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钢箱梁分段吊装施工关键问题及变形监测

发表时间：2020/6/12 来源：《基层建设》2020年第6期作者：葛志杰

[导读] 摘要：钢箱梁分段吊装施工在桥梁施工中是一种应用非常广泛的施工技术，其施工工序繁杂且对于精度要求极高。

        姜堰区交通运输局江苏泰州 225500
        摘要：钢箱梁分段吊装施工在桥梁施工中是一种应用非常广泛的施工技术，其施工工序繁杂且对于精度要求极高。为了提升施工质量，加快施工进度，可以通过分段吊装、拼装焊接的方式进行施工。分段吊装即通过将钢箱梁闭口全截面分割形成开口不对称的界面进行运输，这样就会导致在吊装以及施工中在受应力因素的影响，出现一些较大的结构变形问题。如钢箱梁受到横向扭转作用而出现变形，会产生较大的竖向变形，直接的降低其应用性能，造成严重的不良影响。对此，本文浅析钢箱梁分段吊装施工关键问题及变形监测方法。
        关键词：钢箱梁；分段吊装；施工问题；变形监测
        钢箱板其实就是钢板箱形梁，是大跨度桥梁工程施工中经常使用的一种结构。以往钢箱梁的主梁结构一般会经常使用桁架钢加劲梁的形式，伴随焊接技术越来越成熟，在钢板箱梁中已基本使用高强度钢。在新时代下的桥梁工程中，为了确保钢箱梁工程施工更为灵活并且高效高质，工程施工组织一般会选用分段吊装施工法来进行桥梁工程的施工。
        一、钢箱梁在进行分段吊装过程中所面对的关键性问题
        1．开口箱梁出现扭转变形
        当钢箱梁工程施工完以后，钢箱梁有时会形成开口，如此钢箱梁结构的抗扭刚度会有所降低，这样一定会对钢箱梁使用期限与桥梁工程承载力产生影响，致使形成较大程度的扭转变形。所以，在施工期间便需针对这一问题加强考量。在弹性杆件方面，杆件长度、断面的厚度和断面的高度三者间的差距会非常大，如此一定要将弹性杆件换做成薄壁杆件。然而在薄壁杆件当中，断面杆件形状属于不封闭的形状，便会形成开口断面，并且形成与常见的矩形断面量非常接近的杆件弯曲，该杆件弯曲能够对开口断面的杆件形成切应力，由此在弯曲中心的作用下会造成杆件出现扭转变形。所以，在施工期间，需对开口前后情况做好假设及计算。
        2．开口箱梁加固处理
        通过计算分析在钢箱梁中存在的扭转风险，根据具体的受力特点进行加固施工处理。常规状况之下主要通过两种方式进行加固：钢板加固，即通过开口钢箱梁焊接技术将开口的钢箱梁转变为闭口的界面，避免开口断面剪切应力问题的出现，提升整体的抗扭转刚度。桁架加固法，即通过利用桁架使得开口钢箱梁临时固结，达到提升整体刚度的目的，其具有临时性加固的效果。在施工中两种方式各有优劣。钢板加固方式会应用大量的钢材，施工工作量也相对较大，在钢板拆除中相对较为复杂，但是其加固效果显著，可以有效地提升钢箱梁的整体刚度。桁架加固方式焊接轻松，钢材用量较少，拆卸便捷。但是其属于一种临时性的加固方式，不会在大幅度上提升加固效果。在施工中要综合实际状况进行合理选择，分析其扭转风险因素，基于经济控制角度，合理地选择施工方式。
        二、钢箱梁分段吊装施工技术
        1．钢箱梁厂内加工
        钢箱梁厂内加工的构件可分为如下几种：桥面（底）板、桥内（外）侧腹板、隔舱板、U型肋、I型肋及其肋板等。制作上述部件的胎架为现场地面拼接而成的，之后安排专人负责组装和焊接施工，使之呈流水线作业。在胎架上，操作人员将组合而成的钢箱梁进行焊接，并及时矫正弯曲之处。采用数控化的设备生产钢箱梁零部件，避免了使用传统人工加工零部件所产生的误差，提高了部件加工的精准性。另外，使用机械设备加工还能提高生产零部件的稳定性。待所有的构件加工完成时，对其进行严格的检验，之后可运输到现场。

