某大跨度疊合梁斜拉橋施工工序優(yōu)化研究

張 健

(華南理工大學(xué)土木交通學(xué)院，廣東 廣州 510641)

疊合梁結(jié)構(gòu)把混凝土橋面板和鋼梁結(jié)合起來，充分利用了混凝土板受壓能力和鋼梁的受拉能力。與鋼箱梁相比，疊合梁造價(jià)低，起吊運(yùn)輸更方便，直接采用混凝土橋面板也避免了鋼結(jié)構(gòu)橋面鋪裝難題。與混凝土主梁相比，疊合梁更為輕便，跨越能力也顯著提高，又因?yàn)橹黧w結(jié)構(gòu)多為預(yù)制構(gòu)件，所以施工更加快捷。同時(shí)，疊合梁斜拉也存在一些技術(shù)難題，其中最大的問題是混凝土橋面板中可能出現(xiàn)的多類型裂縫，這些裂縫嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，而產(chǎn)生這些裂縫的重要原因之一便是疊合梁的施工工序。所以，在確保結(jié)構(gòu)安全、保證施工及成橋合理狀態(tài)、保證工期合理的前提下，如何確定主梁的最優(yōu)施工工序是確保疊合梁斜拉橋質(zhì)量的關(guān)鍵。本章將以一座大跨度疊合梁斜拉橋?yàn)檠芯勘尘?，對幾種不同的大跨度疊合梁斜拉橋施工方案進(jìn)行對比分析，從而得出最有利于結(jié)構(gòu)安全以及工期較短的施工方案。

1 工程背景

本文所選取的依托工程是一座半漂浮體系的雙塔疊合梁斜拉橋，全長970 m，主跨500 m，主梁劃分為20個(gè)施工階段，采用預(yù)制鋼梁和預(yù)制橋面板，現(xiàn)澆混凝土濕接縫。兩側(cè)邊跨設(shè)有輔助墩，采用活動(dòng)支座并設(shè)置橫向阻尼器。全橋整體有1.8%的坡度，高程不對稱，部分階段有豎曲線設(shè)計(jì)。

2 橋面板濕接縫澆筑時(shí)間合理性分析

在疊合梁體系中，橋面板與鋼梁通過現(xiàn)澆的混凝土濕接縫連接，從而形成一個(gè)完整的體系共同受力，而濕接縫澆筑順序的不同也會(huì)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。根據(jù)濕接縫澆筑時(shí)間的不同即橋面板參與結(jié)構(gòu)受力的時(shí)間不同，可分為以下三個(gè)方案，具體施工工序如下所示：

1)方案一：吊裝n號段鋼梁→一次張拉n號索→安裝n號橋面板→澆筑n號梁段濕接縫并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)→二次張拉n號索→吊機(jī)前移→吊裝n+1號段鋼梁。

2)方案二：吊裝n號梁段鋼梁→一張n號索→安裝n號段橋面板→澆筑n-1號梁段濕接縫并養(yǎng)護(hù)→二張n號索→吊機(jī)前移→吊裝n+1號梁段鋼梁。

3)方案三：吊裝n號梁段鋼梁→一張n號索→安裝n號橋面板→二張n號索→吊機(jī)前移→澆筑n號段濕接縫→吊裝n+1梁段，此過程中n號梁段濕接縫強(qiáng)度已達(dá)到規(guī)范要求→一張n+1號斜拉索。

按上述施工工序循環(huán)施工至中跨合龍，在合龍后，方案一只需要澆筑合龍段的濕接縫，而方案二則需要同時(shí)澆筑合龍段以及前一階段的濕接縫，方案三需要在安裝合龍段鋼梁時(shí)澆筑前一階段濕接縫，合龍完成后再澆筑合龍段的濕接縫。

采用Midas civil 對三種施工方案進(jìn)行對比分析，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 合龍前各方案最大應(yīng)力對比 MPa

