獨(dú)塔非對(duì)稱疊合梁斜拉橋“先梁后索”施工控制研究

董劍

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

斜拉橋按照索塔和主梁施工的先后順序，可分為塔梁異步、塔梁同步兩大類。塔梁異步施工是先施工主塔,后施工主梁,塔梁施工相互分離的施工方法[1]?！跋攘汉笏鳌笔窃谥味胀瓿珊螅谥Ъ苌习惭b主梁同時(shí)進(jìn)行塔柱施工，塔柱施工期間完成鋼箱梁安裝及橋面板安裝、張拉工作，待塔柱施工完成后集中掛索、調(diào)索。相較于傳統(tǒng)的使用橋面吊機(jī)架設(shè)鋼梁，“先梁后索”可以大大縮短組合梁時(shí)間?？梢詫?shí)現(xiàn)大節(jié)段整體吊裝，減少箱梁分段，實(shí)現(xiàn)工廠化加工、整體機(jī)械化安裝，有利于提高梁體安裝效率。同時(shí)，在支架上安裝梁體，能夠有效提高梁體安裝精度。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

項(xiàng) 目 主 橋 全 長(zhǎng) 415m， 橋 跨220m+134.9m+60.1m，結(jié)構(gòu)體系為獨(dú)塔雙索面半漂浮式斜拉橋。大橋上部結(jié)構(gòu)采用鋼混組合梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，座板臺(tái)，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。

1.1 索塔

索塔采用A 字形索塔，塔柱向內(nèi)側(cè)相互靠攏，斜率為1/7.320。距塔頂9.5m 和39.5m 分別設(shè)置上橫梁和中橫梁一道。上塔柱采用等截面，下塔柱33.71m 范圍內(nèi)采用等截面，底部6.751m 范圍內(nèi)橫橋向尺寸加大，提高索塔抗震性能。

1.2 加勁梁

加勁梁采用雙鋼邊箱加橫梁結(jié)合混凝土橋面板的整體式組合斷面，頂面全寬39m，雙邊箱中心距26m。鋼邊箱采用單箱單室截面，底板水平設(shè)置，頂板設(shè)2.14%的單向橫坡，腹板采用直腹板。鋼橫梁采用“工”字形截面。橫梁底板水平，頂板采用雙向2.14%的橫坡，標(biāo)準(zhǔn)橫梁跨中預(yù)制梁高3038.2mm，標(biāo)準(zhǔn)橫梁上翼緣寬600mm，厚20mm，底板寬560mm，厚20mm，腹板厚14mm。標(biāo)準(zhǔn)段橫梁沿橋軸線每3.2m 設(shè)置一道。橋面板標(biāo)準(zhǔn)厚度為28cm，與鋼梁結(jié)合部分加厚至55cm；邊跨壓重段橋面板厚度55cm。

1.3 斜拉索

斜拉索采用扇形密索布置，空間雙索面，標(biāo)準(zhǔn)段主梁上索距9.6m，邊跨壓重段主梁上索距6.4m，塔柱雙索面均布置有21 對(duì)斜拉索，材質(zhì)為1770MPa 的7mm 鍍鋅平行鋼絲，塔端張拉。

見圖1，2。

圖1 項(xiàng)目主橋橋型圖

圖2 項(xiàng)目鋼梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 施工工藝與控制原則

疊合梁斜拉橋施工多采用索粱同步施工，先完成索塔的澆筑與養(yǎng)護(hù)，待索塔完成后橋面吊機(jī)散件拼裝的方式架設(shè)鋼梁與橋面板[2]。本項(xiàng)目由于工期短，在不影響通航的條件下，采用“先梁后索”異步施工工藝。采用滿堂支架法，先將鋼梁架設(shè)完畢，再進(jìn)行斜拉索施工，最后進(jìn)行橋面鋪裝與索力調(diào)整。

2.1 索塔幾何控制

橋塔的幾何控制有兩個(gè)主要的內(nèi)容，即塔柱線形控制和索套管空間傾角控制。對(duì)于塔柱線形主要是控制塔偏，由于塔柱在其施工過程中結(jié)構(gòu)體系較為簡(jiǎn)單、明確，只要及時(shí)測(cè)量就不難掌握其幾何狀態(tài)。拉索導(dǎo)管傾角按塔端錨點(diǎn)位置按設(shè)計(jì)圖坐標(biāo)，同時(shí)根據(jù)預(yù)抬量進(jìn)行修正，以及梁端錨點(diǎn)設(shè)計(jì)梁端錨點(diǎn)位置的基礎(chǔ)上根據(jù)活載預(yù)拱進(jìn)行修正。

2.2 鋼梁架設(shè)的線形與索力的控制

以橋梁的幾何線形為基本控制目標(biāo)，以斜拉索長(zhǎng)度為主要調(diào)控手段，索力為輔的原則進(jìn)行整個(gè)主梁的施工控制工作，利用參數(shù)識(shí)別系統(tǒng)對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行識(shí)別、修正[3]。

