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瓯江北口大桥北引桥钢-混组合梁施工及控制关键技术

范文

王盛铭　董勤军　彭志辉

摘要：北引桥N37-N16墩上部结构采用钢-混组合梁，部分段落采用双层公路钢混组合梁设计，构造复杂，钢梁采用顶推法施工，预制混凝土桥面板采用架桥机以及滑移法安装。该方法在国内、乃至国际上都较为少见，施工难度较大，本研究可以为类似工程提供参考。

Abstract： The upper structure of the N37-N16 pier of the North Approach Bridge adopts steel-concrete composite beams， and some sections are designed with double-layer steel-concrete composite beams， which has a complicated structure. The steel beam is constructed by jacking method， and the precast concrete bridge deck is installed by bridge erecting machine and sliding method. This method is rare in China and even in the world， and it is difficult to construct. This study can provide reference for similar projects.

关键词：钢-混组合梁;顶推施工;滑移法;受力分析

Key words：? steel-concrete composite beam;jacking construction;sliding method;stress analysis

中图分类号：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）12-0128-03

1? 工程概况

温州瓯江北口大桥工程采用宁波至东莞国家高速公路和国道228线（南金公路）共线过江的双层桥梁方案。其中，瓯江北口大桥北引桥N37～N16墩上部结构采用钢-混组合梁。N22-N37为单层结构，N22～N16为双层设计，该段落钢-混组合梁共计9联，N37～N34跨径为（30+50+30）m，其余均为标准联跨径，为3×50m，双层公路钢混组合梁构造复杂、施工难度巨大，在国内、乃至国际上都较为少见，如下图1所示。

组合梁由槽形钢梁和混凝土桥面板组成，梁高3m，钢梁高2.48m。钢梁采用空腹式槽型梁，钢梁底板宽度变化，最宽为14.22m，最窄为7.3m，钢梁较宽时，设有中腹板，钢梁较窄时，不设中腹板。混凝土桥面板采用预制形式，预制桥面板中间设置槽口与钢梁通过现浇混凝土叠合。桥面板设有横桥向预应力，单块桥面板纵桥向长度4m、横桥向宽度16-22m。全桥共计预制桥面板524块，最大重重量约80t。整联桥梁纵向不设预应力，通过调整桥面板湿接缝的浇筑顺序以及顶升中间桥墩处钢梁来提供墩顶负弯矩处桥面板的预压应力。

桥梁下部结构为双柱或三柱式墩身，并设置有中系梁和顶系梁，墩高较高，在24-43m之间[1]。（图1）

2? 施工关键技术

2.1 总体施工方案

本项目为钢-混组合连续梁桥，先制造、安装钢梁，桥面板在预制场预制完成后通过湿接缝与钢梁叠合形成整体。钢梁常用安装方法有：①大型履带吊直接安装;②跨全幅移动龙门安装;③顶推法安装;④大节段整体提升安装;⑤滑移法安装;⑥采用架桥机安装[2]。

由于本项目所处地形、地貌复杂，施工区域地质条件差，对于大吨位运输、大吨位起重吊装、临时结构支撑都造成了很大不利影響;且墩身高度高、梁段重量大。综合考虑经济与技术指标，所有钢梁节段均采用顶推法安装，上层桥面板采用架桥机安装、下层桥面板采用滑移法安装[3]。

顶推起点设置提梁站和拼装平台，用于钢梁节段和混凝土桥面板的提升以及钢梁的拼装。钢梁小节段通过提升站起吊，然后现场焊接。每焊接形成10-15m后，向前顶推，相邻两联钢梁临时连接，一起顶推，直至钢梁顶推到位后精调钢梁位置并落梁，然后解除伸缩缝处临时连接。

2.2 钢梁施工关键技术

2.2.1 施工段落划分与顶推顺序

根据以下项目特点：N37-N25位于半径5000m的平曲线上、N25-N22为直线段;N37-N25梁体宽度变化较大、N25-N22基本为等宽，将项目划分为三个施工段：

