大跨径组合梁斜拉桥主梁安装误差控制研究

大跨径组合梁斜拉桥主梁安装误差控制
研究
摘要：在组合梁斜拉桥上部结构施工过程中，针对主梁安装可能产生的各种
误差进行分析并采取有效控制措施可显著提高施工效率、减少工程建设周期，保
证桥梁结构在建设及运营过程中内力与线形均处于理想范围。

本文以主跨720米
的钢-混组合梁斜拉桥赤壁长江公路大桥为例，根据组合梁计算的相关理论，基
于主梁实际安装方法对其标高、轴偏、扭转等施工误差的产生原因、影响及控制
措施进行了较为详细的研究，研究成果对类似桥梁在实际施工过程中的线形控制
具有一定的借鉴意义。

关键词：斜拉桥组合梁安装误差控制措施
1
钢-混组合梁斜拉桥通过合理利用钢材与混凝土的抗拉压性能[1]，与混凝土梁相比因自重较轻可有效提升跨径；与钢箱梁相比在经济性上具有一定优势，上层
混凝土梁也可以避免钢箱梁桥面铺装容易损坏的特点，可广泛运用于主跨在
300m~800m范围内的各类型公、铁桥梁。

在钢-混组合梁斜拉桥中主梁施工的关键
工序是钢梁的架设与安装，钢梁在施工过程中应及时修正误差，防止累计与放大。

从施工角度考虑改进及优化钢梁现场安装方法可以有效提高施工效率、减少工程
建设周期，达到降本增效的目的。

因此在钢-混组合梁斜拉桥上部结构施工过程
中对钢梁的安装误差进行分析与控制具有重要意义。

1工程概况
赤壁长江公路大桥主桥桥型布置为90m+240m+720m+240m+90m，桥型立面布置
图如下图1所示，作为武汉城市圈环线高速跨越长江的关键性工程，其跨度在全
世界组合梁斜拉桥中排名第一。

主桥结构形式为双塔对称式钢-混组合梁斜拉桥，
主塔为H型塔，空间索面，两边跨各设置一个辅助墩和边墩[2]。

全桥主梁由上部
桥面板、钢主梁、横梁、小纵梁组成，桥面宽度为36.5m，主梁中心线处梁高为3.8m，顺桥向共计分为121个梁段，横断面布置如下图2所示。

图1
桥型立面
布置图
图2 横
断面布置图
(7)
2钢梁拼装
组合梁主梁施工目前较常采用的方法有整体节段吊装或散件悬臂拼装[3]。

整
体节段吊装因散件可在桥下拼装，再进行整体吊装，可多工作面协同施工。

但此
方法对桥面吊机要求较高且需验算桥面板局部应力。

在实际施工中综合多因素考
虑赤壁长江公路大桥主梁施工采用的施工方案为散件悬臂拼装。

在散件悬臂拼装过程中钢主梁因其自重较大成为主梁施工的关键点，图3为
钢主梁的现场吊装图。

需要通过软件分析钢主梁安装过程中因自重产生的变形量。

梁段在桥面吊机提升时吊点的具体位置位于横隔板与上顶板加劲肋的连接处。

利
用仿真软件Abaqus的实体单元进行建模计算，边界采用一节点铰接，其余仅约
束竖向位移的方式模拟。

计算结果具体如图4所示。

图3 钢主梁现场吊装图图4 钢主梁吊装变形
根据模型计算结果可知，钢主梁在起吊过程中的最大位移不超过1mm。

因此
可以得出在主梁拼装过程中钢主梁的线形可以认为是无应力构型。

3钢梁施工误差的分析与调整
在斜拉桥上部结构实际施工过程中，各种不可控因素对安装线形的精确性影
响较大。

为保证结构线形误差在可允许范围内，需要根据施工方案及现场实际情
况分析可能发生的安装误差，为解决现场施工问题制定切实可行的调整方案。

3.1扭转误差
随着目前汽车保有量的不断增加，为保证合适的车道数，跨江跨河桥梁梁段
的横向截面尺寸也越来越大，大跨径宽幅组合梁是组合梁斜拉桥目前的发展趋势。

但在工程实践中发现横向弯矩对施工的影响不可忽略，在宽幅组合梁斜拉桥中表
现更加明显。

钢梁与拼接板在制造时由无应力状态的相对位置确定螺栓孔。

而在具体架梁
过程中由于自重、索力、施工荷载等合力会对施工平台即已安装梁段施加一定扭矩，如图5所示，两侧钢主梁会发生扭转变形，新安装钢主梁与旧钢主梁匹配安
装后，新安装钢主梁同样会处于侧倾状态。

