吴道高:连续钢桁梁制造安装施工工艺

五道高吉安公路建设养护中心永丰分中心

摘要：本文以某连续钢桁梁桥为例。 首先从放样与误差控制、杆件装配、杆件校正、消除残余应力等方面重点介绍了钢桁架梁的制作和安装过程，并对钢桁架梁的线形进行了分析。 对控制技术进行了简要分析，最后对合龙控制技术进行了总结。 结果表明，从制造、安装、运输、施工等全过程实施施工质量控制，有利于保证结构的预期线形、整体受力质量和施工安全。

关键词：连续钢桁梁； 特大桥； 施工控制、技术研究；

作者简介：吴道高（1984—），男，本科，工程师，从事公路桥梁建设管理工作。 ;

0 前言

与其他桥梁类型相比，连续钢桁架桥具有跨度大、精度高、造型美观、施工速度快、结构技术成熟等优点。 随着交通需求的发展，这种桥型在工程中的应用也日益广泛。 然而，随着桥梁设计和施工方法的不断创新和发展，结构设计逐渐多样化，桥梁规模逐渐扩大。 影响桥梁施工质量和安全的风险因素仍然不可避免地存在。 如果连续钢桁架梁的施工精度不合格，可能会导致腰板弯曲、结构错位、连接松动、结构薄弱等质量问题。 一旦出现问题，特大桥连续钢桁梁合龙作业将面临考验。 误差过大不仅会影响工程设计线形，梁结构的受力状态也会受到深刻影响，危及整座桥梁的技术状况。 为了保证钢桁梁的装配精度，尽量避免误差积累，保证梁结构变形和内应力满足设计要求，本研究对案例钢桁梁施工控制技术进行了综述特大桥。

1 项目概况

某桥为两用双层钢桁梁桥。 其连续钢桁梁为8孔，简支钢桁梁为7孔。 连续钢桁梁桥长度1232m，跨度（112+168×6+112）m。 主桥基帽直径2.0m，长度85～105m。 主梁为三片式桁架结构，桁架宽度为2×13.4 m，节距为12.0 m。 主梁标准截面位置中间桁架中心桁架高度为15.27 m，侧部中心桁架高度为15.0 m。

2 钢桁架梁拼装技术 2.1 放样及其误差控制

根据钢桁架梁设计图纸，采用三维放样技术，对钢桁架梁各构件进行精确放样，绘制各构件详图，作为下料和参数控制的依据。 按照工程图纸和批准的工艺要求进行构件生产。 对于形状复杂的部件，必须严格阅读和理解设计图纸，以确保设计状态和规范得到正确执行。 如果布局不合格，必须纠正或更换。 由于它是钢桁架梁，所以构件之间采用节点板和高强度螺栓连接。 结构尺寸必须准确。 允许的放样误差如表1[1]所示。 放样时应按工艺要求保持焊接的收缩补偿量和切削、铣削的线性调整。 下料前应核对钢材的牌号、尺寸、材质等相关信息，并检查钢材的表面质量。 因为不均匀的锈迹、油漆和其他污垢会影响标记的质量，如果发现，应在使用前进行修正和清洁。 冲裁允许误差为±1.0mm。 扣板圆弧部分去除后，应修补局部缺陷，并用角磨机将切边两侧倒角。 冲裁后的侧弯用火焰校正，局部粗糙度用压力机或平板机校正。 所有部件外露边缘均采用R1~R2圆角设计，保证边缘光滑。

表1 允许设置错误的参数下载原图

2.2 杆组件

桥梁各部件均采用夹架组装，不同部件采用不同的定位标准和组装方法。 接头接触面及焊缝两侧30mm以内的锈迹、毛刺和污垢应清理除去，露出钢材的金属光泽。 装配钢筋时，相邻焊缝应错开，最小错开距离必须符合设计图纸的要求。

对于气体保护焊、低氢焊和埋弧焊焊条的手工焊接接头，装配前必须彻底清除焊接区域的水渍、氧化皮和铁锈，并对底漆和其他有害物质进行预处理，使金属光亮。

内部接缝宽度的精度由内部隔板的精度控制。 构件的外部尺寸由两端的临时隔板控制。 工字钢的规格控制是通过腹板和盖板厚度的匹配来解决的。

2.3 杆件校正及残余应力消除

钢材焊接后的变形可通过冷矫直和热矫直来调整。

2.3.1 冷矫直

采用矫直机矫正工字钢板的角部变形； 采用60mm平机对钢板进行校平； 使用100-315吨液压机校正弯曲变形。 冷矫直应在不低于5℃的室温下进行； 细钢筋应缓慢矫直； 覆盖腹板时应注意用力，以免钢板失稳。 冷矫直总变形率小于2%。

2.3.2 热对准

(1)加热时，热矫直加热范围为600~800℃。 严禁过度燃烧，不允许同一部件重复加热[2]。

(2)构件的弯曲变形。 热矫直和垂直弯曲矫直时，在钢板凸面上选取几个点进行三角加热矫直。 侧弯和热矫直时，将钢筋水平放置在凸面上，沿盖板宽度方向支撑钢筋两端，对钢筋进行加热。

