市政桥梁钢箱梁梁段安装方法研究

龙和焊接，因此临时支墩成为保证施工的重要设施。为满足
节段组装需求，本项目沿桥梁纵向设置了 6 个临时支墩，每
个支墩由并排分布的钢管柱组成，每排 10 根钢管柱，钢管
直径为 0.529m，壁厚为 8mm。相邻的钢管柱设置横梁和斜
支撑。水平连接机构（横梁）的数量取决于钢管柱的高度，
如果钢管柱高度＜ 8m，那么横梁数量为 2 道。如果钢管柱
4.3.2 合龙测量与控制
4.3.2.1 建立测量基准点
测量基准点包括钢箱梁轴线基准点和高程基准点，前者用 于控制梁段的水平位置，后者用于控制梁段的标高。该桥梁较 短，因此在桥头的两侧各设置一个测控点，作为轴线基准点。
高程基准点须足够稳定，避免出现沉降，将其设置在地 基沉降变形范围外。水准点数量为 4 个，每公里误差控制在 0.5mm 内。 4.3.2.2 合龙过程测量
4 钢箱梁现场安装施工方法
4.1 地基处理
4.1.1 方案选型
梁段和车辆的质量都较大，因此对地基的稳定性、承载 力提出了一定的要求。在地基方案选型阶段，初步提出两种 技术方案 ：采用混凝土便道，优点为安全可靠、承载力大， 缺点为成本高，后期须拆除 ；采用简单的施工便道，铺设级 配碎石，并且对吊车的行驶路径进行碾压和夯实，该方案 的优点为成本低、施工便捷、效率高，缺点为承载力较混凝 土便道略差。本项目地基基础条件较好，为降低施工成本、 提高施工效率，决定采用吊车支腿位置设置路基板的施工方 案，路基板的尺寸为 2m×2m×0.3m，为钢筋混凝土浇筑而成。 吊车行驶的施工便道用 50cm 厚的级配碎石进行填筑。
工程技术
2024 NO.3（上） 中国新曲娜 （山东华邦建设集团有限公司，山东 潍坊 262500）
摘 要 ：大型市政钢箱梁桥梁具有跨度大、质量大的特点，在施工过程中需要将箱梁划分为若干个梁段，以便运
输、吊装、组对以及焊接。研究过程旨在探索此类工程的施工方法，以国内某跨河桥梁为分析对象，重点探讨了
数量 1 1 1 1 1 1 1
质量/t 89.4 85.7 85.7 76.2 69.4 66.6 66.6
3.1.2 力学验算的关键参数
计算时须将最重的节段作为分析对象，支墩钢管柱的材
质为 Q235，将其许用应力记为 σ，则有 σ=140×1.3=182MPa，
其中 1.3 为提高系数，其他重要的计算参数见表 2。
首先，在钢箱梁吊装前，按照 1 次 /3h 的频率观察接头段 的空间参量，包括标高、仰角等，持续时间为 48h。
其次，在钢箱梁就位后，等待 2h，测量各跨跨中变形量。 最后，在完全合龙后，按照 1 次 /3h 的频率测量全桥主要 控制断面，测量持续时间为 24h[4]。 4.3.3 合龙施工技术要点
计算结果 169.77MPa 77.25MPa 107.39MPa
设计阈值 182MPa 182MPa 182MPa
是否合格 是 是 是
3.1.3.4 临时支墩结构变形验算结果
模拟结果显示，分配梁的最大变形量为 11.4mm，允许 值为分配梁长度的 1/400（15mm），符合要求。连接结构的 模拟最大变形量为 1.1mm，允许值为连接结构长度的 1/400 （5mm），符合要求。
风载荷，静载荷主要为钢箱梁和支架结构的质量，将风载荷
标准值记为 ωk，其计算方法如公式（1）所示。
ωk=ωo·μZ·μS·βZ
（1）
式中：ωo 为当地十年一遇基本风压，取值为 0.3kN/m2；µZ 为
结构粗糙度，取值为 1.0 ；µS 为结构体型系数，取值为 1.8 ；
βZ 为风振系数，取值为 0.7[1]。将这些参数代入公式中，可求
Vs≤0.7βhsftA0 βhs=（800/h0）1/4
（3） （4）
式中：Vs 为钢管柱与基础交接处的剪力设计值；βhs 为受剪切
承载力截面高度影响系数；A0 为验算截面处基础的有效截面 积 ；h0 为截面高度 ；ft 为混凝土轴心抗拉强度设计值 [3]。经
计算，Vs=169kN，0.7βhs·ft·A0=1760kN，符合使用要求。
