新洋港斜拉橋鋼桁梁合龍精度敏感性分析

程曉毛

（中國鐵路上海局集團有限公司建設(shè)部，上海 200071）

1 工程概況

徐州—宿遷—淮安—鹽城鐵路鹽城特大橋新洋港斜拉橋位于鹽城市亭湖區(qū)新洋港與通榆河匯流的喇叭口處，東臨通榆河，西臨既有新長鐵路。該橋與既有鐵路線間距最小22 m，最大95 m，接近正交跨越新洋港（右前夾角104°），跨越處新洋港河面寬度約240 m。徐宿淮鹽鐵路鹽城特大橋自1029#墩—1034#墩（D2K326+794.06—D2K327+444.66）布置5 跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋，跨越新洋港航道，南北兩側(cè)對稱布置，跨度為（72+96+312+96+72）m。連續(xù)鋼桁梁斜拉橋為雙線鐵路橋，橋跨長650 m，采用梁塔分離、半漂浮體系［1-2］。橋跨布置見圖1。

圖1 橋跨布置（單位：m）

2 鋼桁梁合龍總體方案

合龍桿件在工廠內(nèi)按照設(shè)計圖紙加工。利用合龍口兩端斜拉索索力調(diào)整、橋面臨時壓重的方法調(diào)整合龍口前端下?lián)霞稗D(zhuǎn)角，并將塔梁固結(jié)釋放，通過頂拉裝置及溫差調(diào)整鋼梁縱向偏差。同時，利用在合龍桿件上設(shè)置合龍銷孔、上下游桿件對拉等輔助措施實現(xiàn)鋼梁精確合龍［3-4］。鋼桁梁合龍工藝流程見圖2。

圖2 鋼桁梁合龍工藝流程

3 技術(shù)難點

新洋港斜拉橋鋼桁梁合龍受內(nèi)力、線形、穩(wěn)定性、溫度、外荷載的變換等影響存在諸多難點，具體表現(xiàn)在以下方面［5］：

1）鋼桁梁的剛度大。新洋港斜拉橋為三角桁架結(jié)構(gòu)，其主弦桿和部分斜桿采用尺寸較大的箱形截面，正交異性橋面板與主桁共同受力。受到外力作用后，鋼梁產(chǎn)生的變形較小，整體剛度較大，因此合龍時其姿態(tài)調(diào)整難度增大。

2）影響合龍點空間坐標(biāo)的因素多。x方向（縱向）即鋼梁長度方向上的坐標(biāo)值變化受鋼梁制造、安裝偏差、索力及溫度的影響；z方向（豎向）坐標(biāo)值的變化受到安裝荷載、索力及日照的影響；y方向（橫向）坐標(biāo)值的變化受鋼梁安裝順序、起吊荷載及日照的影響。因此，x，y，z三個方向相互制約，導(dǎo)致難以控制合龍點的位置。

3）鋼梁合龍?zhí)帉?yīng)點多。在合龍?zhí)幰还灿?根弦桿和2 根斜腹桿。合龍時要求6 個點均能精確對位，施工控制難度大。

4）溫度影響大。施工時懸臂長度較大的鋼梁受日照影響易發(fā)生平面彎曲變形。此外，溫度引起的伸縮量也較大，影響施工精度。

5）合龍精度要求高。合龍點采用直徑為33 mm的栓孔，按照設(shè)計圖一次性成孔，再用直徑為32.85 mm的沖釘打入栓孔，精度要求高，施工難度大。

4 鋼桁梁合龍精度敏感性分析

4.1 合龍口狀態(tài)預(yù)測

采用MIDAS/Civil有限元分析軟件對合龍工況進行仿真分析，預(yù)測合龍口狀態(tài)［6］。合龍口模型如圖3所示。

圖3 合龍口模型示意（左側(cè)為北岸，右側(cè)為南岸）

計算結(jié)果表明，合龍口橫向偏差1.9 mm，豎向偏差22.4 mm，縱向偏差24.8 mm，不滿足設(shè)計要求。

4.2 主塔橫梁處縱移敏感性

北岸1031#墩頂部設(shè)置縱移系統(tǒng)，北岸解除塔梁固結(jié)，南岸暫不解除，分別施加500，1 000，1 500，2 000 kN頂推力，北岸合龍口A點和D點x方向、z方向位移變化曲線見圖4。x方向正值表示北岸指向南岸，反之為負；z方向向上為正值，向下為負值［7］。可見：當(dāng)北岸塔梁固結(jié)釋放后，隨著對頂荷載的變化，合龍口x方向敏感性較強，而z方向受到的影響較小；對頂荷載不考慮摩擦力，對頂裝置設(shè)計時要考慮這部分荷載［8］。

圖4 合龍口x，z方向位移變化曲線

4.3 合龍口頂拉敏感性

合龍口兩側(cè)下弦處設(shè)置頂拉裝置，北岸、南岸解除塔梁固結(jié)，分別施加 500，1 000，1 500，2 000 kN 對頂力、對拉力。北岸合龍口A，D點和南岸合龍口A'，D'點x方向位移變化曲線見圖5?？梢姡寒?dāng)塔梁固結(jié)釋放后，隨著對頂或?qū)奢d變化，合龍口x方向敏感性較強；對頂或?qū)奢d不考慮摩擦力，對頂或?qū)b置設(shè)計時要考慮這部分荷載值。

