大跨度梁拱组合钢结构技术在桥梁工程中的应用与推广

摘要：以某钢结构桥梁工程为例，探讨大跨度梁拱组合钢结构技术实施的要点。阐述了该工程的基本情况，分析了该工程的施工难点，然后运用钢梁优化方法控制该桥梁工程施工的要点。通过分析发现，大跨度梁拱组合钢结构技术成熟、易于实施，能够满足钢结构桥梁工程的建设要求，该技术值得推广。

关键词：大跨度桥梁；梁拱组合；钢结构技术；

0 前言

对于大跨度钢结构桥梁而言，桥梁结构的稳定性是一个非常关键的参数，施工阶段必须根据施工要求分析施工方案，同时从施工材料、施工工艺、工程管理等多个方面进行控制，提高桥梁工程的最终质量。

1 项目概况

大跨度梁拱组合钢结构桥是当地的主要交通设施，也是进出城市的重要道路之一，对促进当地经济发展，提高交通运输水平具有重要意义。从设计上看，该桥设计长度216m，单箱六室结构，桥面宽度45m，跨度185m，梁结构高度2.5m。本桥工程钢材采用Q345D材质，钢拱跨度185m，桥顶至桥面距离50m，采用抛物线型设计，对称设置。钢拱结构共设19排吊杆，每排2个吊杆，钢板桥梁采用锚固连接。

2 施工难点概述

首先，本桥工程长度为216m，跨度为185m，桥面宽度为45m，拱脚结构相对复杂，钢横梁需要分段设计，对箱梁的设计、制造、运输、安装等工作要求都很高，对桥梁工程的建设影响很大。其次，本工程拱脚钢箱梁内部需要设置多个隔墙、腹板、剪钉结构，各结构内部错开，形成多个封闭空间，板间采用全焊透焊接连接，因此对工程的施工工艺要求较高。第三，本桥工程为跨江建设工程，钢横梁、钢跨尺寸要求较高，钢箱梁间距河床长度为8m，桥面钢拱间距为46m，因此对支撑体系的结构要求较高。 第四，本项目钢拱结构采用双向扭绞形式设计，因此安装定位精度要求很高，施工难度较大，给施工单位和人员带来很大挑战。

2 施工技术分析 2.1 钢梁优化

该桥单体结构构件较大，根据设计图纸，主桥分段施工，主桥短节段尺寸约为45mx8m，结构节段尺寸较大，若整块运输难以完成任务，必须采用分段处理的方法。另外，主桥拱脚宽度为45m，长度为21m，同时拱脚样式包含在箱体内，结构设计难度较大。要了解制造、运输、安装等环节的要求，尽量避免出现横缝等问题。各节段连接时，底板、面板错开，确保钢桥、拱桥分段合理。在整体桥梁长度方向上，钢梁共有80个标准节段，结构组成相对复杂。在长度方向上，每族拱脚在长宽方向上共有10个生产端，其中包括两个拱脚箱梁节段。 合拢段制作时，在宽度方向预留足够的安装体积，两侧钢梁焊接完成后，考虑全长焊接引起的收缩问题，保证合拢段净宽度满足要求，既满足安装标准，又保证合拢精度满足要求。各段连接时，采用Z型连接形式，并加设U型加强筋，确保连接性能及效果合格。

3.2钢箱梁施工工艺 (1)施工工序

箱梁结构施工中，需进行整体建模及分段材料切割，运输至现场进行整体拼装，并达到规定的尺寸标准。在建模阶段，采用专业软件对钢梁构件进行建模，并对整个施工过程进行模拟分析。完成后对钢梁拼装现场进行模拟分析，对每个构件的拼装、焊接均需进行严格的管理和控制。对节段高度、位置进行综合分析，确保运输、焊接工序合格，不得出现焊缝缺陷及应力集中现象。在分段材料切割制作阶段，采用横肋控制拱脚竖向材料切割，拱脚横向横肋与竖向横肋错开，确保连接效果符合要求。对于分段线下侧和上侧拱脚隔墙需要切割的材料，运输至现场后进行拼装作业。 拱脚顶底板及腹板安装时，保证段间错开间距达到20cm。

