紅水河特大斜拉橋頂推施工中導(dǎo)梁設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)

黃紹結(jié), 李莘哲, 崔 海

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司, 廣西 南寧 530011; 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司, 江蘇 南京 210061)

紅水河特大斜拉橋頂推施工中導(dǎo)梁設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)

黃紹結(jié)1, 李莘哲1, 崔 海2

(1.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司, 廣西 南寧 530011; 2.中鐵大橋(南京)橋隧診治有限公司, 江蘇 南京 210061)

頂推施工過程中結(jié)構(gòu)體系不斷轉(zhuǎn)換，對主梁的剛度、強(qiáng)度要求較高。導(dǎo)梁的設(shè)置可有效降低頂推過程中主梁內(nèi)力，增大頂推的跨度；施工過程中也是引導(dǎo)主梁上墩以及糾偏的重要措施。結(jié)合頂推施工實(shí)例對導(dǎo)梁設(shè)計(jì)及施工的重要參數(shù)、工藝進(jìn)行介紹，為特大斜拉橋頂推施工積累經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供參考。

斜拉橋; 頂推； 導(dǎo)梁

1 項(xiàng)目概述

紅水河特大橋位于貴州省羅甸縣與廣西省天峨縣交界處。橋梁上部結(jié)構(gòu)為：引橋2×20 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁+主橋(213 m+508 m+185 m)雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋，橋型布置如圖1所示。

其中中跨及貴州岸邊跨采用鋼縱、橫梁及混凝土橋面板疊合梁；廣西岸邊跨采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土雙肋式“Ⅱ”型梁。

疊合梁高3.08 m，寬27.7 m。鋼梁由鋼主梁、鋼橫梁、小縱梁組成，結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖1 紅水河大橋橋型布置圖(單位： cm)

圖2 鋼梁構(gòu)造圖

全橋鋼主梁按順序劃分為ZL1 — ZL65，其中貴州岸邊跨主塔上梁段ZL1 — ZL22采用頂推法，合計(jì)236.78 m。

2 頂推施工概述

頂推法施工自1959年在奧地利的Ager橋上成功應(yīng)用以來，在國際及國內(nèi)建橋史上得到了迅速發(fā)展。1963年，委內(nèi)瑞拉的卡羅尼橋被認(rèn)為是第一座真正意義的采用頂推法施工。2004年的法國米約高架橋采用多點(diǎn)柔性正交頂推技術(shù)，代表了目前世界頂推技術(shù)的先進(jìn)水平。國內(nèi)自1977年狄家河大橋成功采用頂推法之后，相繼修建了幾十座預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋。到目前為止，頂推法施工已經(jīng)成功在連續(xù)梁橋、斜拉橋、懸索橋、梁拱組合橋梁中應(yīng)用，已經(jīng)具有成熟施工工藝和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。

紅水河大橋?yàn)橛凇癠”型峽谷上，主塔高度達(dá)到了195.1 m，采用多點(diǎn)同步頂推工藝是科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的施工方案。但是紅水河特大斜拉橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，采用頂推施工是大橋甚至是惠羅線的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

3 導(dǎo)梁參數(shù)確定

3.1 導(dǎo)梁形式選擇

目前常用的導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式有兩種，桁架梁和鋼板梁，兩種結(jié)構(gòu)形式對比如表1所示。

表1 導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式對比項(xiàng)目鋼桁梁鋼板梁受力桁架弦桿承受集中荷載性能較差,需做加強(qiáng),抗風(fēng)性能較好受力明確,適應(yīng)頂推過程各點(diǎn)均需承受集中荷載,抗風(fēng)性能較差自重自重較小自重較大剛度剛度較小剛度較大加工節(jié)點(diǎn)多,加工復(fù)雜節(jié)點(diǎn)少,加工簡單

根據(jù)國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，主梁自重及剛度較大時(shí)應(yīng)采用剛度大、強(qiáng)度高的鋼板梁形式。紅水河大橋主梁每延米重量約117.7 kN，選擇鋼板梁形式更加合理，前導(dǎo)梁構(gòu)造如圖3所示。

圖3 前導(dǎo)梁構(gòu)造圖(單位： mm)

3.2 導(dǎo)梁跨度和剛度

導(dǎo)梁的跨度設(shè)計(jì)通常要考慮強(qiáng)度和剛度因素。主梁負(fù)彎矩與主梁端部懸臂長度的二次方成正比，最經(jīng)濟(jì)的導(dǎo)梁長度通常為頂推跨度的2/3。一般情況下導(dǎo)梁的剛度僅為主梁剛度的1/5～1/10。相對而言，對主梁內(nèi)力的影響，跨度比剛度影響要大。

表2為部分橋梁導(dǎo)梁長度參數(shù)統(tǒng)計(jì)。

表2 部分橋梁導(dǎo)梁長度參數(shù)統(tǒng)計(jì)橋梁主跨/m頂推跨度/m導(dǎo)梁長度/m比值導(dǎo)梁形式狄家河橋404030.80.77鋼板梁錢塘江二橋3232230.72鋼板梁杭州江東橋26052360.69鋼板梁佛山平勝大橋35078480.62鋼板梁鄭州黃河大橋1681681080.64鋼桁梁注:表中比值為“導(dǎo)梁長度/頂推跨度”。

