山区大跨径连续刚构桥主梁智能化施工关键技术研究

关键技术研究

摘要：我国山区桥梁工程项目呈现出桥梁高度大、跨径大、造价高的特点。大跨径预应力混凝土连续刚构桥便是其中一种。连续刚构桥的发展趋势表现为：跨径进一步增大，采用精确的设计方法和先进的施工工艺，提高结构的稳定性和耐久性。采用新型材料，使其具有更好的承载能力和抗变形能力。采用先进的信息技术，将施工、监测等过程数字化和自动化，提高工程施工效率和安全性。

关键词：山区；大跨径；连续刚构桥；挂篮智能化施工

引言： 山区桥梁工程建设,受复杂的地形、地貌，工程项目往往会涉及跨越江河、深谷的大跨径桥梁，由其结构形式决定了上部结构的施工工艺。连续刚构桥主梁采用成熟的悬臂浇筑法，将工业自动化控制技术引入到挂篮施工中，通过各种措施对挂篮结构进行优化，使挂篮更“智能化”，对项目取得更好的综合效益，促进桥梁智能建造技术进步具有深远的意义。

1. 挂篮“智能化”创新及其作用研究

通过创新设计，对挂篮的轻量化、数字化、适用性进行研究，新型挂篮轻量化既节约了材料的用量，又降低了结构本身的自重，施工更加方便快捷；挂篮的数字化主要体现在信息化数据的采集，通过将智能监测系统与挂篮进行一体化设计，通过高精尖的设备将挂篮的运行状态实时体现出来，达到实时预警的效果；挂篮的适用性研究主要通过目前国内桥梁设计的跨径进行统筹，一套新型挂篮具备适用于最大净跨200米，最大承重300t的连续刚构施工，减少设备的闲置，提高挂篮的周转率。

1. 主梁裂缝控制及监控量测技术研究

本项目主梁是单箱单室预应力混凝土箱梁。预应力混凝土箱梁在施工过程中存在着混凝土开裂现象。本项目桥梁1#至5#块件设计为C55钢纤维混凝土，通

过对结构受力较大的部位提高设计要求，采取抗裂措施等方法，有效规避了连续刚构桥在大悬臂状态下，悬臂根部腹板混凝土开裂的情况。深入的对预应力混凝土连续刚构桥结构开裂机理的分析和研究，如：采取水化热温度场数值模拟、通过监控量测措施分析结构应力分布状态及变形，对提高桥梁的设计科学性和施工质量等都有很大的帮助。

监控量测是施工质量和安全控制的重要手段，在大跨度预应力混凝土连续刚构桥建设中，实施有效的监控测量是非常重要的。施工监测是指导各环节施工的重要依据。桥梁结构的受力及变形过程不可能与设计状态完全一致，偏差将随连续刚构悬臂长度增加而累积，如不加以控制与调整，会造成合龙困难，影响成桥的应力分布和线形。为了保证桥梁施工过程可控，使桥梁各阶段的结构状态最接近设计，必需进行桥梁施工监测与控制。

1. 大跨径预应力混凝土连续刚构桥合龙及体系转换的研究

悬臂施工是利用对称设置的一对挂篮，从墩顶0#块向两边对称施工直至合龙成桥，桥梁从静定结构转换为超静定结构，也会使结构产生内应力，导致结构应力重分布，影响结构线形。有限元软件结合监控量测数据，分析结构体系转换前受力及变形状态，为合龙提供数据支撑。合龙顺序直接影响施工进度、物资设备配置及质量把控。本项目连续刚构桥跨径布置为85m+160m+160m+85m，通过与设计深入交流和沟通，最终确定采用边、中跨同步合龙技术。

1. 新型装配化智能挂篮的研发与工程示范

挂篮作为连续刚构桥悬臂浇筑施工中最重要的临时结构，其可靠性直接影响桥梁工程施工安全。本项目由公司技术中心牵头，通过改进液压系统、研发挂篮自动行走同步系统、研发挂篮行走对称性智能监测系统、力学行为分析等多项措施，成功研发出新型挂篮并投入项目使用。

1）多功能液压系统的改进

液压系统为选配结构，可根据桥梁悬臂施工的特点需要配置挂篮走行液压油缸、前支点液压油缸、后锚调节液压油缸等。

2）挂篮自动行走同步系统的研发

通过人机界面操作者可设置每次需移动的行程，系统通过反馈的位移信息，控制挂篮整体的位移行程。也可以通过数据导入实现挂篮行走方向调整，以适应桥梁平面线型。

3）挂篮行走对称性智能监测系统的研发

由于单个T构上两只挂篮距离较远，且有其他现场条件受限，所以采用两控制柜之间进行工业无线通讯的方式，协调两边挂篮系统通讯。在此基础上，可实现两只挂篮运行、走行信息共享，以及两挂篮的同步对称行走。避免挂篮不对称移动时产生不平衡倾覆力矩。研发出挂篮行走对称性智能监测系统，并在实际工程项目中应用。

4）新型高性能挂篮的力学行为分析与平台防护系统研究

挂篮结构在各种工况下，荷载传递途径应明确。通过借助有限元软件，详细分析挂篮在各种工况下的力学行为，同时考虑安装误差对挂篮横向稳定性影响，有利于挂篮结构设计与优化。

平台防护系统主要包括前上横梁平台、爬梯及通道、底篮前横梁平台、底篮后横梁平台、底篮侧向平台。挂篮施工智能化控制系统具有以下几个特点：可提升现场施工作业效率，加快生产周期，节约工期；减少挂篮操作中人员的投入，节约人工成本；通过智能化控制系统，减少人员操作干预，避免和降低安全风险；通过优化构建和增设新构件，避免和降低安全风险；挂篮综合通用性和装配化进行设计，主要构件均采用销接和栓接，让挂篮各构件受力更加合理明确，保障质量和安全更可控的同时，也提高了安拆速度。

1. 核心技术

（1）考虑挂篮稳定性，根据小变形特征值屈曲分析理论，结合有限元分析，提出基于横向稳定性分析的挂篮的优化结构；

（2）模拟大跨径预应力混凝土连续刚构桥箱梁的混凝土强度、温度场和应力分布，研究混凝土强度、温度和应力随时间的变化规律，预测裂缝可能产生的位置、开裂方向和宽度，截面突变后的应力变化；

（3）分析大跨径预应力混凝土连续刚构桥0号块临时结构安全施工影响因素；

（4）新型高性能挂篮的研发与工程示范。

结束语：大跨径预应力混凝土连续刚构桥因其施工工艺成熟，能就地取材，结构刚度大，承载能力强，在山区大跨径桥梁工程中出现的频率相当高。挂篮悬臂浇筑施工又是本企业的品牌业务，伴随企业对高质量发展的要求，对工艺创新的需求，对降本增效的追求，促使企业投入大量资源和技术力量对新型“智能”挂篮进行研发，并成功投入项目使用，使得大跨径预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工向“智能化”发展方向又迈出关键的一步。

参考文献：

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作者简介：叶健，（1988——），男，工程师，本科，从事桥隧施工管理。