伍超然

(中铁四局集团钢结构有限公司，安徽合肥 230022)

钢桁梁正交异性桥面板组拼工艺研究

伍超然

(中铁四局集团钢结构有限公司，安徽合肥 230022)

正交异性钢桁桥面板因其自重轻、建筑高度低、强度高、结构连续、施工安装方便、可采用无断缝路面等优点，目前已成为世界上大、中跨度现代钢桥常用的桥面结构形式。本文通过几个方面详细论述了钢桁梁正交异性桥面板组拼工艺。

钢桁梁；正交异性；桥面板；组拼工艺

引言：钢桥梁在交通领域应用非常广泛,尤其是在跨越大江大河、深谷时,钢桥梁以其易于实现大跨度的特点被经常应用。钢析梁即为桥梁中的一种结构形式,钢析梁按结构组成可分为主桁、联接系、桥面系等部分。针对影响钢桥面板受力性能的条件因素，改变相关参数，进一步定量分析各因素对受力行为影响。

1.钢桁梁正交异性桥面板

1.1 正交异性板即正交异性钢桥面板，是用纵横向互相垂直的加劲肋（纵肋和横肋）连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。正交异性板除作为桥面外，还是主梁截面的组成部份，它既是纵横梁的上翼缘，又是主梁的上翼缘。这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。传统的分析方法是把它分成三个结构体系加以研究，即主梁体系、桥面体系和盖板体系。解析法是将正交异性钢桥面板结构作为弹性支承连续正交异性板分析的较为成熟的经典计算方法。

1.2 钢桁梁桥由桁架杆件组成，尽管整体上看钢桁梁桥以受弯和受剪为主，但具体到每根桁架杆件则主要承受轴向力。与实腹梁相比是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，从而节省钢材和减轻结构自重，又由于腹杆钢材用量比实腹梁的腹板有所减少，钢桁梁可做成较大高度，从而具有较大的刚度及更大的跨越能力。但是，钢桁梁的杆件和节点较多，构造较为复杂，制造较为费工。目前较有成效的是有限差分法、有限条法和有限单元法。

1.3 拼装的顺序，原则上是先合拢上、下游主桁的杆件，使之尽快形成稳定的受力结构，然后再将边上弦杆及下平联对接。把板从肋的中间分开，并归并到纵横肋上去，构成格子梁体系。它的缺点是未能考虑板的剪切刚度。把纵横梁分摊到板上，也就是将板化成一种理想的正交异性板。当荷载作用在横肋上时，这种方法是较好的，但当荷载作用在两横肋中间时，此法的精度就差了。随着计算机技术的发展，正交异性板的求解又有了很多新的数值法。

2.钢桁梁正交异性桥面板组拼工艺

2.1 正交异性板钢桁梁节段组装及预拼在工厂完成，然后再将整体节段运至工地吊装连接。组装及预拼在胎架上一体化连续匹配进行，每次组装及预拼不少于3个节段。组装检查合格后出厂。为了加强节段在运输和吊装过程中的稳定性，每个节段增加1 组临时连接板，以构成封闭的三角形。在刚度等效的前提下,平面桁架、单梁模型具有较高的计算精度,能显著提高钢桁梁公路斜拉桥建模效率。 桥面板对焊接头、U 肋对焊接头、板肋对焊接头及上弦杆内的板肋高栓连接。其中上弦杆内的板肋高栓连接可与上弦杆对接时同时完成，其余接头在工地根据设计要求采用相应的角焊缝、坡口焊或加垫补强板焊缝等形式。考虑到轻轨轨道梁较重，可与正交异性桥面板钢桁梁节段同期安装，分两次吊装。

2.2 轨道梁安装具体作法为：先安装钢桁梁就位，再把轨道梁吊装在钢桁梁的下平联上,一端固定在已拼好的下横梁上,另一端悬挂于上弦杆的稳定的位置上。杆件整体节点处焊缝密集,熔敷金属的填充量大,焊接变形突出且不易控制,故焊接内部质量及变形控制是制作的重点和难点。杆件采用整体节点构造,杆件接口的平面度和栓接面错台应严格控制,以确保高强螺栓摩擦面有效传力。由于采用了正交异性桥面钢桁梁整体节点和整体节段的设计，使大量的安装工作在工厂和桥下完成，减少了桥上的拼接工作量。但同时也使连接的单元重量大大增加，如此庞大的节段要完成空中的多点精确对接，难度既大、要求又高，需要精心组织、精心准备，超前考虑，认真对待每个细节，才能确保安装顺利进行。为了防止钢桁梁上满高栓后把焊缝拉裂，上弦杆与桥面板间并没有通长满焊，在两端部均留有25cm 的缝没有施焊，因此在进行此部分的接头焊接时先将上弦杆与桥面板间的焊缝焊满。