綜合考慮導(dǎo)梁的自重、長度對主梁懸臂負(fù)彎矩及支點(diǎn)反力的影響，紅水河特大斜拉橋最終確定導(dǎo)梁長度為頂推跨度的0.6倍。導(dǎo)梁根部的慣性矩為0.0683 m4，鋼主梁截面慣性矩為0.3559 m4，兩者剛度比值為1/5.2。

通常導(dǎo)梁最不利的受力狀態(tài)為最大懸臂狀態(tài)或支點(diǎn)位于鋼導(dǎo)梁與桁架連接處工況。采用有限元分析軟件midas建立模型(圖4)進(jìn)行分析。

圖4 導(dǎo)梁計(jì)算模型

頂推施工過程中，當(dāng)橋墩支撐在鋼導(dǎo)梁與桁架連接處為最不利工況。導(dǎo)梁承受自重引起的負(fù)彎矩同時(shí)，又承受連接橫梁自重作用引起的負(fù)彎矩，為雙向受彎狀態(tài)。各工況應(yīng)力統(tǒng)計(jì)如表3所示，最不利應(yīng)力云圖如圖5所示。

在頂推過程中，前導(dǎo)梁最大彎矩的階段為導(dǎo)梁懸臂16 m，最大彎應(yīng)力值為101.5 MPa<210 MPa；最大剪力階段為導(dǎo)梁懸臂出臨時(shí)墩頂20 m，剪應(yīng)力值為24.6 MPa<120 MPa。滿足頂推受力要求。

3.3 導(dǎo)梁上墩

頂推施工時(shí)，當(dāng)導(dǎo)梁端部移動至前方橋墩時(shí)，由于懸臂下?lián)蠈?dǎo)致導(dǎo)梁前端底標(biāo)高低于滑道頂標(biāo)高。因此需要施加一定的垂直頂升力使導(dǎo)梁重新返回滑道。主要措施包括以下幾點(diǎn)。

表3 最不利狀態(tài)導(dǎo)梁應(yīng)力統(tǒng)計(jì)懸臂長度/m正彎應(yīng)力/MPa負(fù)彎應(yīng)力/MPa最大剪應(yīng)力/MPa備注066.881.510.9282.383.411.7474.177.314.6678.279.917.589497.418.510100.499.120.21293.792.518.41495.394.120.416101.5100.321.2支點(diǎn)位于連接處1898.297.222.82095.994.824.6最大懸臂狀態(tài)2295.994.89.2

圖5 導(dǎo)梁受力最不利狀態(tài)應(yīng)力云圖(單位： MPa)

1) 導(dǎo)梁前端設(shè)置鼻梁構(gòu)造。鼻梁的開口尺寸應(yīng)綜合考慮導(dǎo)梁的剛度(即下?lián)狭?、千斤頂?shù)母叨?。開口高度扣除下?lián)狭亢髴?yīng)滿足安放千斤頂、滑板、支撐墊板等的需要。

2) 千斤頂?shù)男谐虘?yīng)大于導(dǎo)梁前端的下?lián)狭恳允箤?dǎo)梁重返滑道。

3)千斤頂?shù)牡撞宽氃O(shè)置滑板，與導(dǎo)梁間設(shè)置限位撐，保證千斤頂和導(dǎo)梁一起滑動前行。導(dǎo)梁引入滑道后方可移除千斤頂，導(dǎo)梁上墩構(gòu)造如圖6。

圖6 導(dǎo)梁上墩構(gòu)造及現(xiàn)場照片

3.4 導(dǎo)梁連接

導(dǎo)梁與主梁連接處受力巨大，是頂推施工的關(guān)鍵部位，影響頂推施工的成敗。紅水河大橋?qū)Я号c主梁采用高強(qiáng)螺栓連接(圖7)。頂?shù)装寮案拱迤唇影搴穸染鶠?0 mm，采用10.9級M30高強(qiáng)螺栓群。經(jīng)檢算，單個(gè)螺栓受力32.1 kN，小于承載能力149 kN，滿足要求。

圖7 主梁及導(dǎo)梁連接構(gòu)造(單位： cm)

4 結(jié)束語

紅水河特大斜拉橋貴州岸邊跨采用頂推施工方案是科學(xué)、切合實(shí)際的，采用多點(diǎn)同步頂推是合理的。

1) 導(dǎo)梁采用鋼板梁的形式，與主梁連接簡化、受力更加可靠，剛度過渡均勻。有效降低頂推過程中主梁的應(yīng)力水平。

2) 導(dǎo)梁與主梁剛度比為1/5.2。模擬計(jì)算顯示，導(dǎo)梁各工況應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

3) 導(dǎo)梁前端設(shè)置了鼻梁構(gòu)造，鼻梁的開口尺寸與導(dǎo)梁剛度相匹配，上墩工藝操作可行性較強(qiáng)。

本導(dǎo)梁成功在紅水河特大斜拉橋頂推施工中應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)形式、連接構(gòu)造以及施工工藝等均得到了檢驗(yàn)，可為類似工程提供參考。

[1] 范立礎(chǔ). 橋梁工程[M].北京：人民交通出版社, 2012.

[2] 項(xiàng)海帆、姚玲森.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M] .北京:人民交通出版社,2011.

[3] GB50917-2013，鋼 — 混凝土組合橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 姚發(fā)海.大跨度長聯(lián)鋼桁架設(shè)頂推關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè)，2011(2).

2016-08-11

黃紹結(jié)( 1973-) ，男，高級工程師，主要從事橋梁建設(shè)。

1008-844X(2017)01-0126-03

U 448.27

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