（2）现场焊接工艺

焊接工作主要工艺流程为：组装各构件、安装横、竖横肋、安装内外侧及顶板、底板、焊接腹板、底板、安装拱脚两侧隔板、焊接钢箱梁底板与拱脚隔板底板、安装竖隔板、固定拱脚与隔板。现场施工时，先安装连接钢梁底板、腹板、加劲板，再焊接横肋、底板。然后将各腹板分开分别设置，确保分开的间距符合要求。先安装焊接拱脚最内侧腹板，然后进行栓钉焊接连接，再进行组装焊接。 ①由于安装时拱脚腹板、顶板、底板、横肋的安装角度不同，组装时应设置临时支撑结构。 ②安装开始前，从两侧向中间撤回，确保空间的密封性和焊接质量。③安装作业时，水平隔板不能伸出隔板20cm，确保横缝焊接合格效果。④拱脚的焊接自上而下进行，焊后方可安装栓钉。⑤拱脚内外腹板、顶底板安装前，应使用全站仪对结构件进行焊接，经探伤检测合格后，方可投入运行。⑥安装阶段，封闭空间焊接同时完成，探伤检测合格后，方可开始封闭安装。⑦选择合适的坡口形式，增加衬砌结构，落实清根工作。

（3）净尺寸工艺

整体结构拼装施工完毕后，采用全站仪进行现场检测，在钢箱梁外侧设置观测点，在拱脚处设置6个观测点，确保各部位尺寸合格。测量后进行现场划线，确保净切割尺寸符合设计方案要求。

3.3 支撑体系建设

对于支撑体系，其主要施工结构分为桥身和桥台两部分。本桥工程桥梁结构采用钢管柱组合群，采用63cm钢管，三根或六根为一个单元，间距为3.7m×4m，平均标高7m，最大可达8m。柱间需设置槽钢、角钢作为支撑结构，柱顶设置双排工字钢作为梁结构，内部设置砂箱固定。在桥梁支撑结构设计中，拱节需分段设置，以水平长度8m为一个节，共设置10节。全桥共设38个拱节、4个拱脚，钢拱从拱脚位置开始逐渐围合，桥面至拱顶节最大间距设置为50.4m。 拱肋直接安装在钢箱梁桥面表面，留出下部支撑结构。支撑体系的结构形式为圆盘式钢管支撑加钢管柱支撑。根据本工程设计方案要求，拱脚处采用的支撑结构为63cm尺寸的钢管，拱肋上部采用圆盘式钢管连接。钢拱安装完毕后，开始进行焊接拼装工作。钢管柱安装时，水平方向采用25a槽钢，竖向每隔4m设置一个，并保证在钢管顶端到底部400mm的位置设置一个槽钢连接。竖向斜支撑采用100mm角钢，厚度为8mm。每隔12m需设置水平剪力支撑结构，在钢管顶端设置同样的剪力支撑。 水平支撑槽钢25a与斜支撑角钢及钢管焊接，焊角高度6mm。钢管顶端沿桥向用I30a槽钢并排连接在钢管上，上部设砂箱固定。另在特定工字钢上部沿短钢管做桁架，上部接口处应采用上部接口砂箱。

3.4 吊装工艺

本工程设计中，在钢箱梁标高处，在250节位处进行履带安装施工，在拱脚位置及钢混结构施工时，采用250t履带吊进行双机吊装，在具体操作时，要根据两拱脚位置，逐步移至中间位置，具体流程为：安装底架、拱脚、标准节、钢混节、收口节、钢支撑、钢拱等，然后拆除支撑结构。在具体拼装前，明确吊装方案，了解支撑体系，作出判断分析，组织专家进行全面检查分析。在安装过程中，利用全站仪、水准仪等设备测量标高、轴线，落实设计方案标准，针对具体情况进行改进完善，使结构尺寸规格符合要求，对提高工程质量起到积极作用。

4 桥梁钢结构施工质量控制策略

在桥梁钢结构施工中，工作人员组织实施了钢结构安装质量的监督管理，主要分为前期准备、实际施工、工程验收几个阶段。桥梁钢结构加强了现场质量控制，确保桥梁钢结构质量合格，完全满足桥梁运营的标准要求。明确质量控制标准，组织专业技术人员进行全面监督管理，落实每个结构、每个工序的质量控制，促进工程结构质量水平的提高。

