空間曲梁?jiǎn)芜厬宜鳂蚴┕し桨傅难芯?

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海國(guó)際旅游度假區(qū)空間曲梁?jiǎn)芜厬宜鹘Y(jié)構(gòu)體系主要由內(nèi)外側(cè)主梁、空間主纜、吊索、背索、環(huán)索和傾斜的索塔組成，橋兩端固結(jié)于橋臺(tái)，跨中由懸掛于主纜上的柔性斜向吊索提供豎向彈性支撐。索塔采用傾斜的鋼管（單邊），索塔與主墩采用鉸接的形式；主纜為空間懸鏈線布置，位于外側(cè)主梁外側(cè)，每個(gè)索塔頂部設(shè)置1根背索，背索與主跨、邊跨主纜一起，保證成橋時(shí)索塔頂部的整體平衡；內(nèi)、外側(cè)主梁采用鉸接加拉桿的形式，并通過設(shè)置環(huán)向水平拉索來平衡豎向翻轉(zhuǎn)力矩。東橋外側(cè)橋面中心線位于R=46.75 m的圓曲線上，內(nèi)側(cè)橋面中心線位于R=42.75 m的圓曲線上，總長(zhǎng)120 m。橋面采用圓曲面鋼梁，分為內(nèi)側(cè)寬3 m人行道和外側(cè)寬6 m自行車通道，梁高1.70 m。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 東橋結(jié)構(gòu)示意

2 施工方案

本橋采用“先橋后纜”的施工方案：臨時(shí)支架上拼接主、副橋→安裝索塔→安裝背索、搭設(shè)主纜→全橋整體抬升26 cm→由索塔向跨中及邊跨對(duì)稱安裝吊索→張拉20%環(huán)索力→落架6 cm→張拉40%環(huán)索力→落架16 cm→張拉60%環(huán)索力→落架18 cm→落架20 cm→張拉80%環(huán)索力→落架22 cm→落架24 cm→張拉100%環(huán)索力→落架26 cm→拆除千斤頂，成橋→二期恒載[1-2]。

3 施工控制

本文運(yùn)用有限元計(jì)算軟件Midas/Civil進(jìn)行施工全過程模擬，分析結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)自重、橋面恒載以及施工荷載作用下，各個(gè)施工階段的內(nèi)力及變形變化情況，為確保施工期間結(jié)構(gòu)的安全性、成橋階段索力值與設(shè)計(jì)值相符合、懸索線形符合設(shè)計(jì)要求，必須對(duì)結(jié)構(gòu)在施工過程中的索力、變形（位移）進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)模擬分析結(jié)果指揮現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工控制。

3.1 模型單元特性

3.1.1 一般梁/變截面梁?jiǎn)卧?/p>

2節(jié)點(diǎn)線單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度。一般用于桿系構(gòu)件或變截面（如楔形變截面）構(gòu)件上，也可以作為連接自由度不同的2種單元的連接構(gòu)件。本文計(jì)算模型中的副橋邊梁以及Y形臂均采用梁?jiǎn)卧M。

3.1.2 索單元

2節(jié)點(diǎn)線單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)3個(gè)自由度。一般用于空間網(wǎng)架、索結(jié)構(gòu)、支撐等只承受軸向拉力的構(gòu)件和對(duì)接觸面的模擬上。本文計(jì)算模型中的主纜、吊索、背索、環(huán)索均采用索單元模擬。

3.1.3 板單元

在Midas中提供了6個(gè)自由度的板單元，可以使用于面內(nèi)受拉壓及面外受彎的壓力容器、護(hù)壁、橋梁板等模型中。本文計(jì)算模型中鋼箱梁橋面板、縱橫向加勁板均采用板單元進(jìn)行模擬。

3.1.4 其他

副橋板斜撐、索塔采用桁架單元模擬[3-5]。

3.2 模擬結(jié)果分析

依據(jù)主纜的對(duì)稱性，本節(jié)僅選取一側(cè)主纜內(nèi)力進(jìn)行分析，索纜編號(hào)如圖2所示。

圖2 索纜編號(hào)