圖5 合龍口x方向位移變化曲線

4.4 斜拉索敏感性

北岸解除塔梁固結(jié)，南岸暫不解除，分別對北岸12 號拉索、南岸10 號拉索索力增大或減小5%，10%，20%，30%。北岸合龍口A，D點和南岸合龍口A'，D'點z方向、x方向位移變化曲線分別見圖6、圖7。

圖6 合龍口z方向位移變化曲線

圖7 合龍口x方向位移變化曲線

由圖6、圖7可見：當(dāng)北岸塔梁固結(jié)釋放后，隨著索力值變化，合龍口z方向敏感性較強，而x方向影響較小。

4.5 配重敏感性

分別在南北岸合龍口設(shè)置配重50，100，200，300 kN，北岸塔梁固結(jié)解除，南岸不解除。北岸合龍口A，D點和南岸合龍口A'，D'點z方向、x方向位移變化曲線見圖8。

圖8 合龍口z，x方向位移變化曲線

由圖8可見：當(dāng)塔梁固結(jié)釋放后，隨著配重變化，合龍口z方向敏感性較強，而x方向除開始50 kN 配重情況變形約10 mm之外，其他工況下影響均較?。?］。

4.6 上下游對拉敏感性

在合龍口上下游采用導(dǎo)鏈對拉主要用于調(diào)節(jié)橫向偏差，分別施加 100，200，300，400 kN 拉力，北岸解除塔梁固結(jié)，南岸暫不解除。北岸合龍口A，D點和南岸合龍口A'，D'點x方向、y方向位移變化曲線見圖9，圖中y方向北岸側(cè)為正，反之為負。

圖9 合龍口x，y方向位移變化曲線

由圖9可見［10］：當(dāng)塔梁固結(jié)釋放后，隨著上下游對拉荷載總值變化，合龍口y方向敏感性強，而x方向受到的影響較小。

5 成橋狀態(tài)

鋼桁梁在合龍前，對合龍口處3 個方向的線形進行連續(xù)觀測，并將主橋線形與理論值進行對比。按照安裝順序，依次將合龍口的相應(yīng)桿件安裝就位，通過對應(yīng)措施調(diào)整鋼梁軸線偏差，將合龍口相對偏差控制在5 mm 以內(nèi)。待合龍口偏差調(diào)整到滿足合龍要求后，按照先下弦、再上弦、最后合龍斜桿的順序依次完成各合龍口的合龍，合龍完成后再依次安裝橋面系、上平聯(lián)及橫聯(lián)。合龍完畢后，斜拉索邊跨實測索力值與理論索力值對比見圖10，斜拉索跨中實測索力值與理論索力值對比見圖11?？梢姡瑢崪y索力值與理論索力值基本一致，成橋狀態(tài)良好。

圖10 邊跨索力實測值與理論值對比

圖11 跨中索力實測值與理論值對比

6 鋼桁梁合龍精度控制方法

鋼桁梁合龍時，當(dāng)結(jié)構(gòu)的受力在許可范圍內(nèi)才能保證結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形和撓度不會過大，從而保證合龍安全。施工時須盡量消除橋梁結(jié)構(gòu)變形的影響。

為了保證橋梁順利施工，須要定期合理地監(jiān)控測量，系統(tǒng)地掌握關(guān)鍵觀測點數(shù)據(jù)，分析各斷面的內(nèi)力與變形情況。通過自適應(yīng)控制系統(tǒng)對測量的數(shù)據(jù)和理論計算的數(shù)據(jù)進行對比，運用計算機模擬仿真技術(shù)對相應(yīng)參數(shù)進行識別和調(diào)整，準(zhǔn)確計算下一階段的標(biāo)高，最終實現(xiàn)合龍口相對偏差控制在指標(biāo)以內(nèi)，達到跨中高精度無應(yīng)力合龍目標(biāo)［9-10］。

7 結(jié)論

本文以新洋港斜拉橋鋼桁梁合龍施工為例，使用模擬仿真及實測分析方法對鋼桁梁跨中合龍精度敏感性進行分析。主要結(jié)論如下：

1）最為有效的豎向位移調(diào)整方法是調(diào)節(jié)斜拉索索力及壓重；

2）通過導(dǎo)鏈對拉方式能明顯地改變橫向位移；

3）縱向位移對橋跨方向調(diào)整較為敏感，溫度對橋跨方向的調(diào)整也有較大影響，須要選擇合適的合龍時間以減少溫度的影響。

4）在現(xiàn)場施工的過程中，應(yīng)以調(diào)整斜拉索索力、壓重、導(dǎo)鏈對拉和頂拉等為主要方法，同時輔以使用長圓孔、合龍鉸等措施，實現(xiàn)精準(zhǔn)合龍。