中建铁路投资建设集团有限公司 呼和浩特 010000
摘要：钢结构桥梁近年来被广泛应用于市政及铁路工程，由于其具有自重轻、现场安装周期短、易于后期维护等特点，尤其受大跨度结构的青睐。在市政工程中，大截面钢结构箱式桥梁相比于现浇混凝土桥梁而言，主要优势在于其自重轻、现场施工周期短，绝大部分工序可以在钢结构加工厂内完成，这样可以有效减轻市政道路的交通压力，本文以呼和浩特市昭乌达路哲理木路改造提升工程为载体，对大截面钢结构箱梁施工关键技术做进一步总结。
关键词：变形控制；刚性约束；热处理
1.引言
近年来，以上海市政工程设计研究院和安徽省院为代表，开始引入西欧（主要是法国）的大截面钢结构箱式桥梁，法国钢结构桥梁对传统的结构设计体系进行了大幅改进，大体上不设立横向支撑和纵向腹板加劲肋，被认为是一种颇具经济性的桥梁结构形式之一。从施工角度来看，钢结构桥梁设计的材质、细部构造跟计算同等重要，甚至更关键，不能只重计算而忽略构造细节。钢混组合梁截面由于中性轴的上移，钢梁受压区的缩短，确实没有必要为了稳定要求设置尺寸和构造的限制。对于新技术的推广应用，工程经济性和实践检验十分重要。不关心工程经济性难以得到推广应用。不经过实践检验推广应用存在出现系统性问题的风险。钢结构桥梁由于采用高强度的材料，匀质性好，易于加工，故而构件轻、运输架设方便，为大跨度桥梁理想材料。
2.钢结构桥梁施工技术简介
钢结构桥梁施工主要分以下几个阶段：板单元下料加工、工厂组焊构件、工厂内预拼装、桥位处吊装、构件间整体组焊。各构件的几何形状可直接影响到钢构桥梁的整体质量和受力情况。因本工程桥梁为箱型梁，板单元较多，因此对应焊缝也较多，从而导致焊接变形相应增大。焊接变形的质量控制是钢构桥梁加工的重点同时也是难点，所以采用合适的工艺措施是控制焊接变形的有效途径之一。
2.1焊接方式
在焊接过程中，焊缝数量愈多，焊接刚度越大，随着焊缝的先后焊接顺序，焊件受影响的程度逐渐减弱，因此针对对称的对接类焊缝可以采用对称焊接的方式来减小焊接变形带来的影响。首先焊接焊缝少的一端，而后焊接焊缝数多的一端，对于非对称对接焊缝而言是有效的解决措施。桥面板单元是决定桥梁寿命的关键部件，U形肋与桥面板之间角焊缝直接承受车轮荷载，易疲劳破坏，影响桥梁安全和寿命。桥面板单元U形肋角焊缝采用单面焊接，熔深要求达到U形肋厚度的80%以上，即8mm厚U形肋焊缝熔透深度≥6.4mm，且不得焊漏，即达到“透而不漏”的效果。U形肋的组装精度是保证U形肋角焊缝焊接质量的前提，采用半自动焊接，打磨、除尘、定位，安全环保，极大地提高了组装效率、组装精度和定位焊缝质量，确保U形肋与桥面板组装间隙控制在≤0.5mm。
2.2 刚性约束
采用胎具或夹具等方式，通过外力固定约束被焊接的构件单元，以此减小焊接后的变形。针对较大或复杂结构的焊接件，可以采用先点焊或分节段焊接定位后，再进行整体焊接，通过构件间相互约束来减小焊件间的焊接变形。
2.3 焊后局部热处理
焊接后热处理是将焊件局部加热保温，然后采用自然空气冷却的一种方法。焊后热处理是减慢焊接头的冷却速率，降低焊件的局部应力集中，从而减小焊件变形，提高焊件接头的整体力学性能。在焊缝焊接后，利用小锤子对红热状态下的焊缝进行敲击，可起到细化焊缝金属晶粒的作用，而且敲击造成的塑形变形可以有效减小焊接应力，从而减小焊接变形。
2.4 钢板下料切割变形控制
钢板下料切割过程的钢板局部受热，钢板切割结束后，会造成钢板局部变形。当钢板厚度在1cm以上时，构件制作下料利用数控机床进行切割，钢板厚度在1cm以下切割时，在切割线上每隔100cm预留40mm暂不割，待所有切割完冷却后，再切割余下的部分。若钢板是从端部开始切割，则需在距边缘处1cm处切割一次，以使钢板两端可以均匀受热，保证钢板切割后的平整度。
2.5 钢箱梁装配过程中的变形控制
钢板焊接过程同时也是构件变形的过程，由于构成钢箱梁的底板、腹板、顶板、横隔板及加劲肋的类型较多，厚度为8mm至50mm不等，等级为一级的熔透焊口占百分之九十以上，焊接施工过程中钢箱梁的局部变形量控制难度相对较大。箱梁底板长度30m-49m不等、宽度25.5m，局部存在5m-6m的变化，需要采用对接焊缝。在钢板焊接前必须对钢板单元存在的变形量进行校正，只有在对整块底板进行变形校正以后方可安装焊接腹板、隔板等单元。