第一施工段为N37-N25，并在N37-N36桥跨之间设置提梁站与拼装平台。由于钢梁为左右幅分离设计，且顶推长度较长，左、右幅分开顶推，采用先左幅后右幅的顺序。

第二施工段为N25-N16上层，在N23-N22桥跨之间设置提梁站与拼装平台。先进行N22-N16上层的顶推施工，钢梁顶推到位后进行N22-N25的顶推施工。由于N22-N16上层为左右幅连体设计（墩顶设置隐形横梁），为

减少工序、加快工期，左右幅同步连体顶推。

第三施工段为N22-N16下层，与第二施工段共用提梁站与拼装平台。下层左右双幅同步顶推（不连体）。

2.2.2 顶推关键技术

钢梁施工采用步履式千斤顶、多点连续顶推方式，如图2。步履千斤顶纵向顶推工作流程主要分为四个步骤：第一步，竖向油缸顶升;第二步，水平油缸顶出;第三步，竖向油缸缩回;第四步，水平油缸缩回，完成一个工作周期[4]。

由于部分梁段底板变宽且位于平曲线上，顶推施工时不仅需要能够向前方顶推，还需要步履千斤顶在过程中动态调整横桥向位置，保证钢梁底腹板交界线始终支撑于千斤顶中心线附近。顶推系统由DX步履式顶推系统、步履式顶推机横向调整系统两部分组成，可实现向前顶推及横向调整的功能。

顶推方案具体实施如下所示：

①导梁安装采用两台履带吊直接抬吊就位，然后安装横向联系。首节梁段（3m）由提升站提升就位后与导梁进行现场焊接，焊缝检测合格后进行试顶3m。

②继续拼装后续两个梁段（共10m长）并现场焊接，焊缝检测合格后进行顶推10m;此后每轮次拼装、顶推长度可以达到25m，继续拼装、顶推至钢梁全部就位。

③如遇前方梁段已经就位，则在导梁跨越最后临时墩后逐渐拆除导梁，直至钢梁完全就位。

2.3 桥面板施工关键技术

2.3.1 上层桥面板安装

钢梁全部顶推完毕后进行桥面板铺设，上层桥面板采用50m架桥机安装，桥面板由提升站起吊，采用板上运板的方式将桥面板运送至架桥机尾部，架桥机天车起吊桥面板并移动至待安装跨，完成桥面板转向后下落就位。

由于板上运板时，已铺设完成的桥面板并未浇筑湿接缝，此时整体性不佳，因此为减小运输动荷载对桥面板的影响，采用轨道法运输。

2.3.2 下层桥面板安装

由于N22-N16下层桥面板安装受到净空影响，无法使用架桥机安装，所以采用滑移法安装全部下层桥面板。

钢梁顶推就位后搭设轨道支架，轨道支架长300m，布满全部下层桥跨。在轨道支架上安装轨道运输车，车上设置三向千斤顶。桥面板由提升站提升至轨道运输车上，小车将桥面板运输到设计位置并利用三向千斤顶精确调位后落顶，将桥面板安装就位。下层桥面板安装过程如图3所示。

3? 施工控制关键技术

本项目施工控制的关键是钢梁制造线形的计算以及顶推过程中钢梁、导梁的受力性能研究。

3.1 钢梁制造线形计算

本项目钢梁制造线形由桥梁预拱度与设计线形组合而成，桥梁预拱度计算是制造线形计算核心，桥梁预拱度由恒载下结构挠度与1/2活载挠度之和的反向确定[5]。

顶推施工不改变主梁的无应力线形，顶推到位后的状态就相当于一次落架的状态。所以桥梁预拱度计算时无需考虑顶推施工过程的位移变化。计算时将钢梁一次激活，然后根据预制桥面板的吊装、湿接缝的浇筑顺序以及中间桥墩的顶升量设置相应的施工阶段，以此求得钢梁恒载下的挠度。然后叠加1/2活载挠度，反向即为本项目桥梁的预拱度。

