盐河大桥钢桁梁拼装顺序研究

1 工程概况

京沪高速公路淮安至江都段改扩建工程JHK–HA4标盐河大桥第二联为27?m（装配式预应力混凝土简支箱梁）+95?m（下承式钢桁梁）+27?m（装配式预应力混凝土简支箱梁）。其中，95?m下承式简支钢桁梁跨越盐河航道，是本标段中的控制性工程。主桁架采用带竖杆的华伦式三角形腹杆体系，节间长度7.8?m，主桁高度11?m，高跨比为1/8.51。两片主桁架中心距为22.1?m，宽跨比为1/4.24，桥面宽度20.5?m，桥面横坡为2?%，纵坡为0.561?%。

2 拼装方案

盐河大桥钢桁梁包含两榀主桁架，为便于吊装、减少高空作业时间，每榀主桁架可划分为7个桁架片和6根下弦杆（图1）。

     

图1??构件划分示意

合理的拼装方案不仅便于构件精准就位，同时有利于控制桥梁线形。针对钢桁梁的结构特点，提出两种支架法拼装方案。

方案一：从一端往另一端拼装，即从一端至另一端组成闭合三角形（E0→E0'）逐一安装。方案二：从两端往中间拼装，即从两端组成闭合三角形（E0→E6、E0'→E6）依次对称拼装直至中跨闭合。

3 有限元模型

采用midas Civil软件建立胎架及钢桁梁的三维空间有限元模型，对各施工阶段进行施工过程仿真分析。钢管桩、槽钢支撑以及钢桁梁构件均采用空间梁单元模拟，全局结构可离散为3?744个单元。胎架与地基承台间采用一般支撑的固定连接；钢管桩采用一般支撑条件且只考虑竖向支撑；箱形滑道梁与钢管桩支墩采用铰接方式进行约束。临时施工设备按均布荷载考虑，取1.5?kN/m。分别定义顺桥向为x向，横桥向为 y 向，竖直向为 z 向。

4 结果与分析

4.1??调整前

图2为采取调整措施的钢桁梁第1节间的变形云图，上弦节点处的实际变形最大， D _y （横桥向）变形最大， D _z （竖直向）变形次之， D _x （顺桥向）变形最小，分别为10.78?mm、2.58?mm和1.09?mm。因此，主桁的误差调整应以 y 向（横桥向）为主。拼装过程不进行杆件误差调整，将使得钢桁梁的累积变形逐渐增大，严重影响后续杆件与已拼杆件精准就位，最终导致成桥后的钢桁梁线形无法满足预期要求。

     

图2 第1节间变形云图

4.2 调整措施

为解决累积变形导致后续构件无法安装的难题，杆件拼装过程中应及时采取措施纠正已发生偏差的构件。 D _z 变形和 D _x 变形可安装冲钉+螺栓进行定位调整，冲钉和螺栓总数不少于孔眼总数的50?%，其中冲钉数占比约2/3。

用履带式起重机将节点板起吊至钢桁梁节点处，在节点板与栓孔基本重合瞬间快速插入冲钉，用小锤缓慢敲入螺栓孔内，不得重锤重击，避免栓孔和冲钉发生变形。

D _y 变形是钢桁梁线形控制的主要考虑因素，通过在两榀钢桁梁的上弦节点处布置水平间距调节装置进行调整。水平间距调节装置由I56b工字钢拼接加工制作，利用千斤顶顶推上弦节点直至钢桁梁与桥面垂直。

4.3 调整后

采用方案I作为拼装顺序共需要进行6次横桥向调整。如图3所示，此时主桁架片1和主桁架片2均已安装完毕，AA1节点和A1节点发生了向内倾斜，横向位移分别为8.1?mm和10.3?mm。

     

（a）

     

（b）

图3??桁架横向变形

（a）调整前；（b）调整后

在AA1节点和A1节点间安装水平间距调节装置，并利用千斤顶向外顶推，施加等值反向的荷载52?kN，随后AA1节点外倾值为1.4?mm，而A1节点内倾值为0.1?mm，相对误差不大于2?mm。

一般而言，节点的横向偏差越大，所需的措施力越大。第8、9、15、21、22和31阶段的措施力分别为52?kN、44?kN、80?kN、20?kN、18?kN和35?kN，其中第15阶段的钢桁梁横向偏差最大，AA5和A5上弦节点内倾分别为11.9?mm和13.3?mm，因而所需的措施力最大，约为80?kN。

方案二由于采用对称施工法，共需6次调整。分别在上弦节点AA1与A1、AA1'与A1'、AA3与A3、AA3'与A3'、AA5与A5以及AA5'与A5'采用千斤顶施加等值反向的顶推力。

第15施工阶段的钢桁梁横桥向安装误差最大，AA5、A5、AA5'和A5'发生了较明显的内倾，分别为12.3?mm、14.4?mm、13.3?mm和15.6?mm。

为便于后续杆件的拼装以及成桥后的钢桁梁线形，需要在AA5和A5、AA5'和A5'之间分别施加85?kN和88?kN的顶推力。

方案一和方案二均需进行6次横向调整，但前者的最大横向误差以及所需的措施力均小于后者。大桥分左、右两幅，考虑京沪高速公路不允许完全中断车辆通行，采取半幅通车，半幅施工的方式。

大桥左、右两幅的横向间距小，可供钢桁梁拼装的空间狭小，无法满足方案二同时布置两套起吊设备和施工人员。因此，钢桁梁拼装选择方案一 更合理。

5 线形控制

表1为完工后的钢桁梁左幅下弦杆的第1节、第2节和第3节的线形控制结果。高程差值“+”为偏高，“–”为偏低；轴线偏差“+”为偏右，“–”为偏左。

表1??安装精度

     

实测结果表明，当前阶段的下弦杆安装精度满足要求，偏差值在控制允许范围内。采用边拼边调整的方式，高程差值和轴线差值在±5?mm范围内，成桥后的钢桁梁线形满足要求。

6 结论

（1）钢桁梁杆件拼装过程若不及时采取调整措施，偏差将随着拼装的进行不断增大，最终导致后续杆件无法精确拼装就位。

（2）钢桁梁变形以 D _y 向（横桥向）最大， D _z 向（竖直向）次之， D _x 向（顺桥向）最小。横桥向变形可通过水平间距调节装置进行调整，而竖直向和顺桥向变形采用冲钉+螺栓调整。

（3）方案一和方案二均需进行6次横桥向调整，但前者所需顶推力明显小于后者。尽管方案二的施工效率更高，但现场狭小的空间无法布置多套施工设备和人员。钢桁梁拼装选择方案一更合理。

（4）经水平间距调节装置和冲钉+螺栓调整后，成桥后的钢桁梁的高程偏差和轴线偏差均不大于±5?mm，满足施工线形控制要求。