大跨變截面鋼筋混凝土箱拱渡槽纜索吊裝施工控制研究

卓小麗，李典豪

(1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院;2.貴州高速公路集團(tuán)有限公司)

1 引 言

纜索吊裝施工方法因其跨越能力大、起吊能力大、地形限制小等優(yōu)點(diǎn)在無支架施工拱橋建設(shè)中使用廣泛。纜索吊裝配合斜拉扣掛施工的鋼筋混凝土拱橋工藝復(fù)雜，吊裝定位難度大，結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換次數(shù)多，索力控制難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)較高，對其進(jìn)行合理有效的施工控制研究十分必要。

2 龍場渡槽施工控制技術(shù)

2.1 施工控制計(jì)算分析

根據(jù)龍場渡槽設(shè)計(jì)圖紙中及現(xiàn)場施工實(shí)施方案，對拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程進(jìn)行仿真優(yōu)化計(jì)算。建模時(shí)主拱圈、交界墩、鋼扣塔的鋼管立柱、平聯(lián)、斜撐等均用梁單元模擬，桁架單元在有限元模擬時(shí)主要針對扣索、錨索，彈性—?jiǎng)偨Y(jié)模擬扣點(diǎn)與主梁、錨點(diǎn)與鋼扣塔之間的連接。

可知，根據(jù)龍場渡槽拱圈施工組織設(shè)計(jì)的施工程序，對拱圈節(jié)段纜索吊裝斜拉扣掛施工的全過程進(jìn)行仿真分析研究。主要對拱圈拱腳控制截面應(yīng)力、控制索力以及在施工過程中拱圈節(jié)段施工預(yù)拱度控制參數(shù)進(jìn)行了分析，圖1 至圖2為各節(jié)段扣、主拱圈各節(jié)段施工預(yù)拱度。

圖1 節(jié)段扣掛鋼絞線初張力

圖2 拱圈各節(jié)段吊裝預(yù)拱度

各施工階段，拱腳控制截面頂?shù)装謇簯?yīng)力變化穩(wěn)定。每個(gè)拱圈節(jié)段安裝過程中，濕接縫的澆筑表現(xiàn)為上緣拉應(yīng)力增大，通過扣索、錨索的張拉使得拱圈在安裝過程中的應(yīng)力水平更為合理。拱腳段截面中性軸最遠(yuǎn)端的壓應(yīng)力出現(xiàn)在12#節(jié)段安裝拼裝后，最大－6.7 MPa(壓應(yīng)力)，上緣最大拉應(yīng)力在拱圈7#節(jié)段安裝完成后，為1.5 MPa。本橋主拱圈混凝土采用C55標(biāo)號混凝土，施工過程中的各個(gè)階段上下緣壓應(yīng)力控制在力10 MPa、拉應(yīng)力控制在1.5 MPa 內(nèi)，可以認(rèn)為拱圈結(jié)構(gòu)受力處于可控范圍。

主拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程中索力控制是關(guān)鍵，依據(jù)圖3 所示的扣掛鋼絞線理論初張索力，對龍場渡槽拱圈節(jié)段吊裝索力進(jìn)行控制。

2.2 拱圈施工控制方法

(1)拱圈吊裝線形控制

一方面，拱圈節(jié)段預(yù)制長度的誤差需要通過吊裝定位時(shí)及時(shí)調(diào)整標(biāo)高;另一方面，分析已施工完成梁段參數(shù)誤差引起的理論與實(shí)測標(biāo)高變化值，指導(dǎo)并預(yù)測下一節(jié)段的立模標(biāo)高。

(2)拱座基礎(chǔ)變位控制

大跨度拱橋建設(shè)中，對于活載相對公路橋梁更大的渡槽而言，基礎(chǔ)沉降的影響更加不容忽視。在實(shí)際工程中，大都采用設(shè)置沉降觀測點(diǎn)的方式進(jìn)行拱座基礎(chǔ)的變位監(jiān)測，但此方法受溫度及其他因素影響較大。本橋采用的多點(diǎn)位移，可以準(zhǔn)確考慮豎直、水平位移的變化，通過實(shí)測值與理論值對比分析確保工程的穩(wěn)定性和安全性。

(3)扣塔、交界墩垂直度控制

一方面，施工控制中需要根據(jù)實(shí)際扣塔、交界墩偏位進(jìn)行拱圈標(biāo)高修正，通過幾何關(guān)系可以推導(dǎo)出Δz=lΔФcosθ，其中Δz 為拱肋節(jié)段高程變化量，l 為拱圈節(jié)段弦長，ΔФ 為拱圈節(jié)段弦長與水平線的夾角變化值，θ 為拱圈節(jié)段弦長與水平線的夾角。另一方面，施工過程中作為主要受壓構(gòu)件的扣塔、交界墩，順橋向的實(shí)際變形狀態(tài)對于結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，當(dāng)前吊裝節(jié)段對扣塔、交界墩偏位的理論影響量與實(shí)際垂直度進(jìn)行合理的評判與修正是本橋施工控制的核心內(nèi)容。

(4)穩(wěn)定性控制

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一般概括為分支點(diǎn)以及極值點(diǎn)失穩(wěn)。分析時(shí)以拱圈最大懸臂狀態(tài)為最不利工況進(jìn)行穩(wěn)定性分析，按照第一類穩(wěn)定問題進(jìn)行特征值穩(wěn)定分析。結(jié)果表明，最不利工況結(jié)構(gòu)的一階穩(wěn)定性系數(shù)為38.46 遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的4～5，拱圈在安裝過程中拱圈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是有保證的，增設(shè)抗風(fēng)纜索對穩(wěn)定系數(shù)的提高作用不大。

3 結(jié) 論

(1)主拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程中，為了逼近設(shè)計(jì)拱軸線，使主拱圈受力更加合理，拱圈節(jié)段預(yù)制長度的誤差需要通過吊裝定位時(shí)及時(shí)調(diào)整標(biāo)高。

(2)主拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程中，通過拱座位移測試儀器、鋼筋應(yīng)力測試儀器，獲得了更加準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，為施工提供了安全保證。

(3)主拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程中，扣塔、交界墩垂直度的幾何修正，減小了拱肋標(biāo)高實(shí)測值的誤差。

(4)主拱圈纜索吊裝斜拉扣掛施工過程中，拱圈的最大懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性滿足要求，不需要設(shè)置抗風(fēng)纜索，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

［1］向中富.橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2011.

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