北街水道橋中央索面大懸臂超寬幅箱梁牽索掛籃設(shè)計(jì)

譚海雄

摘 要：北街水道橋?yàn)楠?dú)柱雙塔中央雙索面半漂浮體系預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，主梁采用等高度斜腹板單箱五室寬幅箱梁結(jié)構(gòu)，每節(jié)箱梁內(nèi)設(shè)有橫隔板，設(shè)計(jì)為牽索掛籃澆筑。較大的梁塊重量、超寬幅箱梁帶來(lái)的橫向大懸臂以及位于箱梁上變化較大的斜拉索橫向索距給牽索掛籃的設(shè)計(jì)提出諸多問(wèn)題。本橋掛籃設(shè)計(jì)，根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用了復(fù)合式牽索掛籃形式，并根據(jù)荷載分布，設(shè)計(jì)了異于同類型掛籃的新穎底籃結(jié)構(gòu)；根據(jù)溢流閥原理，妥善解決了超寬幅箱梁的橫向大懸臂問(wèn)題。針對(duì)該龐大掛籃系統(tǒng)的移機(jī)，整體的受力分析及撓度計(jì)算以有限元分析軟件Midas Civil為平臺(tái)進(jìn)行了分析運(yùn)算，重點(diǎn)解決了掛籃施工的整體穩(wěn)定性、抗扭曲變形、移機(jī)同步性等幾大難題。掛籃在投入使用前按工況進(jìn)行了試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果也得到了有效驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：中央索面 超寬幅 斜拉橋 牽索掛籃 設(shè)計(jì)

1.工程概況

北街水道特大橋橋跨布置為【60m+150m+380m+150m+60m=800m】，為獨(dú)柱雙塔中央雙索面半漂浮體系混凝土斜拉橋。懸臂澆筑共計(jì)29塊段，1#～3#塊為過(guò)渡段。最重塊1#重640t，246.2m3；4#塊至29#塊為標(biāo)準(zhǔn)塊，重550t，211.5m3。

箱梁采用單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，C55混凝土。箱梁全斷面寬41m，兩側(cè)翼板懸臂各9.6m，底板寬21.6m，中心梁高4m，單節(jié)箱梁長(zhǎng)6m。在斜拉索錨固處設(shè)置橫隔板，間距為6m，橫隔板厚為50cm。

索塔總高度為111.188m，橋面以上高度為84.615m，采用C50混凝土。斜拉索順橋向呈輻射型狀，橫橋向存在偏角，屬于空間索面，斜拉索集中錨固于塔頂。斜拉索立面仰角由1#塊的76.46°變化至29#塊的24.444°，變化幅度約為52°；橫向偏角在88～89°之間，變化幅度約為1°?？v觀所有梁塊，斜拉索的錨固點(diǎn)并不唯一。

2.工程難點(diǎn)

（1）北街水道橋在從0#塊至標(biāo)準(zhǔn)梁段施工過(guò)程中，中室兩中腹板橫向間距向內(nèi)斜向收攏，帶來(lái)索距橫橋向的較大變化。北街水道橋拉索錨固點(diǎn)單邊橫向變化幅度為45.7cm。

（2）箱梁斷面為41m寬，斜拉索橫橋向索距為4.6m，若采用傳統(tǒng)牽索掛籃，將導(dǎo)致底籃橫向懸臂達(dá)17.4m，掛籃的懸臂受力及整體抗扭能力需要解決。

3.掛籃設(shè)計(jì)

根據(jù)箱梁及斜拉索布置特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算及多次比選，掛籃最終采用復(fù)合式牽索掛籃，初張拉外，澆砼50%時(shí)二次張拉，效果如圖1所示。

3. 1基本結(jié)構(gòu)說(shuō)明

掛籃底籃的后部統(tǒng)一錨固于已澆筑梁塊上，前部中間部分由斜拉索錨固承重（前支點(diǎn)部分），兩側(cè)懸臂部分采用輔助主梁懸吊以控制變形（后支點(diǎn)部分）。

牽索掛籃主要分為底籃系統(tǒng)、錨固提升系統(tǒng)、止推系統(tǒng)、牽索張拉系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和模板系統(tǒng)六大部分。

3.2設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.2.1采用均衡聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，合理泄壓

復(fù)合式掛籃由于前支點(diǎn)部分斜拉索和后支點(diǎn)部分吊帶剛度不一致，在澆筑混凝土過(guò)程中，容易出現(xiàn)因斜拉索沉降過(guò)快造成后支點(diǎn)部分受力發(fā)生突變而拖垮上部主梁現(xiàn)象。

根據(jù)溢流閥超壓溢出原理，為防止掛籃前后支點(diǎn)部分在橫橋向出現(xiàn)的受力不協(xié)調(diào)問(wèn)題，方案在后支點(diǎn)掛籃部分的主梁前部吊帶處設(shè)置油壓千斤頂恒壓系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)控制其前部受力，根據(jù)多次計(jì)算及預(yù)壓試驗(yàn)分析，最終將最大受力確定為50t。