2.3 节段接头在总体上分为钢桁梁接头及桥面正交异性板接头，先进行钢桁梁接头的对接和连接，钢桁梁对接完成后再进行桥面正交异性板的对接。为了争取工期，在准备下次钢桁梁对接的同时进行前一个节段的桥面正交异性板的焊接，但最多也只可拼装2 段钢桁梁后再焊接前面的正交异性板。U 肋在工厂制造时并没有通长焊满，而是在两端部均留有20cm 的间隙，在工厂制造时先将接头处补强板焊好，工地施焊时将40cm 的短U 肋安装上去后再行施焊。弦杆之间是对接，斜杆插入节点板是连接。斜杆与整体节点插入拼装时，如果装配时间隙过小无法自由插入，允许使用梯形螺旋顶将整体节点撑开少量或将插入杆件端部用法兰收拉，但不得使用大力量千斤顶，绝对不允许损伤整体节点板角焊缝。整体节点板顶开量，应在预拼场作预顶试验取得数据，以利拼装。

3.钢桁梁正交异性桥面板组拼工艺的措施

3.1 钢桥面板是由面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成，在焊缝交叉处设弧形缺口，其构造细节很复杂。将前一节段的下弦杆、斜杆与所拼节段的下弦整体节点相连，再连接中、上弦杆。上、下弦杆整体节点外拼装的拼接板及其填板应预拼在带有填板的一端，并预留2-3 排螺栓不终拧以便套插拼装。当车辆通过时，轮载在各部件上产生的应力，以及在各部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂，所以钢桥面板的疲劳问题是设计考虑的重点之一。桥面板横向应变大约是纵向应变的5倍左右，荷载主要沿横向传递。当荷载纵向位于跨中，横向位于中心轴U肋处时，桥面板受力最不利。

3.2 钢桥面板工地接头构造，面板对接采用陶瓷衬垫单面焊双面成型工艺，U形肋采用高强度螺栓对接拼接。钢桁梁吊装至安装位置后，仍是先进行主桁杆件的对接，对接完成后即可松掉缆索吊的吊钩，安装吊杆，再挂上并张拉扣索。扣索的张拉索力，根据监控的指令确定，然后进行桥面正交异性板的焊接。构造细节既克服了工地接头纵向U形肋嵌补段的仰焊对接，从而改善了疲劳性能，又避免了面板栓接拼接对桥面铺装层的不利影响。将部分杆件预先在地面上拼成一个吊装单元，然后送往拼装场地组拼，以减少桥上的拼装工作量，加快拼装速度、保证拼装质量，减少高空作业和提高施工安全度。

3.3 桥面正交异性板的焊接时间至多可落后2 个钢桁梁节段。横向拉应力是开口加劲肋正交异性钢桥面铺装设计的一个重要控制指标；开口加劲肋正交异性钢桥面铺装层间剪应力较大，纵梁体系不适合于结合钢桁梁正交异性钢桥面板结构；横梁体系结构比纵横梁体系受力不利；纵横梁体系在获得足够的净空的同时不至于使整个桁架很高，桥面板受力合理，是最适用于结合钢桁梁的正交异性钢桥面板体系。U肋、横隔板和铺装层是影响桥面板受力的主要因素。桁架杆件对提高桥面板的刚度有明显作用，可使桥面板变形和应力减小。在铺装结构设计时应注意选择具有较强抗剪强度的粘结材料，开口加劲肋正交异性钢桥面铺装对车辆荷载的应力应变响应具有很强的局部效应。

4.结语：钢桁梁主梁材质轻，刚度大，施工方便，杆件直接参与拉压受力，材料性能得到充分发挥，设计时不用计入材料的收缩与徐变，同时兼顾了斜拉桥跨越能力强的优点，近年来在国内外大跨径桥梁中应用广泛，未来将会在更多的行业中应用发展。

[1]易炳疆、胡建新；公轨两用单索面钢桁梁斜拉桥荷载试验与承载能力评定；《公路与汽运》；2015年01期

[2]陈常松、刘灿、董道福；钢桁梁公路斜拉桥主梁刚度等效研究；《中外公路》；2015年05期

K928

B

1007-6344（2016）02-0115-01