半漂浮體系鋼-混混合梁斜拉橋施工控制敏感參數(shù)分析

■陳智威

（福建省高速公路建設(shè)總指揮部 福州 350000）

1 工程概況

某高速公路跨江大橋?yàn)橹骺?18m 的雙塔雙索面混合梁斜拉橋， 其跨徑布置為70m+75m+84m＋818.0m＋233.5m+124.5m，箱梁全寬(含風(fēng)嘴)38.9m。主梁東側(cè)邊跨及主跨索塔附近區(qū)域?yàn)榛炷林髁?，主跨大部分及西?cè)邊跨為鋼箱主梁；索塔采用 “H”形結(jié)構(gòu)，分為下塔肢、中塔肢、上塔肢三部份，中、下塔肢為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上塔肢(拉索錨固區(qū))為鋼錨梁＋混凝土塔壁組合結(jié)構(gòu)。斜拉索為空間扇形雙索面，材料采用Φ7 平行鋼絲，全橋共216 根。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)布置圖

2 模型建立

本文以施工過(guò)程中出現(xiàn)的誤差對(duì)成橋后的結(jié)構(gòu)影響為研究對(duì)象，不考慮施工階段進(jìn)行模擬，建立兩套模型，一套為以設(shè)計(jì)圖紙為標(biāo)準(zhǔn)建立的基準(zhǔn)模型，另一套為根據(jù)誤差假設(shè)建立的對(duì)比模型。兩套模型均采用以下參數(shù)。

2.1 單元?jiǎng)澐?/h3>

計(jì)算采用西南交通大學(xué)橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算程序NLABS，模型全橋?qū)嶋H結(jié)構(gòu)主梁按斜拉所錨固節(jié)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，主梁及塔、墩采用二維梁?jiǎn)挝贿M(jìn)行模擬，斜拉索采用只能承受拉力的索單元模擬， 計(jì)算時(shí)考慮斜拉索垂度和大位移幾何非線性效應(yīng)的影響。 整體坐標(biāo)系建立以順橋向?yàn)閤 軸，豎向?yàn)閥 軸的坐標(biāo)系。

2.2 主要材料屬性

主梁采用C55 混凝土，斜拉索采用高強(qiáng)平行鋼絲，鋼箱梁采用Q345C 橋梁結(jié)構(gòu)用鋼，材料屬性見(jiàn)表1～3：

表1 混凝土材料屬性

表2 鋼箱梁材料屬性

表3 斜拉索材料屬性

2.3 邊界條件

成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)邊界約束條件如表4 所示：

表4 成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)邊界約束條件

3 計(jì)算對(duì)比結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)有大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論及經(jīng)驗(yàn)，橋梁動(dòng)力特性為大跨度橋梁設(shè)計(jì)極限的控制因數(shù)，因此本文在計(jì)算結(jié)果對(duì)比時(shí)，對(duì)混凝土主梁以從力學(xué)角度分析為主，鋼箱主梁以線形控制為主。

3.1 拉索錨點(diǎn)未修正對(duì)成橋影響量計(jì)算結(jié)果

在施工塔柱時(shí)，塔柱拉索錨點(diǎn)的坐標(biāo)由設(shè)計(jì)坐標(biāo)決定，通過(guò)切實(shí)可行的測(cè)量措施和適當(dāng)?shù)氖┕すに嚕诜艠訒r(shí)塔柱拉索錨點(diǎn)的坐標(biāo)是可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的，但由于塔柱彈性壓縮和收縮、徐變等因素的影響，塔柱長(zhǎng)度會(huì)較設(shè)計(jì)長(zhǎng)度有所縮短，即使在放樣時(shí)塔柱拉索錨點(diǎn)的坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)重合，在主梁施工和成橋時(shí)，塔柱拉索錨點(diǎn)的標(biāo)高也將比設(shè)計(jì)標(biāo)高要矮，故在施工塔柱時(shí)需對(duì)塔柱拉索錨點(diǎn)進(jìn)行預(yù)抬高。以下為修正前后對(duì)比。

3.1.1 索力影響量

索力影響量詳見(jiàn)表5 和圖2。

表5 索力影響絕對(duì)量統(tǒng)計(jì)表

圖2 索力影響相對(duì)量

3.1.2 混凝土主梁應(yīng)力影響量

混凝土主梁應(yīng)力影響量詳見(jiàn)圖3。

圖3 混凝土主梁應(yīng)力增量(應(yīng)力單位：MPa)

3.1.3 裸塔狀態(tài)塔柱與鋼錨梁變形差

主梁鋼錨施工施工過(guò)程中采用節(jié)段豎向拼裝方式施工，而主塔砼節(jié)段采用現(xiàn)澆施工，故在裸塔狀態(tài)砼節(jié)段與鋼錨梁將引起壓縮量差值。

由圖4 可知在26 號(hào)索套管處，鋼錨梁與對(duì)應(yīng)塔柱混凝土節(jié)段出現(xiàn)14.1mm 高差。

圖4 砼節(jié)段與鋼錨梁壓縮量差值(差值單位：mm)

3.2 主梁混凝土彈性模量差異影響量計(jì)算結(jié)果

基準(zhǔn)模型材料參數(shù)采用規(guī)范值，對(duì)比模型主梁混凝土彈模值采用工地實(shí)測(cè)值， 實(shí)測(cè)彈模值為4.26E4MPa，比規(guī)范值大20%，兩套模型其余參數(shù)均采用規(guī)范值及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。