焊接结构采用焊前预热，焊后热处理的方式，为提高寒冷地区结构抗脆断能力，焊接时应尽量避免焊缝过分集中和多条焊缝交汇，同时较少焊缝的数量和降低焊缝的尺寸，采取合理的焊接顺序（次序），尽量降低焊缝残余应力和残余变形。钢箱梁腹板、隔板安装后，从中间向四周施焊，焊接应力从中央向四周扩散。首先焊接腹板、隔板组成的框架，然后再焊接与底板连接的焊缝。同一道焊缝焊接时必须控制好层间温度，做好必要的应力释放，以减小焊接应力变形。
2.6 钢梁安装支撑体系
临时支架采用6根Φ426*10钢管柱组成，相邻钢管柱之间的连接梁采用C20槽钢组成，分肢及缀条均采用L125*10的角钢连接，连接板尺寸12*250*250，采用焊接（两边焊缝长度之和大于200mm）或高强螺栓连接固定。钢管下部连接600×600mm×20mm柱脚板，顶部采用H450*150*9*14型钢与临时支墩连接，作为分配梁。在原有沥青路面上安装，经计算地面承载力满足要求，柱脚板可直接固定在沥青地面上。
在被破坏的沥青路面上支架基础四周需进行回填夯实，整平碾压，压实厚度要求大于等于95%，承载力要求大于等于180KPa，合格后浇筑C30砼基础，基础尺寸为：7.5m（横向）×3.5m（纵向）×0.5m（厚度），基础预埋钢板尺寸与支架柱脚板尺寸一致，柱脚板四周安装M20高强螺栓固定（深入地面300mm），在混凝土基础上进行支架搭设。支撑基础侧设排水沟，防止雨水浸泡，造成基础不均匀沉降。
支架结构示意图
临时支撑架调节装置主要用于钢箱梁吊装时调节箱梁标高和吊装结束后进行钢箱梁卸载两个作用。为保证沙箱的整体稳定性，将沙箱底部与支架焊接，沙箱上部使用10#槽钢进行支撑，待第一块箱体安装就位后，钢箱体和沙箱进行加固焊接，与支架形成整体。支架安装施工：（1）测定各立柱位置，测定其标高，计算立杆长度；（2）根据排架设计方案，在已处理合格的砼基础上安装立柱（3）为保证支架为静定结构、增强支架的整体稳定性，需按照构造要求设置斜撑。
2.7 临时支架的预压
安装钢梁前对支架进行压预，支架预压的目的：（1）检查支架的安全性，确保施工安全。（2）消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响，有利于桥面线形控制。
在跨中、四分之一跨及桥墩处设置五个观测断面，每个断面4个观测点进行全过程观测。加载时对称均衡加载，分三级预压0→50%→100%→120%，每阶段预压观测时间不少于24小时，并复测各控制点标高，加载至120%时连续观测两天，观测至沉降稳定为止，测量支架的弹性变形及地基的下沉。
加载完毕确认支架已经稳定后进行卸载，卸载顺序与加载顺序相反，后加先卸，先加后卸，分批分级卸载。同时卸载过程中，每批卸载后再次观测一次支架变化。汇总、分析预压观测结果，综合确定后通过顶部临时支墩调整支架的标高，消除非弹性变形。临时支架调节采用调节段（高度为500mm左右）与千斤顶进行，主要用于钢箱梁吊装时调节钢箱梁标高和安装结束后进行钢箱梁整体卸载。
2.8 钢箱梁吊装施工
每一节段的箱体按一质点看待，按86吨考虑，钢结构制作厂在箱体上对称设置四个吊耳，吊耳采用与钢箱梁相同材质（Q345qE）的钢板，设置吊耳的位置尽量要在主隔板上方，若吊耳不在主隔板上方，焊接吊耳处需要进行加固。每段钢箱粱对称设置4个吊耳，呈对称分布，可靠焊接在钢箱粱上，各个吊耳位置及尺寸均严格计算确定。钢丝绳选用4对，卸卡8个。
3 结语
由于桥梁钢结构受疲劳载荷，所以为了提高钢桥的疲劳寿命，防止脆性断裂，要求制造精度高，对焊缝外观成形、内部质量和冲击韧性要求高，这就需要有严密的检测、检查保证产品质量。由于桥梁钢结构受疲劳载荷，所以为了提高钢桥的疲劳寿命，防止脆性断裂，要求制造精度高，对焊缝外观成形、内部质量和冲击韧性要求高，这就需要采用具有高精度的焊接技术和设备来保证。
参考文献
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[3]张若晨.土木工程钢结构施工技术有关问题的思考[J].赤峰学院学报（自然科学版），2018，34（01）：41-42.
论文作者:杜天宇,贺耀龙,于振杰,杜云峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年18期
论文发表时间:2019/12/10
标签：支架论文; 钢结构论文; 桥梁论文; 钢板论文; 腹板论文; 构件论文; 预压论文; 《建筑学研究前沿》2019年18期论文;