对电压变化信号进行采集，然后通过非线性编码，实现倾角数字量的输出，传感器测试精度为0.005°。数码倾角传感器实物如图2所示。

加速度传感器内置微处理器，通过一系列算法能够实现实时运动姿态参数的快速求解。同时，采用数字滤波技术，以降低测量噪声，并使其测量精度达到了0.01g。加速度传感器实物如图3所示。

本次监测的重点为钢箱梁和吊具，主要对构件总体应力进行监测，对构件应力分布情况与应力规律进行分析，并对比实测值与理论值的偏差。

2.2 钢箱梁应力分析

本次吊装共分为3个阶段：第1阶段为钢箱梁耳板和吊具拉板的连接，第2阶段为逐级加载提升阶段，第3阶段为平稳提升阶段。

分配梁应力时程曲线如图4所示。从图4中可以看出，分配梁应力时程曲线基本对应了3个阶段。第1阶段中，梁应力较小，无明显的应力提升，各监测点应力均保持在30MPa以内。

第2阶段中，梁逐步提升，应力持续增加，应力增加速率为线性。在该过程中，各监测点间应力差距逐渐加大，存在较为明显的拉压应力，但数值方面差异并不明显，表明在钢箱梁吊装过程中受力总体均衡性较佳。

第3阶段中，梁平稳上升，由于保持匀速，且吊装当天风速较低，受风荷载影响较小，因此该阶段中，梁各监测点应力保持在稳定状态，曲线未出现明显的波动。

在应力数值方面，钢箱梁同时存在拉、压应力，拉应力峰值达到121.3MPa，压应力峰值约为104.5MPa，应力峰值与理论值较为接近，表明本次吊装结构工作性能较为正常，应力保持在安全范围内。

2.3 吊具应力分析

2.3.1 同一位置不同吊装次序吊排拉板应力

图5展示了同一位置不同吊装次序吊排拉板应力实测值。从图5中可以看出，吊排拉板应力离散性较大，拉应力分布区间约为5～123MPa，但仍有较高的安全储备。

实测数据表明，个别拉板存在压应力，因此该吊排拉板并不是纯拉构件。吊排受力不均匀可能是由于吊具吊排与钢箱梁吊耳未对中，使其在吊装过程中产生了弯矩作用，同时，存在一定的安装偏差，进一步加大了该弯矩作用，因此，在实际施工过程中，应对这种现象引起注意，并采取必要的改善措施。

2.3.2 纵梁和横梁吊装过程中的应力

图6展示了纵梁和横梁吊装过程中的应力时程曲线。图6a为纵梁在吊装过程中的应力时程曲线，图6b为横梁在吊装过程中的应力时程曲线。

从图6a中可以看出，在钢箱梁吊装过程中，吊具纵梁主要承受了压应力，压应力峰值为59.4MPa，理论参考值为60.5MPa，基本符合受压构件受力规律。纵梁应力时程曲线基本上对应了吊装的3个阶段，即在第1阶段中，实现构件的连接，因此该阶段应力较小，且无明显波动。在第2阶段中，实现钢箱梁吊装的逐级加载起吊，纵梁应力线性持续增加。在第3阶段中，钢箱梁稳步匀速吊装，应力波动较小，达到应力稳定阶段。各监测点相比，应力时程曲线变化规律基本一致，主要差异为数值差异，但差异幅度较小，整体表现出了吊具纵梁的受力均衡性。

从图6b中可以看出，在钢箱梁吊装过程中，吊具横梁亦主要承受压应力，压应力峰值约为29.4MPa，总体应力水平较低，约为纵梁受力的1/2。横梁应力时程曲线亦大致呈现出上述3个阶段，但不如纵梁表现明显。相比之下，吊具横梁整体受力均衡性不如纵梁，各监测点应力差异较为明显，最大应力峰值为29.4MPa，最小应力峰值为13.6MPa，差异幅值达到了50%。

3 结束语

本文依托长太高速土建04标段线路工程，在钢箱梁吊装施工过程中开展了现场监测，对吊装过程中钢箱梁和吊具主要构件的应力分布规律进行了监测和分析。得出主要结论如下：

梁应力时程曲线对应了钢箱梁吊装施工3个阶段，第1阶段梁应力较小，各监测点应力均保持在30MPa以内。第2阶段应力持续增加，应力增加速率为线性。第3阶段梁平稳上升，各监测点应力保持在稳定状态，曲线未出现明显的波动。

吊排拉板应力离散性较大，拉应力分布区间约为5～123MPa，存在较高的安全储备。个别拉板存在压应力，吊排拉板并非纯拉构件。

吊具纵梁主要承受压应力，压应力峰值为59.4MPa，理论参考值为60.5MPa，基本符合受压构件受力规律。各监测点相比，应力时程曲线变化规律基本一致，主要差异为数值差异，但差异幅度较小，整体表现出吊具纵梁的受力均衡性较好。

横梁亦主要承受压应力，压应力峰值约为29.4MPa，总体应力水平较低，约为纵梁受力的1/2。吊具横梁整体受力均衡性不如纵梁，各监测点应力差异较为明显，最大应力峰值为29.4MPa，最小应力峰值为13.6MPa，差异幅值达到了50%。

参考文献

[1] 谢朋林，周俊龙，刘晓敏，等.舟山港主通道南通航孔桥钢箱梁架设关键技术[J].世界桥梁，2023，51（6）：34-40.

[2] 蒋永扬，郭振亮，陶腾，等.基于ANSYS的钢箱梁底板U肋在不同焊接顺序的焊接变形研究[J].焊接技术，2023，52（11）：19-23.

[3] 荣飞亚，吉伯海，高天，等.基于改进边缘检测的钢箱梁疲劳裂纹识别及量化方法研究[J].三峡大学学报（自然科学版），2023，45（6）：77-82+107.

[4] 石学坤，崔凤坤，袁航，等.基于混合算法的耐候钢曲线钢箱梁跨线顶推施工风险评估[J].黑龙江交通科技，2023，46（11）：109-113.

[5] 刘跃仓，高健根，李磊，等.大吨位钢箱梁顶推施工中变截面导梁的导跨比优化分析[J].中原工学院学报，2023，34（5）：36-44.

[6] 陈栋亮，商怀帅，张秀振，等.跨高速钢箱梁牵拉快速施工受力分析及监测研究[J].青岛理工大学学报，2023，44（5）：29-36.