(3)整体接头和箱形结构件。 采用有效方法减少装配和焊接过程中的变形。 整体节点和箱形结构构件的变形采用倾斜钢带加热。 焊接后会存在剪切波变形和拱形变形，焊接过程会受到反向变形的影响。

(4)校正横波变形。 加热钢甲板肋另一侧的钢带； 矫正拱变形：对钢桥肋实施多点三角加热。

2.3.3 消除焊接残余应力

在焊接过程中，抑制钢结构件因加热引起的变形，从而在钢结构件中产生内应力。 在实际操作中，控制方法包括：

(1)合理安排焊接顺序，尽量考虑焊缝能自由收缩。

(2)减少焊缝的约束。

(3)预热方法减小焊接结构与周围环境的温差，促进均匀冷却。

(4)加热“应力减少区”法，使阻碍自由膨胀和收缩的部分的温度升高，使其与焊接区同时膨胀和收缩。

(5)其他消除焊缝残余应力的方法如锤击、喷砂、振动、加载、退火等。 如果条件允许，在实际施工过程中也可以采用超声波振动器消除残余应力。

2.4 临时结构处理

钢桁梁施工临时结构可分为临时桥墩、桥墩侧支撑和拼装平台三种类型。 墩侧支撑由顶进设备、墩顶分布梁、预应力张拉系统和混凝土钢管柱基础四部分组成。 桥墩旁的肘板主要作用是组装初始截面钢桁架。 临时桥墩由顶进设备、墩顶分布梁和钢管柱基础三部分组成。 拼装平台由顶进设备、墩顶分布梁和钢管柱基础三部分组成。 管柱数量根据受力情况设计。 管柱之间设有连接系统，以增加装配平台的刚性。 临时桥墩作业过程中，拼装平台的主要功能是对下部变高断面跨越第一个孔的钢桁架梁进行拼装。

2.5 钢梁吊装和运输

根据现场钢梁构件的长度确定吊装用钢丝绳的配置。 由于各构件截面的重心不同，钢缆的设计长度也不同。 主要桁架构件采用8.0m、10.0m、12.0m钢丝绳吊装。 设置后，截面重心应尽可能接近现场实际吊装重心，以保证钢梁的安装姿态。 在预装场预装的钢梁构件由平板车运至码头进行组装。 桥面预拼完毕后，由专用运梁车运至桥墩进行拼装。

3 钢桁架梁线性控制技术 3.1 顶升控制

施工时，应将钢桁梁悬挑端提升至控制高度后合拢。 顶升前应计算临时桥墩的受力情况，合理配置千斤顶，安全系数至少为1.50倍。 边桁架、中桁架、边桁架宜按3：4：3的受力状态分布。

悬臂端未放到桥墩上之前，不能将支撑座组装到桥墩上。 张拉弦组装到位后，在底部放置垫板，然后安装上部结构。 桥墩顶部钢筋弦节点为分叉结构，组装时必须先降低再升高，否则构件无法正确对接。 路口上部施工到位并拧紧高位螺栓后，即可将支撑底座起吊安装。 临时桥墩吊装时，必须同时进行千斤顶作业。 有专人负责指挥，技术人员监控各吊点起升高度，统一信号。 油泵操作员在顶升过程中需要使用对讲机报告油表读数，并且必须保证顶升同步。 顶进过程中，如发现阀门或油管漏油，应立即停止作业，查明原因。

3.2 位移控制

采用悬臂施工法，在架梁起点处，桥面需要吊梁，墩顶支撑座不与钢梁连接。 因此，采用临时纵向限位和横向限位来限制钢梁的平移。

3.3 光束线性控制

钢桁架梁出厂前必须进行试装，并保存试装记录。 该过程由主串控制。 主弦尺寸满足要求，钢梁工艺可控。 在装配过程中，如果装配顺序不合理，很容易出现轴线和高度误差。 施工人员在组装前必须经过相应的培训，并且根据桥梁的特点详细描述每个步骤。 每次组装大型构件时，都必须计算钢梁各节点的挠度值和实测中心线。

钢桁架架设前对构件进行测量，及时调整误差。 如有影响集会的情况，必须及时报告。 在安装过程中，不可避免地会存在标高误差、纵向相对进度误差、横向误差等因素。 钢梁的线形受阳光、焊接变形、冲钉数量等因素影响，很可能发生变化。 其中，钢桁架梁受温度影响较大，需要计算梁结构在温度影响下的伸缩量。 为了减少温度的影响，需要合理选择运行时间安排。 加强弦各段之间可每隔7～9d设1个节间，桥墩顶部相交处需设9d，跨中加强弦需设7～8d。 通常应在交叉口主桁架设和桥面焊接完成后进行测量，每隔4～5天架设一次直段。 局部小钢筋或高螺栓的施工可在测量时间点附近进行调整，测量时间尽量在相对较低的温度状态下进行。 钢梁架设过程中，注意应力和变形检测，包括钢梁结构构件的应力、吊装中梁的结构应力、悬臂孔方向、横向振幅、频率、钢梁的外倾角和悬臂端部的挠度值等

