大跨度單斜拱斜拉橋自平衡豎向旋轉(zhuǎn)施工技術(shù)*

陳海洲，楊宗林，張其林

(1.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200120； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

1 工程概況

山東省淄博市潭溪山景觀橋跨度108m，主拱矢高30m，兩側(cè)支座位于100m高懸崖頂端，海拔高度1 000m，建成后游客在橋上可一覽整個潭溪山景區(qū)。橋梁設(shè)計效果如圖1所示。橋梁山頂原狀如圖2所示。

圖1 橋梁設(shè)計效果

圖2 橋梁山頂原狀

本工程為單拱斜拉弧形橋，結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件為60°傾斜主拱，截面為φ2 000，矢高30m，15根斜拉索直徑為45mm，抗拉強(qiáng)度1 670MPa，橋面梁為H型鋼挑梁，鋼材強(qiáng)度為Q345C。單斜拱斜拉橋結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 橋梁結(jié)構(gòu)

2 安裝方案

由于現(xiàn)場施工條件復(fù)雜，臨高空懸崖，交通不便，無法布置大型起重機(jī)，比較可行的方法是從山腳到山頂搭設(shè)滿堂腳手架，在山腳布設(shè)大型塔式起重機(jī)，但成本太高，該方案未通過。

經(jīng)過考察，懸崖山頂為弧形，橋面梁為弧形，橋主拱也是弧形，3個弧形雖然矢高不同，但疊在一起，可像“翻書”一樣實現(xiàn)該工程。該方案因地制宜，也是最適合的方案。

采用橋面梁及主拱均在山頂?shù)孛嫫囱b，原位豎向旋轉(zhuǎn)頂升的方案。施工過程如下：山頂整平→拼裝胎架就位→拼裝主拱→拼裝橋面梁→滑移橋面梁→安裝爬桿→安裝拉索→頂升旋轉(zhuǎn)橋面梁至120°(第1次旋轉(zhuǎn))→爬桿換位→頂升橋整體結(jié)構(gòu)至60°(第2次旋轉(zhuǎn))→安裝其他附屬結(jié)構(gòu)。橋面梁與主拱從水平位置使用自平衡旋轉(zhuǎn)理念，實現(xiàn)頂升至設(shè)計角度。主要旋轉(zhuǎn)頂升動作為拱和橋面均采用2根爬桿，每根爬桿采用4個液壓爬行器。相對的2個組成1組，共2個小組，分別為工作組與限位組。2組爬行器一組工作時另一組松開，形成換手動作，可時刻保持被頂升拱或橋面與爬桿連接不滑落。當(dāng)工作組的2個爬行器進(jìn)行頂升操作時，被頂升拱或橋面通過這2個爬行器與爬桿連接固定，油缸進(jìn)油工作進(jìn)行頂升。此時限位組的2個爬行器與爬桿脫開，待工作組爬行器一個行程到位時，限位組爬行器與爬桿抱緊。工作組與限位組在下一個行程中互換角色。

3 旋轉(zhuǎn)爬桿及節(jié)點設(shè)計

橋面梁爬桿設(shè)置如圖4所示。

圖4 橋面梁爬桿布置

主拱爬桿設(shè)置如圖5所示。

圖5 主拱爬桿布置及力學(xué)模型

旋轉(zhuǎn)頂升節(jié)點如圖6所示。

圖6 旋轉(zhuǎn)頂升節(jié)點

4 橋面梁頂升旋轉(zhuǎn)

橋面梁旋轉(zhuǎn)主要利用橋面梁與主拱臨時節(jié)點進(jìn)行。以側(cè)立面為例，介紹橋面梁及橋整體旋轉(zhuǎn)流程：①第1步 山頂組裝、橋面梁滑移到位、安裝拉索；②第2～13步 頂升旋轉(zhuǎn)橋面梁，每步頂升過程需調(diào)整橋面梁的拉索拉力進(jìn)行控制，形成自平衡，以對旋轉(zhuǎn)節(jié)點的水平推力最小(見圖7)。

圖7 橋面梁旋轉(zhuǎn)流程

5 斜拉橋整體結(jié)構(gòu)頂升旋轉(zhuǎn)

斜拉橋整體旋轉(zhuǎn)主要利用主拱與支座的內(nèi)置節(jié)點，旋轉(zhuǎn)到位后封裝。

以側(cè)立面為例，介紹橋面梁及橋整體旋轉(zhuǎn)流程(第14～17步)，如圖8所示。

圖8 斜拉橋整體旋轉(zhuǎn)流程

分4步旋轉(zhuǎn)到位，每15°為1步，每步同樣調(diào)整自平衡拉索拉力，以減小對支座旋轉(zhuǎn)節(jié)點的水平推力。若水平推力過大，將對旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大的摩擦阻力。旋轉(zhuǎn)到設(shè)計位置時，安裝挑梁、邊梁、TMD阻尼器及橋面玻璃，整個景觀橋施工完成，如圖9所示。

圖9 斜拉橋整體完成

6 旋轉(zhuǎn)過程施工模擬分析

采用3D3S軟件模擬分析頂升旋轉(zhuǎn)過程中結(jié)構(gòu)及爬桿的安全性，按照每旋轉(zhuǎn)15°為1個步距，主要包括頂升過程爬桿軸力、基礎(chǔ)反力、節(jié)點的安全性及結(jié)構(gòu)應(yīng)力比。模擬分析結(jié)果如表1所示。

通過表1可以看出，整體頂升過程中，爬桿軸力最大為1 331.9kN，為軸向壓力，爬桿設(shè)計安全。

表1 頂升過程中桿件壓力模擬結(jié)果

為保證2次旋轉(zhuǎn)過程中拱對旋轉(zhuǎn)節(jié)點水平推力最小，旋轉(zhuǎn)橋面梁自平衡拉索內(nèi)力按照表2模擬值進(jìn)行控制，每個旋轉(zhuǎn)角度都要調(diào)整自平衡拉索拉力。整體頂升時施工拉索拉力按表3模擬值進(jìn)行控制。

表2 旋轉(zhuǎn)橋面梁自平衡拉索力

表3 整體頂升施工拉索拉力

通過以上施工模擬分析，整個施工過程安全可靠。

7 結(jié)語

1)高空自平衡豎向旋轉(zhuǎn)安裝技術(shù)的關(guān)鍵在于旋轉(zhuǎn)過程中拉索的拉力控制，大致做到自平衡，從而滿足旋轉(zhuǎn)過程中對旋轉(zhuǎn)節(jié)點的水平推力最小。

2)通過爬桿設(shè)計及旋轉(zhuǎn)過程施工模擬分析等，可保障該系統(tǒng)安全可靠。