3.2.1 索力影響量

索力影響量詳見(jiàn)表6 和圖5。

表6 索力絕對(duì)影響量統(tǒng)計(jì)表

圖5 索力影響相對(duì)量

3.2.2 混凝土主梁應(yīng)力影響量

混凝土主梁應(yīng)力影響量詳見(jiàn)圖6。

圖6 混凝土主梁應(yīng)力增量(應(yīng)力單位：MPa)

3.2.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見(jiàn)圖7。

圖7 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.2.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見(jiàn)圖8。

圖8 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.3 斜拉索彈性模量差異影響量計(jì)算結(jié)果

基準(zhǔn)模型材料參數(shù)采用規(guī)范值，對(duì)比模型斜拉索彈模模值為2.00E5MPa，兩套模型其余參數(shù)均采用規(guī)范值及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。

3.3.1 索力影響量

索力影響量詳見(jiàn)表7 和圖9。

表7 索力影響絕對(duì)量統(tǒng)計(jì)表

圖9 索力影響相對(duì)量

3.3.2 混凝土主梁應(yīng)力影響量

混凝土主梁應(yīng)力影響量詳見(jiàn)圖10。

圖10 混凝土主梁應(yīng)力增量(應(yīng)力單位：MPa)

3.3.3 主梁成橋線形影響量

主梁成橋線形影響量詳見(jiàn)圖11。

圖11 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.3.4 鋼主梁制造線形影響量

鋼主梁制造線形影響量詳見(jiàn)圖12。

圖12 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.4 混凝土主梁澆筑超方2%影響量計(jì)算結(jié)果

基準(zhǔn)模型主梁混凝土方量采用設(shè)計(jì)方量，對(duì)比模型方量按超方2%考慮，兩套模型其余參數(shù)均采用規(guī)范值及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。

3.4.1 索力影響量

索力影響量詳見(jiàn)表8 和圖13。

表8 索力影響絕對(duì)量統(tǒng)計(jì)表

圖13 索力影響相對(duì)量

3.4.2 混凝土主梁應(yīng)力影響量

混凝土主梁應(yīng)力影響量詳見(jiàn)圖14。

圖14 混凝土主梁應(yīng)力增量(應(yīng)力單位：MPa)

3.4.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見(jiàn)圖15。

圖15 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.4.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見(jiàn)圖16。

圖16 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

3.5 鋼箱梁整體超重2%影響量計(jì)算結(jié)果

基準(zhǔn)模型鋼箱梁重量采用設(shè)計(jì)值，對(duì)比按超重2%考慮，兩套模型其余參數(shù)均采用規(guī)范值及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)值。

3.5.1 索力影響量

索力影響量詳見(jiàn)表9 和圖17。

表9 索力影響絕對(duì)量統(tǒng)計(jì)表

圖17 索力影響相對(duì)量

3.5.2 混凝土主梁應(yīng)力影響量

混凝土主梁應(yīng)力影響量詳見(jiàn)圖18。

圖18 混凝土主梁應(yīng)力增量(應(yīng)力單位：MPa)

3.5.3 成橋線形影響量

成橋線形影響量詳見(jiàn)圖19。

圖19 主梁成橋線形增量(單位：m)

3.5.4 鋼箱梁制造線形影響量

鋼箱梁制造線形影響量詳見(jiàn)圖20。

圖20 鋼主梁制造線形增量(單位：m)

4 各種影響參數(shù)計(jì)算結(jié)果

各種影響量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表10。

從表10 可得出：

(1)混凝土主梁及主塔拉索錨點(diǎn)是否修正對(duì)混凝土主梁應(yīng)力及索力影響極小， 考慮施工便利性及控制方法，施工過(guò)程中未對(duì)其修正。

(2) 主梁混凝土彈模修正對(duì)主梁成橋線形、 索力、砼主梁應(yīng)力及鋼梁制造線形影響極小，對(duì)已發(fā)布的混凝土主梁立模及鋼梁制造線形不會(huì)帶來(lái)誤差，對(duì)混凝土主梁壓縮量影響明顯，后期將根據(jù)實(shí)測(cè)主梁砼彈模修正計(jì)算模型。

(3)拉索彈模修正對(duì)主梁成橋線形、索力、砼主梁應(yīng)力及鋼梁制造線形影響極小，但對(duì)無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)影響顯著，無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng)指令將根據(jù)實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正。

(4)主梁混凝土超方對(duì)索力影響明顯，在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制混凝土澆筑方量。

(5)鋼梁超重對(duì)索力、成橋線形及制造線形影響極大，而目前加工廠的稱(chēng)重精度低，無(wú)法滿足控制要求，建議在吊裝過(guò)程中采用高精度的稱(chēng)重辦法，校核梁重。

表10 各種影響量統(tǒng)計(jì)表

[1]葉見(jiàn)曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3]王伯惠.斜拉橋結(jié)構(gòu)發(fā)展和中國(guó)經(jīng)驗(yàn)[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]王勖成.有限單元法[M].清華大學(xué)出版社，2003.

[5]項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[6]向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[7]樓莊鴻.多孔斜拉橋[J].公路交通科技，2002(02).

[8]經(jīng)柏林.斜拉橋的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)市政工程，2002(01).

[9]江鋒.淇澳大橋獨(dú)柱式主塔橫向受力分析[J].武漢城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001(01).

[10]常英.大跨鋼箱梁斜拉橋施工控制要點(diǎn)分析[J].公路交通科技，2001(01).

[11]陳德偉，許俊，周宗澤，李國(guó)志.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋施工控制新進(jìn)展[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001(01).

[12]馬坤全.大跨徑斜拉橋建設(shè)與展望[J].國(guó)外橋梁，2000(04).

[13]官萬(wàn)軼，韓大建.斜拉橋的索力調(diào)整[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(01).