大型整孔預制箱梁運架工況臨時支座方案研究

徐羊敏

（浙江數智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

隨著國民經濟的發(fā)展及交通強國的建設，沿海省市陸續(xù)開展了多項跨海高速、鐵路工程建設。因其惡劣的環(huán)境，跨海工程對工程質量、結構耐久性及施工方案都提出了更高的要求。

對于在海域或大面積發(fā)育的河岸淤積區(qū)、沿海灘涂區(qū)段的大型連續(xù)高架，出于結構力學性能及全生命周期成本考慮，往往以混凝土箱梁為主，主要采用整孔預制、節(jié)段預制拼裝、移動模架等方案。綜合考慮大型施工設備及臨建設施的成本，此類橋梁建設上部梁板架設施工工作面往往有限，其較長的線路往往成為控制工期的關鍵節(jié)點。因此，整孔預制架設方案因其較好的預制質量、較快的架設速度成為具有規(guī)模優(yōu)勢的結構型式。

若橋梁位于灘涂區(qū)或淺海域，大型浮吊船難以進入，則可通過架橋機采用梁上運梁方式進行安裝。由于箱梁荷載較大，采用梁上運梁方案的工序各個施工步驟都應準確計算，尤其對于梁端臨時支座位置，往往受力較為復雜，需進行實體模型精細化分析。本文正是在前人研究基礎上，以浙江寧波某沿海高速工程海域高架為例，利用有限元軟件ANSYS 模擬運架梁工況下不同臨時支座方案，對比各方案優(yōu)劣性，并對設置要點提出相關建議。

1 工程概況

某海域高架工程位于寧波灘涂圍墾區(qū)，上部結構采用50 m 跨徑為主的單箱單室整孔預制箱梁，梁寬16.5 m，梁高3.2 m，以5 跨一聯為主，下部結構采用花瓶墩，承臺樁基礎，梁重約1 700 t，橫向設置兩個支座。箱梁在預制梁場進行生產，通過提梁站提升上橋，利用運梁車運送至架橋機進行逐孔架設。架梁主要分為4 個步驟：（1）架橋機就位，運梁車將梁運至架橋機尾部，喂梁；（2）架橋機后支腿支撐于運梁車，前后起重小車到達取梁位；（3）前后起重小車同時起吊,并同步吊梁前行至待架跨上方；（4）起重小車橫移對位落梁。箱梁可在簡支及連續(xù)狀態(tài)下進行運架，在運架間隙進行負彎矩段施工，完成簡支變連續(xù)體系轉換。經過整體模型計算，最不利架設工況為步驟（3）中架橋機前后起重小車吊梁向前，中支腿位于前后起重小車中間時，如圖1 所示。

圖1 最不利運架工況示意

最不利工況下，中支腿所在橋墩最大支座反力達11 000 kN，而設計非連續(xù)墩處永久支座設計噸位為8 000 kN?？紤]施工功效，非連續(xù)墩永久支座需在箱梁架設時便安裝就位，因此需結合墩頂空間在非連續(xù)墩永久支座內側增設臨時支座，如圖2 所示。

圖2 非連續(xù)墩臨時支座布置情況

運架梁支反力最大工況為架橋機前后天車共同吊運箱梁至架橋機中支腿正上方，此時架橋機中支腿產生最大荷載4×296.4 t，如圖3 所示。

圖3 最不利工況架橋機中支腿布置情況

2 模型建立

由于4 個支座距離較近，施工時支座高度控制不精確易導致支座脫空，形成難以預計的受力狀態(tài)，產生較大次內力，對混凝土梁產生不利影響。因此，選取架梁工況三種典型情況建模：（1）僅永久支座受力，臨時支座脫空；（2）僅臨時支座受力，永久支座脫空；（3）永久支座、臨時支座共同受力，如圖4所示。

圖4 永久及臨時支座共同受力模型

3 計算結果

計算結果如圖5～圖10 所示。

圖5 方案一橫向正應力（單位:MPa）

圖6 方案二橫向正應力（單位:MPa）

圖7 方案三橫向正應力（單位:MPa）

圖8 方案一豎向正應力（單位:MPa）

圖9 方案二豎向正應力（單位:MPa）

圖10 方案三豎向正應力（單位:MPa）

由計算結果可知，架梁工況僅考慮永久支座的支撐情況下，橫向正應力最大為1.86 MPa，出現在箱梁頂板上緣；豎向正應力最大為1.68 MPa，位于橫隔板上部倒角附近。

僅考慮臨時支座受力情況下，箱梁頂板上緣橫向正應力最大達4.67 MPa，橫隔板上部倒角橫向正應力最大為1.13 MPa；豎向正應力最大為3.22 MPa，位于橫隔板上部倒角附近。

架梁工況考慮永久支座和臨時支座共同受力情況下，箱梁頂板上緣橫向正應力最大達2.08 MPa，橫隔板上部倒角處橫向正應力最大為0.06 MPa，豎向正應力最大為1.45 MPa。

經過對比分析，架梁期間增設臨時支座，除箱梁頂板上緣外，對其余部位受力均有不同程度改善，實際施工中臨時支座以鋼砂筒及千斤頂居多。其中，鋼砂筒標高精度控制較難，若使得永久支座脫空，將對箱梁受力產生較為不利的影響。

4 結語

本文研究了大型整孔預制箱梁運架期間不同支座布置方案的受力特性，得出以下結論：

（1）增設臨時支座對箱梁自身受力有一定改善。

（2）施工期間要注意永久支座及臨時支座標高的控制，混凝土結構受力情況對不均勻沉降較為敏感。

（3）根據支座廠家試驗報告，支座極限承載力往往可達設計值的1.15～1.3 倍。若設置臨時支座或標高精度控制難度較大，可經過試驗研究等手段確定永久支座極限承載力。由于架梁工況為一次性荷載，可結合試驗結果進一步研究僅采用永久支座受力方案合理性，可大幅提高施工功效，同時避免因復雜支撐狀態(tài)而導致的次生裂縫。