利用Ansys软件建立三段已架设梁段和一段钢主梁的局部模型如下图6所示。

通过软件建模计算可得钢主梁内外腹板在桥面吊机和索力作用下因扭转产生的标高误差，在赤壁桥某梁段实际安装过程中设计测量扭转数据为、。

这种安装过程中产生的相对空间位置误差会导致按无应力状态制造的拼接板螺栓孔群误差过大，使得后续施工步骤如横梁与钢主梁无法顺利连接。

图5 钢主梁扭转图6 扭转建模计算
大跨径宽幅组合梁斜拉桥已安装钢主梁在合力作用下发生内倾，这种扭转变形在对横梁的安装较为不利。

针对散件悬臂拼装过程中发生的钢主梁扭转，横梁安装时可先连接一端，由于钢主梁的内倾会导致待连接横梁一端向下倾斜，此时应在倾斜横梁端安装七字板，如下图7所示，利用钢主梁上的千斤顶为横梁一端提供向上顶升力。

因横梁长度较长，顶升力会产生较大弯矩使横梁弯曲变形。

当此弯矩使横梁强制变形趋近于钢主梁的内倾变形时，应及时打入临时冲顶进行匹配。

这种方法会使主梁内存在横向附加内力，但处于可控制范围，且不会随施工的进行而累加。

如图8所示为赤壁长江公路大桥在主梁与横梁间利用七字板进行的强制安装方法。

图7 千斤顶顶升横梁示意图图8 现场实际施工图
3.2标高控制
在主梁的施工过程中，标高定位尤其重要，涉及到主梁及主塔的施工误差，需要进行详细的分析。

在组合梁中，钢梁的定位即决定了整个梁段的标高，所以钢梁定位误差是影响标高的最主要因素。

图9 定位示意图
如图9所示，若梁段实际安装时已安装梁段、的标高误差分别为、。

为保证主梁成桥线形的平顺性，梁段的定位标高调整量应满足以下表达式：
（1）
式中、分别为和节段的梁长。

在主梁施工定位时，特别是在大跨径桥梁中，如果不考虑光照及温度等因素
带来的误差，将会给线形控制带来较大影响。

为不影响施工效率，在环境温度场
稳定时测量施工实际温度，计算软件中考虑温度误差便可得出修正量。

当主梁安
装定位标高精度受日照等因素影响时，受不稳定温度场影响无法精确计算具体修
正值。

若相近已安装梁端标高误差满足要求，新梁段可采用与其相对位置进行定位，通过这种局部定位法在一定程度上可以避免不稳定温度场引起的过大标高误差。

3.3轴偏误差
钢主梁因为制作误差等各种因素影响在实际上构施工过程中会不可避免地产
生轴偏误差。

如果不采取有效控制措施，在后续施工过程中这种轴偏误差将会被
急剧放大，给合拢及成桥状态引发较大不可控风险。

具体修正方法应利用螺栓孔
与冲钉间隙，在新旧钢主梁顶板轴线偏向侧通过小型千斤顶进行顶推调整，如下
图10所示。

轴偏定位数据满足要求后，及时焊接码板控制偏距误差。

图10 轴偏调整现场图
4结论
在赤壁长江公路大桥全桥合拢及二期恒载施工完成后，在温度场稳定时间段内对全桥主梁线形进行了观测，通过实测数据可以得到[4]：基于主梁施工过程中的各项施工误差控制调整，实现了主梁线形光滑平整且无过大折角的成桥目标，通过对钢主梁安装线形的全方位控制使全桥线性达到了理想目标。

各种措施对后续类似桥梁的施工过程具有一定的借鉴意义。

参考文献：
[1]聂建国, 余志武. 钢-混凝土组合梁在我国的研究及应用[J]. 土木工程学报,1999, 32(2):3-8.
[2]中铁大桥勘测设计院集团有限公司. 赤壁长江公路大桥工程施工图[Z]，2019.
[3]杨岳华. 宽幅组合梁斜拉桥主梁节段预制与安装力学性能研究[D].长安大学,2017.
[4]傅亚军. 组合梁斜拉桥钢主梁制造及安装线形误差分析[D].长沙理工大学,2021.
1。