表1 施工工序即控制工況列表

3 施工控制仿真分析

圖3 橋梁計(jì)算模型及約束條件

使用Midas/Civil2019 V2.2 全橋模型，主結(jié)構(gòu)采用Q345D 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其他非主要受力結(jié)構(gòu)采用Q235B 鋼材，彈性模量：E=2.06×105MPa；泊松比0.31；線膨脹系數(shù)1.2×10e-5；容重78.5kN/m3。斜拉索參數(shù)：彈性模量：E=2.05×105MPa；泊松比：μ=0.3；線膨脹系數(shù)：1.2×10-5；容重：78.5kN/m3，拉索總重866t。

3.1 斜拉索安裝

圖4 斜拉索初裝索力與成橋索力圖（KN)

圖5 首輪張拉后支架脫空情況

3.2 鋼梁支架拆除

根據(jù)第一輪拉索張拉完后鋼梁支架的理論反力分布情況，主要是134.9m 跨及部分主跨的支架存在一定的反力。先拆邊跨支架，從該跨的跨中向主塔及過渡墩對(duì)稱拆除；然后拆除主跨及次邊跨支架。具體順序如下：主跨（220m）：5#→4#→6#→7#→3#→8#→2#→9#→1#→10#；邊跨（134.9m）：16#→15#→17#→14#→18#→13#→19#→12#→20#→11#→21#→10#→22#；次邊跨（60.1m）:24#→23#。

臨時(shí)支架全部拆除后，鋼邊箱梁內(nèi)的最大壓應(yīng)力為119.75MPa，最大拉應(yīng)力為33.72MPa。混凝土橋面板處于全截面受壓狀態(tài)，最大壓應(yīng)力為10.87MPa。主塔最大縱向位移為-48.19mm，斜拉索最大拉應(yīng)力為579.67MPa。主梁的最大豎向變形分別為69.52mm 和-86.19mm，主梁的最大縱向位移分別為59.09mm 和-53.74mm。

圖6 支架拆除后鋼梁豎向變形圖（mm）

3.3 輔助墩落梁

由于本項(xiàng)目采用的是非對(duì)稱設(shè)計(jì)，為了充分利用橋面板受壓性能良好的特性，在邊跨輔助墩處利用千斤頂輔助鋼梁在重力作用下回落30cm，同時(shí)減少索力調(diào)整工作量。

輔助墩墩落梁30cm 后，主梁和拉索的最大應(yīng)力值與主梁最大變形值如圖7 所示。鋼邊箱梁內(nèi)的最大壓應(yīng)力為122.24MPa，最大拉應(yīng)力為43.19MPa?；炷翗蛎姘逄幱谌孛媸軌籂顟B(tài)，最大壓應(yīng)力為14.16MPa。主塔最大拉應(yīng)力為0.96MPa，主塔最大縱向位移為61.66mm，斜拉索最大拉應(yīng)力為608.10MPa。主梁的最大豎向變形分別為210.63mm 和-268.93mm，主梁的最大縱向位移分別為67.02mm 和-56.34mm。

圖7 落梁完成后加勁梁位移圖

3.4 體系轉(zhuǎn)換

在落梁30cm 完成之后，進(jìn)行全橋索力調(diào)整。所里調(diào)整完畢，進(jìn)行橋梁體系轉(zhuǎn)換，即解除塔梁臨時(shí)固結(jié)，安裝阻尼器。

解除塔梁結(jié)合處水平約束后，主梁和拉索的最大應(yīng)力值與主梁最大變形值如圖7 所示。鋼邊箱梁內(nèi)的最大壓應(yīng)力為121.42MPa，最大拉應(yīng)力為42.53MPa?；炷翗蛎姘逄幱谌孛媸軌籂顟B(tài)，最大壓應(yīng)力為13.58MPa。主塔最大拉應(yīng)力為0.82MPa，主塔最大縱向位移為-97.56mm，斜拉索最大拉應(yīng)力為603.50MPa。主梁的最大豎向變形分別為243.35mm 和-281.16mm，主梁的最大縱向位移為-191.41mm。見圖8。

4 結(jié)論

本文分別對(duì)古馬干河特大橋主橋和主塔施工過程的應(yīng)力和變形進(jìn)行了分析。在斜拉橋整個(gè)施工過程中鋼邊箱梁內(nèi)的最大壓應(yīng)力為186.72MPa，最大拉應(yīng)力為86.44MPa?；炷翗蛎姘逄幱谌孛媸軌籂顟B(tài)，最大壓應(yīng)力為14.48MPa。主塔最大壓應(yīng)力為13.22MPa，最大拉應(yīng)力為1.92MPa，斜拉索最大拉應(yīng)力為654.14MPa。

對(duì)于非對(duì)稱半漂浮體系斜拉橋，關(guān)鍵工況是不對(duì)稱情況下帶荷載解除臨時(shí)約束。如何更加安全的進(jìn)行帶荷載解除臨時(shí)約束，在后續(xù)施工中需要加以研究。