对于非墩顶节的架设，调整横向偏移的主要方法有管柱支撑、倒链拉、高位螺栓锁紧等。当中间桁架构件出现横向挠度时，如果小于15毫米、用高位螺栓反方向拧紧； 如果大于15毫米，则用倒链调节拉力。 当侧桁架向中间桁架偏转时，先用高位螺栓锁紧中间桁架，然后用管柱千斤顶将侧桁架撑起。 侧桁架构件向外偏移时，若小于15毫米，则用高位螺栓反方向拧紧； 如果大于15毫米，则用倒链调节拉力。 临时桥墩及邻桥墩顶应严格按施工图纸布置。 集结前应进行全面检查，并取得签证。 应对其进行水平和中心线观察[3]。

4 钢桁梁合龙控制技术 4.1 合龙总体布置

使用80t门式起重机将钢梁悬臂至和龙口，并在和龙口配置临时桥墩，并将悬臂端部高差调整至理论位置。 根据合闸杆组件的安装要求，在满足温差合闸要求的同时，调整边跨钢梁的位置。 钢梁合龙是通过边跨墩的纵向移动完成的。 在大跨刚构桥施工中，合龙顺序至关重要。 不同的闭合顺序将在桥梁结构中产生不同的挠度值、应力和不同的预拱度。 本工程中，同一断面的合拢顺序是先合下弦，再合上弦，再合斜梁，最后合合桥面。

4.2 和龙施工控制

纵向（X向）调整方式通过顶升钢梁较灵敏，竖向（Z向）受公路桥面搭设及临时墩顶升影响较小，横向（Y向）影响最小受温度变化的影响。 纵向变化通过锁定和释放来调节； 和龙悬臂端桥面通过架设临时桥墩来调整纵向变化，通过架设钢梁提前修正横向变化。 和龙口两侧29-30、31-32标段之间，桥面暂不焊接，高位螺栓暂不紧固。 使用此方法可以纠正偏差。 按温升30℃计算得到的钢桁架梁受温度影响的膨胀参数如表2所示[4]。

杆件组装完成后，应在选定作业时间前后1小时内做好主桁架杆件合拢准备工作。 结束将从下弦开始，然后是上弦，最后在对角杆上结束。 首先将三根下弦逐步闭合，并用千斤顶将钢梁闭合。 测量精度非常高。 施工过程中下弦杆在0.5小时内闭合，施工使用的吊架和人员数量应满足需求。 经计算，三根下弦的冲钉数量的剪切承载能力能够满足钢梁的滑移要求。 下弦闭合完成后，应立即解除活动端380#侧和384#侧的临时约束。 以同样的方式将上弦杆和斜杆合拢在一起，最后拼装桥面，完成合拢施工[5]。

表2 钢桁架梁温度影响热胀冷缩参数表 下载原图

和龙建设过程中，要随时监测桥梁实测标高，严格控制标高在规定范围内，使桥梁整体线形最终满足设计要求。 箱体合拢施工时，用千斤顶将悬臂端升至控制高度，然后合拢。 合闸过程中采用全站仪进行实时监控。

5 结论

基于上述内容，本研究结合某桥梁连续钢桁梁施工工艺，探讨桥梁钢桁梁生产、装配及施工控制的相关技术要点。

(1)从放样与误差控制、杆件装配、杆件校正与残余应力消除、临时结构加工、钢梁吊装与运输五个方面阐述了钢桁架梁拼装技术要点。

(2)从过顶控制、位移控制、梁线性控制三个方面阐述了钢桁架梁线性控制技术的要点。

(3)从合龙总体布置和合龙施工控制等方面阐述了钢桁梁合龙控制技术要点。 分段拼装的施工质量是连续钢桁梁整体施工质量的基础。 桥梁连续钢桁梁节段拼装误差一旦超标，将影响合龙作业的顺利实施以及工程设计线型和梁结构设计受力状态的实现。 因此，必须重视特大桥连续钢桁架的施工质量和技术控制。

参考

[1]朱卫华. 大跨钢桁架斜拉桥中跨合龙关键技术研究[D]. 长沙: 长沙理工大学, 2017.

[2] 王涛. 连续钢桁架桥施工监测与模拟分析[D]. 天津：河北工业大学，2016。

[3] 潘虹. 杆件加工及安装误差对钢桁架桥性能影响研究[D]. 西安：长安大学，2020。

[4] 卢一斌. 钢桁梁公铁两用桥公路钢梁力学性能研究[D]. 成都：西南交通大学，2018。

[5]陈强，王占国，张德海。 连续钢桁梁桥施工监控技术研究[J]. 城市道路、桥梁与防洪，2019（7）：218-221。