油壓千斤頂?shù)闹饕δ転椋寒?dāng)實(shí)際受力大于50T時(shí)，位于油壓千斤頂上的壓力繼電器將打開千斤頂上的收縮端電磁閥，引導(dǎo)油壓千斤頂回縮，從而將多余荷載自動(dòng)釋放為位移，并通過(guò)前下橫梁將力傳遞給斜拉索，當(dāng)千斤頂油缸壓力或載荷降至設(shè)定載荷時(shí)（可根據(jù)需要調(diào)整大小，此處設(shè)計(jì)為50T），千斤頂油缸在壓力繼電器作用下停止卸載；當(dāng)?shù)觞c(diǎn)處實(shí)際受力小于或等于50T，油壓千斤頂維持原位置不變。

截至目前，北街水道橋兩個(gè)主墩的箱梁在澆筑過(guò)程中掛籃均受力正常，前后支點(diǎn)部分沉降值均在合理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，箱梁橫斷面線型與設(shè)計(jì)尺寸基本吻合。如圖2所示。

3.2.2底籃剛?cè)岵?jì)，有效控制線型

底籃系統(tǒng)由前下橫梁、后下橫梁、兩條主縱梁、兩條次縱梁、43條型鋼次梁、施工過(guò)道等組成。與傳統(tǒng)牽索掛籃底籃主要前后下橫梁均采用剛度相近的鋼箱梁做法不同，極端考慮該掛籃因前后支點(diǎn)部分掛籃沉降值偏差問(wèn)題，方案將底籃的前后下橫梁剛度做差異化處理。前下橫梁為主要傳力結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)將箱梁懸臂端荷載最大限度傳遞給斜拉索，同時(shí)協(xié)調(diào)掛籃前后支點(diǎn)部分受力，因此前下橫梁被設(shè)計(jì)成剛度較大的體三角桁架。

為適應(yīng)已澆筑梁塊前端面在極端情況下出現(xiàn)的箱梁橫斷面尺寸差異情況，同時(shí)考慮到后下橫梁上錨固點(diǎn)較多，彎矩偏小，方案將后下橫梁設(shè)計(jì)為柔性單梁結(jié)構(gòu)，可良好匹配箱梁橫斷面線型，避免錯(cuò)臺(tái)。如圖3所示。

3.3箱梁局部及掛籃穩(wěn)定性分析

3.3.1箱梁局部分析

由于底籃后下橫梁結(jié)構(gòu)偏柔，掛籃牽索主縱梁在初張拉過(guò)程易對(duì)已澆筑箱梁的底板產(chǎn)生局部破壞力。對(duì)箱梁標(biāo)準(zhǔn)塊建立abaqus模型分析，有：

（1）初張拉縱向應(yīng)力分析。在初張拉工況下，標(biāo)準(zhǔn)塊基本上沒(méi)有產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力大于2.74MPa的區(qū)域。在R3作用位置底板上緣產(chǎn)生超過(guò)2.74MPa的拉應(yīng)力，但作用區(qū)域較小，且是表層應(yīng)力，可認(rèn)為梁體不會(huì)產(chǎn)生局部破壞。

（2）初張拉橫向應(yīng)力分析。標(biāo)準(zhǔn)塊前端處橫向拉應(yīng)力沒(méi)有超出標(biāo)準(zhǔn)值，梁體處于安全狀態(tài)。

（3）初張拉縱向位移分析。初張拉工況下標(biāo)準(zhǔn)塊的梁前端產(chǎn)生向下的位移，R3作用位置處底板產(chǎn)生向上的撓曲。底板最大豎向位移為2.56mm。

澆筑標(biāo)準(zhǔn)塊時(shí)，梁體基本上不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的區(qū)域，可以認(rèn)為梁體處于安全狀態(tài)。

3.3.1掛籃穩(wěn)定性分析

參照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004），施工區(qū)強(qiáng)風(fēng)風(fēng)壓取江門臺(tái)山地區(qū)最高風(fēng)壓值，為0.65KN/m2（1/100）。

（1）橫風(fēng)作用下空載掛籃穩(wěn)定性計(jì)算

4.結(jié)語(yǔ)

復(fù)合式牽索掛籃是解決中央索面大懸臂超寬幅箱梁懸臂澆注施工的最好辦法；異索施工法在巧妙解決北街水道橋難點(diǎn)的同時(shí)，縮短了施工工期，為后續(xù)同類橋梁施工摸索出很好的施工經(jīng)驗(yàn)；剛?cè)嵯酀?jì)的底籃形式能很好地保證箱梁線形及外觀，混凝土質(zhì)量得到更好的保證，節(jié)約了可觀的成本。