多跨矮塔斜拉橋合攏順序?qū)χ髁簝?nèi)力及線形的影響

戴祖生，林文強(qiáng)

（1.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510101）

多跨矮塔斜拉橋合攏順序?qū)χ髁簝?nèi)力及線形的影響

戴祖生1，林文強(qiáng)2

（1.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510101）

以江肇高速公路西江特大橋?yàn)楸尘?，研究合攏順序?qū)χ髁簝?nèi)力及線形的影響。通過(guò)設(shè)計(jì)兩種不同的主梁合攏方案，分別計(jì)算其所需的頂推力和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形，從頂推的可操作性及線形的可控制性等角度進(jìn)行比選，得到了該橋較為合理的合攏方案，并在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的合攏措施。

矮塔斜拉橋；合攏順序；頂推；線形

1 工程簡(jiǎn)介

江肇高速公路是珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)外環(huán)公路的西環(huán)段，位于珠江三角洲西部地區(qū)。路線起于江門市杜阮鎮(zhèn)，終于肇慶市四會(huì)市東城區(qū)。西江特大橋是江肇高速公路建設(shè)難度最大的控制性工程，也是江肇高速公路的標(biāo)志性工程。大橋位于永安鎮(zhèn)與沙浦鎮(zhèn)之間，橋位跨越西江主干流，主橋?yàn)樗乃蹇鐔嗡髅婕构橇侯A(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，跨徑布置為128 m+3×210 m+128 m=886 m，采用墩、塔、梁固結(jié)剛構(gòu)體系，見(jiàn)圖1。

圖1 西江特大橋主橋

大橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用變高度斜腹板單箱三室寬幅脊梁斷面。頂板寬38.3 m，懸臂長(zhǎng)8.15 m，兩側(cè)設(shè)5.15 m寬后澆帶，底板寬度由16 m變化到19.072 m。。跨中梁高3.8 m，主塔根部梁高6.8 m，梁底曲線按1.8次拋物線變化。

2 主橋合攏方案

西江特大橋?yàn)橐蛔乃蹇缧崩瓨颍髁翰捎脪旎@懸臂對(duì)稱澆筑施工，全橋共有2個(gè)邊跨合攏段、2個(gè)次中跨合攏段、1個(gè)中跨合攏段。由于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，施工期的體系轉(zhuǎn)換方式對(duì)結(jié)構(gòu)的初始成橋受力狀態(tài)影響較大。本文通過(guò)對(duì)比不同合攏順序下橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，尋求結(jié)構(gòu)最優(yōu)的合攏順序及合攏措施，以保證成橋結(jié)構(gòu)施工期間的安全性。

合攏工藝主要涉及到長(zhǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)的后期主墩受剪（受彎是同原因的副產(chǎn)品），為了使后期營(yíng)運(yùn)階段結(jié)構(gòu)的受力條件得到改善，必須解決頂推力的施加問(wèn)題，由此產(chǎn)生了兩種合攏順序的選擇以及各自面臨的優(yōu)缺點(diǎn)，見(jiàn)圖2、圖3[1-8]。

圖2 多塔矮塔斜拉橋合攏順序

圖3 合攏施工流程圖

兩種合攏方案如下：

（1）方案A：邊跨合攏，然后次中跨合攏前頂推，最后正中跨合攏前施加頂推；

（2）方案B：邊跨合攏，然后正中跨合攏前頂推；最后次中跨合攏前施加頂推。

3 方案A施工順序結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析

3.1 方案A施工順序下頂推力設(shè)計(jì)

方案A采用先邊跨合攏，然后次中跨合攏，最后正中跨合攏，見(jiàn)圖4。

圖4 方案A主墩剪力成分圖解

在制定頂推力時(shí)，采用慣用的處理方法，即將收縮徐變的50%剪力和預(yù)應(yīng)力次剪力全部頂開(kāi)，即邊墩17 000～18 000 kN，中間墩平均約3 800 kN左右基本消除。為達(dá)到這樣的目的，兩次頂推力分別是600 t和1 800 t，即次中跨合攏后頂推600 t，正中跨合攏后再頂推1 800 t。

3.2 方案A頂推關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 第一次頂推

第一次頂推時(shí)，頂推處梁端會(huì)產(chǎn)生上翹的現(xiàn)象，同時(shí)塔柱出現(xiàn)剪切變形，邊跨由于已經(jīng)合攏，因此變形較雙側(cè)均自由的中間塔柱和主梁來(lái)得小，無(wú)論A還是B流程，都需要在次邊跨合攏處注意頂推端的位移差，如果不經(jīng)干預(yù)，可能影響到頂推操作的施工安全。

為了制定合理的壓載措施，在另一側(cè)測(cè)試了豎向力為100 t的力對(duì)作用下結(jié)構(gòu)的變形。見(jiàn)表1。

合攏段濕重為2×68 t，即單側(cè)A邊、A中為置換澆注期間的濕重，需要預(yù)先分別加載水箱68 t，利用該重量系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)：頂推過(guò)程A中有3.34 cm的向上位移差需要消除，根據(jù)該點(diǎn)剛度反推A中處需18.14 t額外的壓載系統(tǒng)。

