懸索橋鋼箱梁吊裝相鄰截面下緣開(kāi)口距離的研究

姚增峰 彭 樵

(重慶交通大學(xué)研究生部，重慶 404100)

1.引言

懸索橋的加勁梁在吊裝過(guò)程中，隨著主纜線形的不斷變化，其線形也在不斷變化。在吊裝初期，梁段上緣頂緊，下緣開(kāi)口較大，此時(shí)梁段之間一般對(duì)頂板實(shí)行臨時(shí)連接。待梁段吊裝到一定階段，已吊裝的梁段底板開(kāi)口距縮小到設(shè)計(jì)焊縫寬度以?xún)?nèi)時(shí)，再進(jìn)行底板的臨時(shí)連接，最后進(jìn)行梁段之間的焊接，去除臨時(shí)連接，完成吊裝。吊裝方案不合理會(huì)在加勁梁節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生較大次應(yīng)力，大大影響結(jié)構(gòu)安全，因此研究在加勁梁吊裝施工過(guò)程中各相鄰加勁梁截面之間開(kāi)口距離的變化規(guī)律，以及加勁梁施工中臨時(shí)連接的變化情況，為加勁梁的合理吊裝施工提供依據(jù)是十分重要的。

龍江大橋主橋?yàn)?20m+1196m+320m的雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股 (PPWS)，中跨矢跨比為1/10.5，設(shè)單向1%的縱坡，兩根主纜橫橋向中心間距為25.5米，設(shè)雙向2%的橫坡。除兩岸處長(zhǎng)吊索距離橋塔中心15.2米外，其余吊索間距均為12.4米。全橋采用簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系。主橋橋型總體布置圖如圖1所示。

主橋鋼箱梁全寬33.5m(含兩側(cè)各2.5m的檢修道)，高3.0m，全橋鋼箱梁分A、B、C三種類(lèi)型，共97段。A梁段為標(biāo)準(zhǔn)梁段，長(zhǎng)12.4m，全橋共95段;B、C梁段各一塊，分別為騰沖、保山側(cè)塔區(qū)無(wú)吊索梁段。鋼箱梁吊裝工程量如表1所示，鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面如圖2所示。

表1 梁段安裝工程數(shù)量表

鋼箱梁的總體吊裝順序是:從保山向騰沖方向吊裝B2～T2梁段后，再對(duì)稱(chēng)向兩側(cè)索塔方向交替吊裝B3～B44、T3～T44梁段，然后從索塔向跨中方向完成B48～B46、T48～T46梁段，最后吊裝B45、T45合攏段。

2.有限元模型

采用橋梁結(jié)構(gòu)非線性計(jì)算軟件MIDAS對(duì)龍江懸索橋建立了空間有限元模型，如圖3所示。懸索橋的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件是主纜、吊索、索鞍、橋塔、加勁梁和錨碇，可根據(jù)各構(gòu)件的受力情況不同而離散為不同的單元。其中主纜和吊索采用索單元進(jìn)行模擬，主塔及加勁梁采用空間三維梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。

邊界條件的處理為:

(1)主塔塔底全部固結(jié)，限制對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)所有的自由度;

(2)主纜錨固點(diǎn)全部固結(jié)，限制對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)所有的自由度;

(3)主纜與主塔在塔頂通過(guò)節(jié)點(diǎn)自由度耦合的形式模擬主索鞍;

(4)在加勁梁的一端限制橫向及縱向位移，另一端也限制橫向及縱向位移;

(5)在加勁梁端采用一般彈性連接約束其豎向位移來(lái)模擬梁端支座;

(6)在索塔與加勁梁端采用剛性連接;

(7)加勁梁與吊桿下部節(jié)點(diǎn)采用剛性連接，在跨中位置限制0號(hào)梁段的橫向位移;

3.加勁梁相鄰截面開(kāi)口距離分析

相鄰截面開(kāi)口角度如圖4所示，產(chǎn)生轉(zhuǎn)角θ，其值為:θ=θ1+ θ2;

如圖4所示，確定加勁梁相鄰截面間開(kāi)口角度θ，令i、j及i+1三點(diǎn)的豎向位移分別為:△i、△j及△i+1，相鄰點(diǎn)的相對(duì)豎向位移分別為:

△1=△i－△j;

△2=△i+1－△j;

由于△1及△2值相對(duì)L1、L2較小，則θ1、θ2可由如下公式計(jì)算為:

則加勁梁相鄰截面下緣兩點(diǎn)之間的開(kāi)口距離為:

式中，L0為開(kāi)口距離;θ為開(kāi)口角度;h為梁截面高度。

加勁梁吊裝施工過(guò)程中，除了要求成橋狀態(tài)下加勁梁梁段截面獲得較小的應(yīng)力以外，還需在未固結(jié)前各加勁梁梁段相鄰截面之間不能出現(xiàn)較大的開(kāi)口距離。為了研究梁段下緣開(kāi)口在整橋縱向上的分布規(guī)律，現(xiàn)將第8、15、25、35、45施工階段的下緣開(kāi)口分布圖取出，如圖5～圖9所示。

從上圖可以發(fā)現(xiàn)，截面開(kāi)口沿橋縱向分布有如下特點(diǎn):

(1)開(kāi)口在整個(gè)梁段上是對(duì)稱(chēng)均勻變化的，隨著吊裝梁段的增多，變化幅度在逐漸減小，故在梁段全部吊裝后，實(shí)行其間的焊接是最理想的;

(2)新吊裝梁段與相鄰已吊裝梁段間上緣的開(kāi)口總是閉合的;

(3)新吊裝梁段與相鄰已吊裝梁段間下緣開(kāi)口的距離普遍較大;

(4)新吊裝梁段會(huì)改變已吊裝梁段間的開(kāi)口分布規(guī)律，且與新開(kāi)口之間的距離越遠(yuǎn)，所受的影響越小;

(5)中跨相鄰梁段的下緣開(kāi)口距離對(duì)比其他已吊裝梁段的開(kāi)口距離要大，這是因?yàn)榭缰兄骼|剛度較其他部分小，故自身線形變化大，引起相應(yīng)主梁線形變化大。

4.結(jié)語(yǔ)

本文以龍江大橋?yàn)楸尘?，在現(xiàn)有施工方案中對(duì)加勁梁在吊裝過(guò)程中梁段相鄰截面下緣的開(kāi)口距離變化做了相應(yīng)研究，證實(shí)了采用施工方案規(guī)定的鋼箱梁吊裝順序時(shí)，梁段下緣的開(kāi)口變化是逐漸趨于穩(wěn)定的，開(kāi)口變化值是逐漸變小的。加勁梁之間在吊裝過(guò)程中采用臨時(shí)鉸接，隨著吊裝梁段的增多，加勁梁的線形逐漸接近于設(shè)計(jì)線形。

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