南廣鐵路桂平郁江特大橋主橋鋼梁預(yù)拱度設(shè)置

陳建峰，余 浪，楊國(guó)靜

(中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

1 工程背景

桂平郁江特大橋是南廣鐵路一座雙線特大橋，主橋采用(36+96+228+96+36)m五跨雙塔雙索面鋼桁斜拉橋，主橋采用半漂浮體系，主塔與主梁間設(shè)置豎向支承，縱向采用阻尼約束，主塔采用花瓶式，塔高為103.5 m，斜拉索采用 φ7環(huán)氧涂層鋼絲，主梁采用鋼桁梁，三角形桁架，兩片主桁，桁間距15 m，桁高14 m，節(jié)間長(zhǎng)度12 m，橋面系采用正交異性鋼板的整體道砟橋面結(jié)構(gòu)，鋼橋面板與帶整體節(jié)點(diǎn)的主桁下弦桿通長(zhǎng)連接［1］。主橋布置見(jiàn)圖 1。

圖1 桂平郁江大橋主橋布置(單位:cm)

2 預(yù)拱度設(shè)置方法及比較

2.1 設(shè)置原則

下承式鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置方法通常是伸長(zhǎng)或縮短上弦桿件拼接縫尺寸，增加或減少上弦節(jié)間長(zhǎng)度。具體實(shí)現(xiàn)分以下三步:從整體計(jì)算中提取恒載和靜活載工況的下弦桿件各節(jié)點(diǎn)處豎向位移;恒載與一半靜活載豎向位移之和得到預(yù)拱度值;通過(guò)某一計(jì)算方法推出預(yù)拱度值與上弦長(zhǎng)度變化值之間關(guān)系，得出各個(gè)上弦節(jié)間拼接縫的伸長(zhǎng)值或縮短值。

以上第一步可以通過(guò)有限元程序計(jì)算得到，第二步可以直接計(jì)算得到，預(yù)拱度最終實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于第三步采用何種計(jì)算方法，針對(duì)這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，本文提出了三種計(jì)算方法:幾何法、溫度法，以及在前兩者基礎(chǔ)上的混合法。

2.2 幾何法［2］

幾何法:根據(jù)主桁幾何關(guān)系推出預(yù)拱度值與上弦長(zhǎng)度變化值之間關(guān)系，以郁江橋?yàn)槔?，鋼桁梁形式為三角形桁架?/p>

假設(shè)以下參數(shù)，fi為各下弦節(jié)點(diǎn)豎向拱度;L為節(jié)間長(zhǎng);H為桁高;α，β為下弦桿與豎直線夾角;γ為下弦桿與腹桿夾角;θ為腹桿間夾角;Δ為上弦拼接縫變化值。各參數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 各參數(shù)關(guān)系圖

可推出如下公式:

Δ=2(L2+H2)0.5sin(θ/2)－L，其中拼接縫變化值Δ伸長(zhǎng)為正，縮短為負(fù)。

幾何法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間短，且可編制excel表格來(lái)計(jì)算，但缺點(diǎn)是未考慮各主桁桿件的伸長(zhǎng)和縮短，求出的拼縫值有一定誤差，需要進(jìn)行修正。

2.3 溫度法［3］

先假設(shè)上弦拼接縫的伸長(zhǎng)值或縮短值，而后利用升溫或降溫來(lái)使上弦桿件長(zhǎng)度發(fā)生變化，通過(guò)有限元程序計(jì)算反推下弦各節(jié)點(diǎn)預(yù)拱度值，如與預(yù)設(shè)拱度不符則重新假設(shè)拼接縫變化值，如相符則得到最終變化值Δ為

其中，L為桁長(zhǎng);Δt為溫度變化值;a為線膨脹系數(shù);Δ為上弦桿件拼縫變化值。

溫度法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)是因?yàn)榉赐频年P(guān)系，需要計(jì)算者有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，且需經(jīng)過(guò)多次試算才能得到準(zhǔn)確結(jié)果，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。

2.4 混合法

幾何法和溫度法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，在上述兩種方法基礎(chǔ)上，本文提出一種混合法，具體分以下兩步:①通過(guò)幾何法初步得出各個(gè)上弦拼接縫的伸長(zhǎng)值或縮短值Δ;②利用溫度法對(duì)幾何法求得的拼縫變化值Δ進(jìn)行修正，得出準(zhǔn)確結(jié)果。

混合法綜合了幾何法和溫度法的優(yōu)點(diǎn)，先用幾何法初步算出Δ值，而后利用溫度法，通過(guò)若干次試算，很快可以得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

2.5 三種方法比較

上述三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。從表1可以看出，這三種方法都能用于下承式鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置，都能取得計(jì)算結(jié)果，而混合法是綜合了幾何法和溫度法的優(yōu)點(diǎn)，能較快地得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，是更好的計(jì)算方法。

表1 三種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

3 本橋鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置

郁江主橋鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置分別采用上述三種方法，其計(jì)算結(jié)果和計(jì)算次數(shù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，采用幾何法求得的拼縫變化值Δ計(jì)算結(jié)果有一定誤差，但計(jì)算次數(shù)只有一次，很快可得到結(jié)果;溫度法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，但計(jì)算次數(shù)很多，工作量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng);混合法計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，計(jì)算時(shí)間短。通過(guò)比較，混合法具有較大優(yōu)勢(shì)。

表2 計(jì)算結(jié)果比較表

預(yù)拱度設(shè)置除了計(jì)算方法外，還需注意以下三點(diǎn):

1)為了桿件不產(chǎn)生較大附加應(yīng)力，支座處預(yù)拱度值需接近于零，計(jì)算時(shí)可先確定支座位置處拼接縫變化值，再調(diào)整其它位置處的值。

2)拼接縫變化值應(yīng)為整數(shù)，設(shè)計(jì)預(yù)拱度值與理論預(yù)拱度值有差別，考慮到中活載比實(shí)際列車活載大，計(jì)算豎向位移大，故設(shè)計(jì)預(yù)拱度值宜比理論預(yù)拱度值偏小，但誤差需控制在一定范圍內(nèi)。

3)溫度法和混合法采用有限元程序計(jì)算時(shí)，計(jì)算模型采用單片主桁即可，不用考慮拉索、主塔和鋼橋面板。

郁江主橋鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置成果已用于郁江主橋施工圖的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

下承式鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置的三種方法:幾何法、溫度法，以及在前兩者基礎(chǔ)上的混合法。混合法綜合了幾何法和溫度法的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的優(yōu)勢(shì)，能較快得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，是更為理想的計(jì)算方法。

［1］中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.南廣鐵路桂平郁江特大橋設(shè)計(jì)［R］.成都:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2009.

［2］劉玉清，李金權(quán).40 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土 T形公路梁預(yù)拱度設(shè)計(jì)［J］.鐵道建筑，2001(8):6-8.

［3］曾永平.大跨度鋼桁斜拉橋預(yù)拱度設(shè)置［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2010(10):78-81.

［4］王海良.懸臂拼裝連續(xù)箱梁施工過(guò)程控制［J］.鐵道建筑，2008(5):1-3.