本方案頂推要求：

（1）次中跨合攏頂推操作之前，在靠近邊跨懸臂端A邊處準(zhǔn)備68 t水箱系統(tǒng)；在靠近中跨懸臂端A中處準(zhǔn)備86 t水箱系統(tǒng)；

（2）將頂推力分為5級(jí)完成（每級(jí)30%→50%→80%→90%→100%），每頂推一級(jí)，每側(cè)水箱就各自按照設(shè)計(jì)的總壓載噸位依分級(jí)重量施加（例如第一級(jí)就是A邊處20.4 t；A中處25.8 t）；

（3）頂推完成后，壓載系統(tǒng)到其設(shè)計(jì)壓載噸位，鎖住合攏勁性骨架；

（4）按設(shè)計(jì)的溫度要求澆注合攏段混凝土，澆注過(guò)程置換重量，此時(shí)A邊、A中每側(cè)置換的總噸位均為68 t；

（5）合攏段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度后，張拉部分次邊跨預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，然后在適當(dāng)時(shí)刻將A中處的18 t釋放；

按照上述合攏順序，塔頂被頂開(kāi)的水平位移量分別為B邊的2.92 cm和B中的3.67 cm。而兩側(cè)支頂面懸臂端絕對(duì)位移量幾乎沒(méi)有（均為向下0.15 cm），相對(duì)位移量為零。

3.2.2 第二次頂推

由于結(jié)構(gòu)基本上是對(duì)稱的，因此頂推過(guò)程中正中跨兩側(cè)懸臂端上翹的位移量基本相同，頂推完畢后，梁端相對(duì)轉(zhuǎn)角為2×6.46E-04弧度，即4.44分。由于該處合攏仍然有重量置換的68 t水箱系統(tǒng)，如果利用其與頂推同步施加，則頂推工藝上的安全性更有保證。頂推完成后上翹的絕對(duì)位移量降至向上1.9 cm，相對(duì)位移量為零；靠中跨塔頂水平位移則為4.7 cm，見(jiàn)表2。

表1 方案A第一次頂推結(jié)構(gòu)變形表

表2 方案A第二次頂推結(jié)構(gòu)變形表

4 方案B施工順序結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析

4.1 方案B施工順序下頂推力設(shè)計(jì)

方案B采用先邊跨合攏，然后正中跨合攏，最后次中跨合攏，見(jiàn)圖5。

圖5 方案B主墩剪力成分圖解

將收縮徐變的50%剪力和預(yù)應(yīng)力次剪力全部頂開(kāi)，邊墩留下約9 000～10 000 kN，中間墩平均留下約3 500 kN左右，為達(dá)到這樣的目的，兩次頂推力分別是860 t和1 600 t。即正中跨合攏后頂推860 t，次中跨合攏后再頂推1 600 t。

4.2 方案B頂推關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 第一次頂推

與方案A類似，方案B第一次頂推時(shí)，頂推處梁端會(huì)產(chǎn)生明顯的上翹現(xiàn)象，同時(shí)塔柱呈現(xiàn)剪切變形。不同的是：方案B頂推前結(jié)構(gòu)均為外部靜定結(jié)構(gòu)，位移量較方案A的邊跨側(cè)大；同時(shí)由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩側(cè)頂推面上翹的位移量值基本相同，見(jiàn)表3。

表3 方案B第一次頂推結(jié)構(gòu)變形

由于結(jié)構(gòu)是基本上對(duì)稱的，因此實(shí)施860t（測(cè)試荷載為400 t）頂推過(guò)程中正中跨兩側(cè)懸臂端上翹的位移量基本相同，頂推完畢后，梁端相對(duì)轉(zhuǎn)角為2×14.7E-04弧度，即10.1分，由于該處合攏仍然有重量置換的68 t水箱系統(tǒng)，如果利用其與頂推同步施加，則頂推工藝上的安全性更有保證：頂推完成后上翹的絕對(duì)位移量降至向上3.2 cm，相對(duì)位移量為零；塔頂水平位移則為5.0 cm。

4.2.2 第二次頂推

方案B第二次頂推結(jié)構(gòu)變形見(jiàn)表4。

表4 方案B第二次頂推結(jié)構(gòu)變形

方案B第二次頂推過(guò)程在合攏段懸臂端兩側(cè)產(chǎn)生的豎向位移差17.1 cm，為消除該現(xiàn)象，需要壓載，考慮68 t原壓載置換合攏段濕重配載，實(shí)際需要消除16.8 cm，這樣需在靠近邊跨的懸臂端端部附加壓載179 t，即便這樣，頂推與配重壓載系統(tǒng)同級(jí)施加后，懸臂端絕對(duì)位移量還有向下的6.9 cm，懸臂端之間相對(duì)位移量為零；塔柱被頂開(kāi)了6.2 cm。

方案B的初衷就是在邊主墩實(shí)實(shí)在在留下需要的水平力，而作為支頂?shù)闹锌鐐?cè)利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱性起到一個(gè)后盾的作用，這樣的思路原則上是正確的，但是最大的缺點(diǎn)就是：