有参数代入公式中，可求得 Pk=166.041kN，地基的设计承载
力为 180kN，由于 Pk<180kN，因此地基承载力满足要求。
3.2.2 基础受剪承载力验算
钢管柱与承台基础的交接面存在一定的剪切作用力，因 此要验算基础的抗剪切性能 [2]。由于本项目基础底面短边的 长度（2m）小于钢管柱的宽度加 2 倍基础有效高度（1m）， 根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011），基础交 接面的受剪承载力验算方法如公式（3）、公式（4）所示。
表 2 计算参数示例
结构物 钢管柱
槽钢
参数名称 截面积 惯性矩 回转半径 截面积 惯性矩 截面模量
参数取值 13094mm2 4.44mm4×108mm4
184.22mm 2190mm2 8.66mm4×106mm4 1.08mm3×105mm3
3.1.3 力学验算方法
3.1.3.1 仿真建模
支撑体系的结构较为复杂，采用 Midas 软件建立钢立柱 支撑体系的三维模型，将临时结构的材质设定为 Q235，剪应 力、压应力、拉应力分别设置为 120MPa、182MPa、182MPa。 项目临时支墩体系的建模结果如图 1 所示。
4.2.2 吊装施工顺序
钢箱梁共 63 个节段，纵向划分为 9 段，横向划分为 7 段。横向节段按照 A~F 进行编号，除 C 段外，其他节段均 采用双机吊装。整体的施工顺序为 A 段→ B 段→ G 段→ F 段→ E 段→ D 段→ C 段，其中 C 段是钢箱梁的合龙段。
- 100 -
工程技术
在临时支墩体系中，钢管支架的最大高度为 10m，桥面 宽度达到 50m，高宽比为 0.2。当高宽比不超过 3 时，可忽 略侧向风载荷对结构体系稳定性的影响。在这种情况下，决 定临时支墩体系稳定性的主要影响因素为竖向应力。经屈曲 分析，临时支墩钢管架的临界载荷系数为 40.06，超过 4.0 的 最低限值，稳定性符合技术要求。
1 工程概况
某城市跨河公路桥为双向 8 车道设计方案，横断面的宽 度为 50m，跨径为 45m+50m+37m=132m。桥面分为 A 幅和 B 幅，宽度分别为 23.38m、26.62m，均为单箱钢箱梁结构， A 幅设计有 4 个箱室，B 幅有 5 个箱室。以分幅中心线为基 准，两侧向下设置 2% 的坡度，以便降雨时进行排水。两幅 桥面的功能布局完全一致，从中心线向外分别为机动车道、 绿化带、非机动车道和人行道。
承台作为临时支墩和钢梁节段的主要承载结构，其下方
的地基必须具备足够的承载力。将承台基础的地基在单位面
积上的受力记为 Pk，其计算方法如公式（2）所示。
Pk=（Fk+Gk）/A
（2）
式中 ：Fk 为承台上受到的最大作用力，取值为 567.167kN ；
Gk 为承台自重 ；A 为承台的水平截面积，A=2×2=4m2 ；将所
2024 NO.3（上） 中国新技术新产品
4.3 钢梁合龙施工
4.4.1 作业环境要求
4.3.1 确定合龙位置
合龙位置的确定与钢箱梁的吊装方式存在紧密的联系， 本项目中确定桥台、桥墩的位置，将两侧梁段吊装完成后，再 对最后一段进行合龙。根据实际情况，将合拢段选在桥梁正负 弯矩最小的位置，即 C 段。
3.2 支架基础设计方案及力学验算
4.2 钢梁吊装施工
钢管柱的基础采用独立承台，每个承台为 4 根钢管柱提 供支承力，承台的厚度为 1.0m，长宽均为 2.0m，用 C30 混 凝土进行浇筑，承台受到钢管柱的最大作用力为 564.167kN。 承台基础配筋为 HRB335。
3.2.1 地基承载力验算
得 ωk=0.378kN/m2。其他参数按照载荷质量与重力加速度的
乘积进行计算。
3.1.3.3 临时支墩结构应力验算结果
将所有计算参数和载荷输入仿真模型中，由软件工具求
出分配梁的最大应力、连接结构的最大应力、钢管柱的最大
强度应力，结果见表 3。
表 3 应力验算结果
验算指标 分配梁最大应力 连接结构最大应力 钢管柱最大强度应力
4.1.2 地基处理的技术要点