由表1可知，三種方案在施工過程中鋼梁的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，相比較而言方案一的鋼梁安全儲(chǔ)備更大一些；橋面板應(yīng)力方面，方案三的最大拉應(yīng)力達(dá)到2.33 MPa，已超出規(guī)范要求的1.96 MPa(C60混凝土)，而方案一和方案二均滿足規(guī)范要求，與方案二相比，方案一僅在橋面板最大力應(yīng)力這一項(xiàng)上稍微偏大，對抑制橋面板裂縫展開略微不利，但其他方面均優(yōu)于方案二。

成橋階段，即合龍之后各方案一和方案二的鋼梁及橋面板最大應(yīng)力如表2所示。

表2 成橋后各方案最大應(yīng)力對比 MPa

由計(jì)算結(jié)果可知，成橋以后兩種方案的鋼梁及橋面板最大應(yīng)力基本一致，這也說明不同的施工工序?qū)Τ蓸蛞院蟮闹髁簯?yīng)力狀態(tài)影響較小。

綜上而言，方案三雖然節(jié)約工期，但是施工過程中橋面板拉應(yīng)力過大，可能會(huì)造成橋面板裂縫的產(chǎn)生，故不可取。方案一和方案二均滿足規(guī)范要求，均可以作為實(shí)際施工方案。

3 雙節(jié)段循環(huán)施工可行性研究

在上一節(jié)中，針對混凝土濕接縫澆筑時(shí)間不同的三種方案進(jìn)行了分析，但是三種方案均為單階段循環(huán)施工，而如今多數(shù)大跨度疊合梁斜拉橋已經(jīng)開始嘗試進(jìn)行雙節(jié)段甚至多階段循環(huán)施工，在上一節(jié)的基礎(chǔ)上，本節(jié)對雙節(jié)段循環(huán)施工的可行性進(jìn)行分析計(jì)算。并與上節(jié)中的方案一進(jìn)行對比。

采用的雙節(jié)段循環(huán)施工具體施工工序如下：

方案四：吊裝n號鋼梁→安裝n號斜拉索并初張拉→安裝n號段橋面板→吊機(jī)前移→安裝n+1號段鋼梁→安裝n+1號斜拉索并初張拉→吊裝n+1號段橋面板→吊機(jī)后退→澆筑n及n+1號段濕接縫→二次張拉n，n+1號斜拉索→吊機(jī)前移。

方案五：吊裝n號鋼梁→安裝n號斜拉索并初張拉→吊機(jī)前移→安裝n+1號段鋼梁→安裝n+1號斜拉索并初張拉→吊裝n，n+1號段橋面板→吊機(jī)后退→澆筑n及n+1號段濕接縫→二次張拉n,n+1號斜拉索→吊機(jī)前移。

按照方案一施工，完成雙節(jié)段大致需要20 d，而按照方案四或者方案五進(jìn)行，僅需16 d便可以完成雙節(jié)段的施工，顯著節(jié)省了工期。用Midas civil對方案四及方案五進(jìn)行計(jì)算，施工過程中的鋼梁及橋面板最大應(yīng)力如表3所示。

表3 合龍前各方案最大應(yīng)力對比 MPa

由計(jì)算結(jié)果知，雙節(jié)段循環(huán)施工相比于單階段循環(huán)施工會(huì)顯著提高施工過程中的主梁拉應(yīng)力，其中方案四橋面板最大拉應(yīng)力為2.12 MPa，已超出規(guī)范要求的C60最大拉應(yīng)力1.96 MPa，故不可取。而方案五雖然相比于方案一主梁拉應(yīng)力仍舊偏大，但可以滿足規(guī)范要求，故如果為了縮短工期可以采用方案五進(jìn)行施工。

4 結(jié)語

本章通過對幾個(gè)方案的Midas模型進(jìn)行計(jì)算分析，通過比較得出，單循環(huán)施工下橋面板與鋼梁間混凝土濕接縫的最佳澆筑時(shí)機(jī)，即橋面板吊裝后立即澆筑混凝土濕接縫。此方法雖然結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備較高，但是施工工期較長，故在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)研究了雙節(jié)段循環(huán)施工的可行性，并得出了滿足規(guī)范要求的最佳方案。此方案可以同時(shí)澆筑兩個(gè)階段的混凝土濕接縫，所以可以顯著縮短工期，建議按此方案進(jìn)行施工。