額外施工荷載對(duì)連續(xù)梁-拱組合橋吊桿內(nèi)力的影響

況宇亮，徐營(yíng)營(yíng)

(1.江蘇華通工程檢測(cè)有限公司，江蘇 南京 210000；2.東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

連續(xù)梁-拱組合橋是結(jié)合了梁橋和拱橋受力特點(diǎn)的一類組合體系橋梁[1]，因其跨越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)剛度大、上部結(jié)構(gòu)施工方便，擁有連續(xù)梁、鋼管混凝土的共同優(yōu)點(diǎn)[2]，被廣泛應(yīng)用于公路和鐵路橋中。在拱橋施工過程中，吊桿內(nèi)力控制是施工監(jiān)控工作中的一個(gè)重點(diǎn)[3]。常用的吊桿內(nèi)力分析方式有倒裝法、正裝法、無應(yīng)力長(zhǎng)度法[4]，其中有限元軟件進(jìn)行正裝法計(jì)算適合于施工及成橋全過程的吊桿內(nèi)力計(jì)算[5]。在施工過程中，由于諸多限制因素，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工荷載往往會(huì)超出設(shè)計(jì)圖紙預(yù)計(jì)值[6]。對(duì)連續(xù)梁拱橋進(jìn)行額外(吊車)施工荷載下的吊桿內(nèi)力分析，進(jìn)而有效控制張拉過程，對(duì)于保證施工質(zhì)量來說十分必要。以兩輛自重55 t的吊車為例，嘗試通過分析連云港市東海特大橋跨G311國(guó)道連續(xù)梁-拱組合橋在施工過程中的吊桿內(nèi)力，提出施工方案的優(yōu)化措施。

1 橋梁概況

連云港市此鐵路橋跨徑布置為(39.55+168+39.55)m，結(jié)構(gòu)為下承式連續(xù)梁拱組合橋，全長(zhǎng)248.7 m(含兩側(cè)梁端至支座中心線各0.8 m)。橋梁全寬13.6 m，計(jì)算矢高為39 m(下拱圈)和45 m(上拱圈)；吊桿采用8 m等間距布置，單面共18根吊桿；主梁采用門式支架分段現(xiàn)澆施工。主拱圈由鋼管混凝土雙拱肋與K形鋼管風(fēng)撐及綴板組成，其中拱肋管徑1 400 mm，K撐管徑600～700 mm，采用支架法施工。

2 連續(xù)梁拱橋模型

2#連續(xù)梁拱橋模型采用橋梁博士軟件(v4.3)建立有限元模型(見圖1)，其中：梁?jiǎn)卧M拱圈和主梁、索單元(僅受拉)模擬吊桿、剛性連接模擬拱梁固結(jié)。主梁和吊桿為普通截面、拱肋使用鋼-混凝土組合截面。全橋共分為37個(gè)施工階段，主要包括：主梁分段澆筑、拱肋拼裝、灌注鋼管內(nèi)混凝土、吊桿安裝(見表1)、吊桿張拉(見表2)、拆除支架、二期恒載、10年收縮徐變。材料彈性模量等參數(shù)(見表3)按鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取值。

圖1 連續(xù)梁拱橋模型(空間桿系)

表1 吊桿安裝順序及初張力 單位：kN

表2 吊桿張拉順序及二次張拉力 單位：kN

表3 材料強(qiáng)度及彈性模量

3 吊桿張拉過程內(nèi)力分析

在施工階段模擬中，吊桿內(nèi)力的變化過程主要包括：全部吊桿安裝完成時(shí)(見圖2曲線a)、吊桿二次張拉結(jié)束時(shí)(見圖2曲線b)、橋面二期恒載施工后(見圖2曲線c)。從圖2可以看出：雖然采用了相近的初張拉力，但在逐一安裝吊桿之后，各吊桿內(nèi)力分布并不均勻，先張拉的吊桿受力較大，后張拉的吊桿受力較小；而如果采用表2所給出的拉力值進(jìn)行二次張拉，就可以得到一個(gè)相對(duì)均勻分布的吊桿內(nèi)力；再加上二期恒載，在最終的成橋狀態(tài)下，各吊桿受力均勻，有效地共同承受恒載。

圖2 施工過程中的吊桿內(nèi)力

4 額外(吊車)施工荷載下的影響分析

根據(jù)施工組織計(jì)劃，施工過程中將有兩輛吊車在主梁上進(jìn)行作業(yè)(見圖3)。吊車重量荷載參考公路-Ⅰ級(jí)汽車荷載進(jìn)行布置(見圖4)從吊桿安裝開始，持續(xù)至二期恒載施工結(jié)束。從計(jì)算結(jié)果可以看出：當(dāng)有吊車在橋面時(shí)，安裝完全部吊桿時(shí)的吊桿內(nèi)力(見圖5曲線a)與無額外(吊車)施工荷載下(見圖2曲線a)差別不明顯；但如果按照表2所給出的拉力進(jìn)行二次張拉，結(jié)束時(shí)吊桿內(nèi)力(見圖5曲線b)已經(jīng)非常不均衡；二期恒載施工后(見圖5曲線c)，即使吊車撤離(見圖5曲線d)，吊桿內(nèi)力已經(jīng)和原方案(見圖3曲線c)相去甚遠(yuǎn)(見表4)。

圖3 吊車上橋施工示意圖

圖4 吊車荷載計(jì)算圖示

圖5 吊車荷載下施工過程中的吊桿內(nèi)力

表4 兩種施工方式下的最終成橋內(nèi)力對(duì)比表

5 結(jié) 論

(1)有限元計(jì)算表明，在額外(吊車)施工荷載下，吊桿成橋內(nèi)力發(fā)生巨大變化(見表4)，其中變化最大的7A吊桿，其內(nèi)力僅有設(shè)計(jì)內(nèi)力的7%。

(2)由于吊車位置會(huì)經(jīng)常移動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況比本模型模擬條件更加復(fù)雜，也已不可能通過調(diào)整二次張拉力進(jìn)行有效控制，必須在吊車撤離后進(jìn)行第三次吊桿張拉。