瓯江北口大桥北引桥组合梁钢梁制造线形计算采用桥梁专用有限元软件TDV进行，组合梁采用梁单元模拟。3×50m桥型有限元模型中共设224个节点，223个单元;（30+50+30）m桥型有限元模型中共设169个节点，168个单元。3×50m桥型施工过程中间桥墩顶升量依次为15cm、10cm;3×50m桥型施工过程中间桥墩顶升量依次为9cm、5cm。由于存在两种不同桥跨形式，以及相同桥跨钢梁宽度也有变化，本项目钢梁制造线形计算分为8种计算类型，如表1所示。

（30+50+30）m跨类型1以及3×50m跨类型5钢梁恒载与1/2活载竖向挠度计算如图4所示。（30+50+30）m桥型最大挠度出现在跨中，为58.8mm。3×50m桥型最大挠度出现在边跨，为82.2mm。

3.2 钢梁顶推过程受力分析

3.2.1 导梁构造与临时墩布置

导梁设计长度约为39m，顶、底板厚28mm，腹板厚20mm。顶、底板宽度沿长度方向发生变化，有900mm、640mm、440mm三种宽度。导梁高度沿长度方向也发生变化，导梁前端存在约10m长的台阶。

临时墩布置在永久墩墩旁，1#临时墩距N36永久墩30m，其余临时墩与永久墩间距3m，共设置12个临时墩。

3.2.2 有限元模型说明

N37-N25左幅顶推模型采用Midas civil 2015建立，钢梁及导梁采用梁单元模拟，临时墩位置顶推点采用只受压节点弹簧模拟。1m设置一个节点，顶推工况设置1m一个工况。有限元模型如图5所示。

3.2.3 计算结果

顶推过程中，N37-N25左幅导梁前端位移时程如图6所示。可以看出，导梁前端位移变化规律，在上墩前达到最大，最大位移为248.7mm。

顶推过程中，N37-N25左幅各临时墩最大反力如图7所示。第1、2及12#临时墩最大支反力较小（支点反力均为横向2个支点反力之和），其余临时墩最大支反力比较接近。临时墩最大反力为5660kN，為第4#临时墩。

顶推过程中，导梁及钢梁应力包络如图8所示，钢梁最大拉应力69MPa，最大压应力41MPa，导梁最大拉应力66.3MPa，最大压应力73.4MPa。导梁与钢梁均采用Q345钢材，钢梁与导梁最大应力均远小于钢梁的屈服应力，结构安全。

4? 结语

瓯江北口大桥北引桥钢-混组合连续梁采用（30+50+30）m和3×50m两种桥跨形式。钢梁采用推法施工，上层预制混凝土桥面板采用架桥机安装，下层桥面板由于净空影响采用滑移法安装。由于部分梁段钢梁底板变宽且位于平曲线上，步履式千斤顶在顶推过程中需动态调整横桥向位置。顶推过程中导梁上墩前下挠最大，最大下挠248.7mm，临时墩最大支点反力为5660kN，钢梁最大拉应力69MPa，最大压应力41MPa，导梁最大拉应力66.3MPa，最大压应力73.4MPa，各结构受力性能满足要求。本项目所选择的施工方法经济合理、技术上安全可行。项目具有墩高较高、位于平曲线上、部分桥跨为上下层以及钢梁变宽等特点，施工难度较大，可以为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]中交一公局.北引桥钢-混组合梁运输及安装施工技术方案[R].北京：2018.

[2]汪迎红.钢混组合梁负弯矩区混凝土面板的应变收缩分析[J].公路工程，2015（4）：229-232.

[3]罗洪成，赵磊，王威.一种钢混结合梁的快速化施工方法[J].中外公路，2018.

[4]王彪.钢混组合梁步履式顶推横向偏位产生原因及纠偏对策研究[D].西南交通大学，2015.

[5]邵旭东.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2016.

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