4.1钢结构施工前准备阶段的质量控制

为确保桥梁钢结构现场施工顺利实施，满足工程质量标准，严格落实前期工作极为重要，是提高工程建设效果的关键。在工程正式实施前，要全面开展前期工作，对工程设计方案、材料、设备等进行全面把控，每个环节都要在控制之中。选择合适的施工材料，加强材料质量和性能管理，采购人员要根据工程具体情况确定最佳供应商。要综合分析供货能力、产品质量、价格等因素，选择最优化的施工回收率，对提高工程建设整体质量有积极作用。加强桥梁工程所用成品、半成品材料的控制，使运输、安装等环节符合要求，一旦出现质量问题，就会影响桥梁工程的运行效果。 因此桥梁工程施工单位需根据现场情况落实设计方案，选择合适的施工材料，做好材料质量监督与管理，确保各材料性能及指标符合要求，并制定合理的运输管理策略，杜绝钢结构质量缺陷。

此外，桥梁钢结构工程的施工方案及图纸，技术人员及施工人员充分理解设计理念，对设计方案的细节有充分的了解，对每个工序都要进行管理和控制，对钢结构整体施工质量及性能有全面的把控。同时，在桥梁钢结构施工中，遇到困难和问题时，技术人员要做好全面的准备，对整个工程的整体情况有较深入的了解，确定应急措施，为工程的顺利施工提供依据。在对设计方案进行全面的审核和了解后，发现设计问题，及时对设计方案进行更改，确保方案符合现场施工条件，对工程的顺利实施起到积极的作用，确保工程质量符合桥梁运营的标准。

4.2实际钢结构施工质量控制

在桥梁钢结构的具体施工环节中，为保证钢结构的质量，在焊接作业前，应使用电线砂轮等工具对焊接部位进行打磨，确保焊缝周围无锈蚀、无杂质，清理工作完成后开始进行烘干处理，为焊接施工提供依据。应明确焊接的顺序和方向，满足合理性的要求，严格执行规定的焊接顺序要求，保证焊接速度合格。从实际情况分析，在焊缝的焊接中，需要对有收缩的焊缝进行焊接处理，加强收缩的控制。在板材的焊接中，组织技术人员需先对焊缝进行错缝焊接，对直缝部位的长焊缝进行焊接，保证焊接效率。 在焊接工作中，需要保证焊接的顺利进行，焊接材料供应足量，焊接保护气体充足，压力足够大，保证焊接时焊接区域得到充分的保护，不会出现空气侵入问题导致焊接质量达不到要求，保证焊接效果，对于焊接施工整体效果的提高有着积极的意义。

钢梁安装定位过程中，要对构件起弧、临时附件焊接情况进行分析，选择合适的焊接方法，保证钢梁安装的准确性，不要在钢构件上任意打弧，不要在钢梁上焊接临时附件，不要震动、损坏钢梁附件，保护好钢梁构件结构，保证其正常运行。对于需要吊装的部件，在现场进行切割，切割工作完成后，用砂轮进行打磨，保证钢构件的质量和性能，促进钢构件质量水平的提高，充分满足后续作业的要求。

4.3 工程验收质量控制

桥梁钢结构施工完成后，会加强对钢结构部分的质量检查验收，组织专门人员做好质量检查工作。同时，经过专门人员检查后，保证桥梁钢结构的质量，然后将相应的结果报告给相关部门和人员。桥梁施工完成后，会报监理部门验收，严格按照我国的国家标准进行开工检查，落实工程设计方案和技术标准，监理工程师对工程的各个结构、部位进行全面检查，发现问题及时分析原因，采取必要的对策。监理部门全面验收完成后，才能组织质检部门进行验收。 因此在桥梁工程施工中，必须做好施工记录工作，确保现场情况的准确记录，保证施工资料符合真实性、完整性的要求，为竣工验收提供依据，为桥梁验收提供基础条件，这也将对提高我国桥梁工程检测质量水平起到积极的作用。

5 结论

随着我国基础设施建设的快速推进，桥梁工程建设速度加快，其中大跨度梁拱组合钢结构施工技术，其技术水平较高，对桥梁工程的运营效果和质量具有重要意义。同时其施工难度较大，对施工单位和人员的要求很高。本文主要对施工技术进行分析，以实际工程案例为切入点，对施工工艺进行总结。只有全面落实桥梁施工各工序环节的管控，确保每个阶段都在控制范围内，才能保证施工效果合格，满足现代桥梁建设的需求。