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        2.构件运输
        在对钢箱梁构件进行运输时应该确保两个基本原则，首先应该确保构件在运输阶段的安全性，其次则应该保证构件的运输次序科学合理，避免造成由于构件运输顺序混乱导致的工期延误。在构件运输的准备阶段应该合理选择待运构件的搁置地点，保证其环境干燥并且必须对构件进行覆盖处理，避免生锈，同时还要确保放置地点可以提供足够的支撑力，杜绝下沉。为了避免钢构件相互挤压而发生形变，在进行构件的放置时应该维持各层构件的垫枕支点处于同一垂直线上。另外为了确保运输过程的有序性，需要对各部分待运构件进行分类与编号，确保装车过程有序快速的完成。
        三、钢箱梁变形监测
        1．人工测量
        人工测量方法主要是使用仪器来对大跨度桥梁的钢箱梁结构进行监测，其中经常会使用机械仪器监测与光学仪器来监测。首先，机械测量。通常所使用的机械测量法包含百分表测量与千分表测量两种。机械测量主要是利用机械传动系统与指示装置来对钢箱梁在荷载作用下的各类变形进行测量。机械测量优点主要有，设备原理简单、可重复使用，而且仪器的安装较方便、计数和读数也比较简单，能够直接获得每个测量点的实际变形值，并且测量最终结果也非常准确。为此在实际检测中的应用非常广。从现时期测量仪器发展可以发现，机械仪表已是替代品。其次，光学测量法，一般经常使用水准仪和全站仪测量。水准仪测量利用在稳固处设置基准点，和在桥梁上设置水准点，来对桥梁结构在加载前后高程差进行测量，由此计算得出桥梁检测位置变形值。该方法的工作原理比较简单，仅需用加载前测量值减去加载后测量值就可以求得最终数值。优点是测量准确度高，拥有良好的可靠性。但同时也存在一定缺点，就是如选择使用这种方法，需先停止桥梁交通，并且需要长时间的封闭，不可以进行动态并且边续性的测量。
        2．自动测量法
        自动测量法就是一种进行桥梁变形监测的远程控制方式，多数状况之下在桥梁短期测量中应用。其中具有显著特点就是GPS变形测量以及激光图像变形测量方式。①GPS变形测量是通过卫星导航以及定位技术实现对桥梁变形的有效监测分析，此种技术做到了全天候、全球范围中的连续性监测分析。在监测中通过将接收机固定在桥梁的参考点之上，将另一台接收机防治在变形点位置上，利用卫星进行变形点位置监测分析，达到判断桥梁结构的变形值的目的。②激光图像变形测量就是利用激光方向性好的特点，使其随着桥梁变形实现移动分析，将其固定在被测点位置上的时候，激光光斑会随着桥梁变形等相关变化量反应在光电接收器上。测量人员在进行光电接收器的接受信息检查中根据光斑判定是否出现变形问题，分析光斑的偏移量，计算桥梁变形值。无论是通过人工还是利用自动化的方式进行测量，在测量精度、费用等不同角度均具有一定的优劣。在进行变形监测的选择中要根据其项目实际状况合理选择。
        3．加强对焊接变形的控制
        焊接之前要对所有的焊接材料技能型试验，记录好变形数据，以初始数据为基准点，将其归纳整理，组建数学模型。保存下来的数据可以作为焊接之后材料是否变形的重要依据。在焊接处理时优先选择二氧化碳保护焊，这是因为该种焊接技术耗费的能量较低，这样可以减少变形量。其次是埋弧焊，再次是手工焊，使用这种焊接方式耗费的能量较高。板料的开口坡度要控制在35-40°左右，不能超过上述范围。组建的缝隙宽度也需掌握好，最低不得低于5mm，最高不得超过7mm。为确保焊接质量，打坡口时需优先选择机械冷加工处理技术。
        结束语
        钢箱梁分段吊装在大跨度的桥梁施工中应用效果显著，可以提升整体施工质量。在施工中，要加强对开口桥梁扭转的质量控制与管理，做好加固处理与施工，加强对分段吊装关键技术的分析，合理应用各种技术手段。所以必须要选择与桥梁建筑本身特点相适的测量方法，并进行有效的测量。
        参考文献：
        [1]曹龙呈.钢箱梁分段吊装施工关键问题探讨及变形监测研究[D].浙江大学，2013.
        [2]王威.大吨位非对称预制箱梁吊装施工监测试验分析[D].郑州大学，2016.