3.2.1 主纜力

主纜力在張拉環(huán)索前處于較低水平，內(nèi)力在350 kN以內(nèi)，應(yīng)力在37 MPa以內(nèi)；隨著吊索的安裝，主纜力逐漸增大。進(jìn)入分級(jí)落架階段，主纜力逐步增大至成橋索力，內(nèi)力在2 500 kN左右，應(yīng)力在255 MPa左右。施工過程中，主纜內(nèi)力＜95%理論最小破斷力，應(yīng)力＜30%鋼絲抗拉強(qiáng)度。

3.2.2 吊索力

跨中各吊索在安裝時(shí)的內(nèi)力（以下稱“安裝索力”），各吊索安裝索力均在25 kN內(nèi)，應(yīng)力在30 MPa以內(nèi)，外側(cè)號(hào)索在連接時(shí)，所需安裝索力分別為19 kN和0 kN。施工過程中，除與索塔連接的吊索（⑧號(hào)）在落架完成后，會(huì)發(fā)生較大突變外。其余吊索內(nèi)力均隨分級(jí)落架的進(jìn)行而逐漸增大至成橋索力，吊索內(nèi)力在150～250 kN區(qū)間，應(yīng)力大致為250 MPa。

3.2.3 背索力

分級(jí)落架前，背索內(nèi)力基本不變，背索內(nèi)力基本處于400～650 kN范圍內(nèi)，應(yīng)力在20～34 MPa范圍內(nèi)。隨著分級(jí)落架的進(jìn)行，背索內(nèi)力逐步增大至成橋內(nèi)力6 000 kN左右，應(yīng)力大致為316 MPa。施工過程中，背索內(nèi)力＜95%理論最小破斷力，應(yīng)力＜30%鋼絲抗拉強(qiáng)度。

3.2.4 主纜線形控制

選取3個(gè)關(guān)鍵階段的主纜線形進(jìn)行分析：安裝主纜、吊索安裝完成、成橋階段。東橋計(jì)算結(jié)果如下。

1）吊索安裝完成階段主纜X方向線形與成橋階段接近，僅邊跨主纜X方向相對(duì)成橋階段往主橋外側(cè)方向偏移。

2）成橋階段，由于吊索受力張拉，中跨主纜Y方向相對(duì)吊索安裝完成階段往主橋內(nèi)側(cè)方向偏移，偏移量在0.40～0.50 m范圍內(nèi)。

3）成橋階段，中跨主纜Z方向相對(duì)吊索安裝完成階段下降0.10～0.20 m。

3.2.5 主、副橋變形

1）整個(gè)施工過程中，跨中位置的切向基本無變形；

2）安裝吊索階段，主橋跨中徑向基本無變形，副橋跨中最大徑向偏移量為3 mm；

3）分級(jí)落架階段，主橋由于環(huán)索張拉而逐步沿徑向向主橋內(nèi)側(cè)偏移，最大徑向偏移量為-4 mm；副橋在張拉環(huán)索時(shí)向副橋內(nèi)側(cè)偏移，而進(jìn)行落架時(shí)由于環(huán)索松弛，會(huì)產(chǎn)生向副橋外側(cè)的偏移，最大徑向偏移量為-1 mm；

4）安裝吊索階段，主、副橋豎向變形基本無變化；分級(jí)落架階段，全橋落架引起吊索受拉，索力增大，導(dǎo)致主橋產(chǎn)生軸向扭矩，進(jìn)而導(dǎo)致主橋外緣向上抬起，而主橋內(nèi)緣向下變形。主橋外緣向上最大變形12 mm，相應(yīng)內(nèi)緣向下變形-4 mm；

5）成橋后加設(shè)二期恒載，主、副橋跨中切向變形為0 mm；主橋跨中徑向向主橋內(nèi)側(cè)偏移-3 mm、副橋向主橋外側(cè)偏移1 mm；豎向向下變形為-45 mm（主橋）、-57 mm（副橋）。

4 結(jié)語(yǔ)

從上海國(guó)際旅游度假區(qū)空間曲梁?jiǎn)芜厬宜鳂虻挠邢拊治鼋Y(jié)果可以看出，在吊索安裝階段，各吊索的安裝索力和應(yīng)力均在安全范圍內(nèi)；在整個(gè)安裝過程中各項(xiàng)需控制的關(guān)鍵參數(shù)也在允許范圍之內(nèi)。本施工方案可確保吊索順利安裝，保證落架安全，保證了全橋在整個(gè)施工過程中的受力安全[6-7]。