地基处理采用换填工艺，整体的施工流程为检验回填材 料质量→按照每层 300mm 厚度铺筑、整平→夯填密实→设 计指标检验→验收合格。在级配碎石质量检验阶段，要求石 子粒径≤ 50mm，含泥量应控制在 5% 内。级配填料分层虚 铺的厚度为 300mm，夯实后每层的厚度应为 250mm。在检 验阶段，要求临时道路的含水率≤ 12%，同时≥ 8%，其密 度＞ 1.8g/cm3。
高度＞ 8m，那么设置 4 道横梁。使用 16# 槽钢制作横梁。
表 1 钢箱梁分段结果示例
序号 1 2 3 4 5 6 7
吊装编号 GA1A GA2A GA3A GA4A GB1B GB2B GB3A
规格（宽×高×长）/m 6.523×2.0×26.11 6.0×2.0×26.11 6.0×2.0×26.11 4.853×2.0×26.11 6.513×2.02×15.85 6.0×2.02×15.85 6.0×2.02×15.85
4.2.1 吊装设备选型
吊装设备主要包括吊机、钢丝绳、吊耳等。当选择吊 机时，既要考虑最大载重，又要考虑梁段的几何尺寸。本 项目最重的梁段为 89.4t，其长度为 26.11m，如果使用单机 吊装方案，那么满足载荷需求，但是受梁段长度的影响， 难以进行现场操作，因此采用双机吊装方案，分别为 1 台 200t 汽车吊和 1 台 150t 的履带吊。吊耳选型主要考虑其承 载力，每个梁段上应设计 4 个吊耳，将吊耳几何尺寸设计 为 300mm×300mm×30mm，孔径为 70mm。经验算，吊耳最 不利位置的强度为 51.8MPa，小于最大许用应力 182MPa， 设计方案可行。吊装用钢丝绳的公称直径为 60.5mm，纤 维 芯 数 量 为 6×37， 其 容 许 拉 力 为 345kN，4 根 钢 丝 绳 在 不利情况下仅有 3 根发挥作用，每根承受的最大拉力为 89.4×10/3=297.77kN<345kN，满足要求。
钢箱梁节段划分方法、临时支撑体系的设计方法与力学验算、钢箱梁分段吊装、合龙测量、合龙过程控制、钢梁
焊接工艺和焊接顺序等内容，形成了较为全面的梁段安装施工工艺。
关键词 ：钢箱梁桥梁 ；节段划分 ；临时支架
中图分类号 ：U 445
文献标志码 ：A
钢箱梁大桥施工具有一定的难度和特殊性，与现浇混凝土 桥梁不同，钢结构需要预制，如果按照设计方案整体制造，其 质量通常就会超过吊装机械、运输车辆、路面和地基的承载力， 在现实中难以实现，因此分段制作与安装成为解决问题的有效 手段。在具体实施的过程中，应该重视地基、临时支架、吊具 的设计或者选型，并进行必要的理论计算。随着此类桥梁施工 技术的大范围应用，探究其分段安装方法有重要的工程价值。
2 钢箱梁节段划分
2.1 节段划分的基本原则
由于钢箱梁整体宽度、长度以及质量都非常大，难以整 体吊装就位，因此需要分段制作、分段吊装，再进行组装和 焊接，分段时应该遵循以下原则。1）分段位置应规避弯矩 大的部位和钢箱梁的支点位置。2）顶板、腹板和底板间的 接缝应相互错开且错开的距离应≥ 200mm。3）分段时要考 虑地基、吊机、运输车辆、吊具、临时支撑结构的承载力。 4）分段时要考虑运输、吊装、合龙以及焊接的便捷性。5） 分段制作不应破坏钢箱梁的整体线形。
3 临时支撑系统设计与验算
3.1 临时支墩设计方案及力学验算 3.1.1 临时支墩的设计方案
钢梁节段须架设至设计标高，在临时支撑系统上进行合
图 1 临时支墩体系三维建模结果
- 99 -
中国新技术新产品 2024 NO.3（上）
工程技术
3.1.3.2 载荷计算
载荷分为动载荷和静载荷，动载荷包括人机材的质量和
2.2 节段划分结果
A、B 两幅共 9 个箱室，每个箱室的结构包括顶板、底板、 腹板等，将每个箱室沿横向划分成 7 个节段，共计 7×9=63 个节段，表 1 为钢箱梁分段结果示例。63 个节段的质量在 33.5t~89.4t，宽度在 4.728m~6.523m。节段高度有两种规格， 分别为 2.0m 和 2.02m，长度在 8.8m~26.11m。