（1）所謂的“后盾”其實(shí)并不堅(jiān)固，只有兩側(cè)頂推完全同步，才能得以體現(xiàn)，否則中間兩片主墩合起來(lái)的抗剪剛度是有限的，不同步會(huì)影響中間墩可能出現(xiàn)的往同側(cè)的剪力的出現(xiàn)，然而對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，即使不同步性的力素能糾偏回來(lái)，位型也未必能跟隨回來(lái)；

（2）次邊跨合攏處是頂推流程中著重需要解決的地方，方案B使得該處頂推力大大增加，無(wú)形中增加了控制難度；

（3）由于中跨結(jié)構(gòu)已經(jīng)合攏，頂推點(diǎn)的相對(duì)位移量進(jìn)一步加大；

（4）由于流程的改變，使得先中后邊的合攏方案造成中墩（單壁墩）預(yù)應(yīng)力次剪力明顯增大，這對(duì)于第一次頂推而言，需要的頂推力加大。

5 結(jié)論

本文以江肇高速公路西江大橋?yàn)楸尘埃芯績(jī)煞N不同主梁合攏順序?qū)χ髁簝?nèi)力及線形的影響，綜合比較兩種合攏方案，得到以下結(jié)論，見(jiàn)表5。

分析得到：

（1）兩種方案最終均能達(dá)到預(yù)期合攏的目的；

（2）對(duì)比兩種方案，方案A相對(duì)穩(wěn)妥，方案B技術(shù)上也可行，但是施工風(fēng)險(xiǎn)和難度進(jìn)一步增加。

表5 兩種合攏方案比較

[1]嚴(yán)國(guó)敏.試談部分斜拉橋-日本屋代南橋屋代北橋和小田原港橋梁[J].國(guó)外橋梁,1996(1)：47-50.

[2]陳亨錦,王凱,李承根.淺談部分斜拉橋[J].橋梁建設(shè),2002(3)：23-26.

[3]申明文.部分斜拉橋靜力性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002.

[4]楊鴻波.E-D橋橋梁結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005.

[5]范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,1997.

[6]陳虎成,石雪飛.部分斜拉橋結(jié)構(gòu)性能研究[J].結(jié)構(gòu)工程師,2004(3)：27-31.

[7]李映,徐利平.部分斜拉橋方案設(shè)計(jì)[J].結(jié)構(gòu)工程師,2002(2)：6-10.

[8]石雪飛,孫建淵.三塔斜拉橋靜力性能分析[A].中國(guó)公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)[C].2001.

福州洪山橋北半幅新橋擬2018年通車

福州市洪山橋至洪塘大橋拓寬改建工程（洪山橋至三環(huán)路段）計(jì)劃于今年7月開(kāi)工，工程分為兩期，總工期約48個(gè)月。一期工程計(jì)劃7月份開(kāi)始，先建北半幅（鼓樓往倉(cāng)山方向），預(yù)計(jì)2018年5月底建成通車；二期拆除舊橋建新橋的南半幅（倉(cāng)山往鼓樓方向），計(jì)劃2018年6月開(kāi)工，2020年5月底建成通車。

福州洪山橋至洪塘大橋拓寬改建工程投標(biāo)文件遞交截止時(shí)間為今年6月7日，工程起點(diǎn)位于洪山橋與楊橋西路、洪甘路的交叉口處，路線基本沿既有洪山橋至洪塘大橋段自東向西布設(shè)，進(jìn)入倉(cāng)山區(qū)與閩江大道、上下店路等交叉口，隨后途經(jīng)妙峰路隧道明洞，終點(diǎn)與三環(huán)快速路洪塘互通銜接，路線總長(zhǎng)2 km。主線采用設(shè)計(jì)速度60 km/h的雙向8車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋梁通航等級(jí)為內(nèi)河IV級(jí)航道。

據(jù)介紹，施工范圍從楊橋西路、洪甘路交叉口進(jìn)行拓寬改造，新建楊橋西路、洪甘路車行下穿通道425 m，新建非機(jī)動(dòng)車及人行下穿通道132 m。先建洪山橋北幅橋，長(zhǎng)469 m，現(xiàn)有洪山橋保持通行；對(duì)閩江大道、上下店路交叉口進(jìn)行拓寬改造；新建妙峰路高架橋1座，橋長(zhǎng)519.8 m；拼寬擴(kuò)建閩江大道、上下店路；拆除重建交叉口處既有匝道橋，拆除重建既有公交停車場(chǎng)下穿通道，新建人行下穿通道，新建非機(jī)動(dòng)車專用坡道3條；拆除妙峰山隧道明洞，新建框架結(jié)構(gòu)隧道1座，長(zhǎng)230 m；在妙峰路福建農(nóng)林大學(xué)南門將新建農(nóng)大天橋1座46 m。

U448.27

B

1009-7716（2016）05-0159-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.045

2016-01-20

戴祖生（1978-），男，海南人，高級(jí)工程師，從事橋梁施工工作。