晉蒙黃河大橋主橋合攏順序方案研究

張科峰

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

剛構(gòu)- 連續(xù)組合梁橋既保留了連續(xù)梁橋的優(yōu)點(diǎn)，又改善了連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特性[1]，在提高跨越能力的同時降低了連續(xù)梁后期維護(hù)費(fèi)用，因此已成為橋梁工程師設(shè)計(jì)大跨橋梁的必選橋型之一。而上部主梁的合攏才能實(shí)現(xiàn)橋梁的全面貫通，是懸臂澆筑施工中非常重要的環(huán)節(jié)，尤其對于多跨、長聯(lián)的剛構(gòu)橋，不同的合攏順序?qū)Τ蓸蚝髽蛄旱氖芰白冃斡兄匾挠绊憽?/p>

1 項(xiàng)目概況

晉蒙黃河大橋工程是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”第三橫（靈丘—河曲）的重要組成部分，起點(diǎn)銜接山西省神池至河曲高速公路，終點(diǎn)接入內(nèi)蒙古自治區(qū)大飯鋪至龍口高速公路，是跨越黃河大北干流河曲河段的特大型橋梁。

主橋采用（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m 預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)- 連續(xù)組合梁橋體系，上部采用雙幅設(shè)置，單幅主梁截面形式為單箱單室，頂板寬15.75 m（含兩側(cè)各10 cm 后澆帶），底板寬8 m，翼緣板懸臂長為3.875 m，主墩頂0 號塊梁高9.5 m，跨中梁高3.4 m。主墩根部至跨中合攏段梁高按1.7 次拋物線變化。主橋下部橋墩均采用矩形空心墩形式，其中8 號、19 號墩為主引橋交界，14號墩為主橋分聯(lián)墩，9 號、12 號、13 號、15 號、18 號墩為設(shè)鋼球支座的連續(xù)墩，10 號、11 號、16 號、17 號為與主梁固結(jié)的剛構(gòu)墩。本文以第一聯(lián)為研究對象，立面布置及橫斷面見圖1～圖3，技術(shù)指標(biāo)見表1。

圖1 第一聯(lián)主橋立面布置圖（單位：cm）

圖2 跨中斷面圖（單位：cm）

表1 技術(shù)指標(biāo)表

圖3 支點(diǎn)斷面圖（單位：cm）

2 不同合攏方案簡介

懸臂對稱施工時，對于非固結(jié)墩可采用臨時固結(jié)措施將墩梁固結(jié)，橋梁合攏后再拆除臨時固結(jié)措施以完成體系轉(zhuǎn)換。但是不同的合攏順序?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及變形的影響也不相同[2]，因此，對于此類橋梁的設(shè)計(jì)及施工控制，合理的合攏方案就成為首要的關(guān)注點(diǎn)，它是施工完成后結(jié)構(gòu)達(dá)到合理成橋狀態(tài)的關(guān)鍵影響因素。

本文為進(jìn)行對比，除原設(shè)計(jì)方案外，另提出以下3 種方案進(jìn)行比較分析：

a）方案一 保持合攏順序與原設(shè)計(jì)方案一致，改變連接合攏段預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉與解除臨時錨固的順序。

b）方案二 兩個合攏段同步推進(jìn)，保持合攏段預(yù)應(yīng)力張拉與臨時錨固順序與設(shè)計(jì)一致。

c）方案三 在方案二基礎(chǔ)上，改變合攏段預(yù)應(yīng)力張拉與臨時錨固順序。

3 不同合攏方案對橋梁的影響分析

選用Midas Civil 創(chuàng)建有限元計(jì)算模型，模擬橋梁懸臂澆筑施工過程，并對合攏段的合攏順序與臨時錨固的解除時間進(jìn)行研究。主橋第一聯(lián)有限元模型見圖4，各合攏段編號見圖中所示。建立有限元模型時，對邊界條件做如下處理：

a）忽略樁基影響，墩底視為固結(jié)。

b）剛構(gòu)墩與主梁按固結(jié)處理，連續(xù)墩與主梁臨時固結(jié)解除后采用活動鉸支座連接。

c）邊跨永久支座采用活動鉸支座。

圖4 主橋第一聯(lián)Midas Civil 有限元模型

3.1 主梁應(yīng)力

成橋時對比方案主梁上、下緣應(yīng)力見圖5～圖7所示。

圖5 方案一 成橋時主梁上、下緣壓應(yīng)力

圖6 方案二 成橋時主梁上、下緣壓應(yīng)力

圖7 方案三 成橋時主梁上、下緣壓應(yīng)力

表2 主梁合攏段上翼緣壓應(yīng)力值 MPa

從圖5～圖7 可見，對比方案成橋階段主梁應(yīng)力均滿足規(guī)范[3]要求。從表2 可以看出，合攏順序?qū)χ髁簯?yīng)力水平影響較大，而先解除臨時錨固后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，有利于減小相應(yīng)合攏段截面壓應(yīng)力，但是影響較小。

3.2 墩頂水平位移

提取8～14 號橋墩墩頂對應(yīng)的主梁控制點(diǎn)水平位移，分別對比成橋階段和10年收縮徐變后變形，可以看出，預(yù)應(yīng)力張拉與解除臨時錨固的施工順序?qū)Π聪嗤蠑n順序施工的主梁水平位移影響不大，但合攏順序?qū)χ髁核轿灰朴绊懴鄬^大。

表3 主梁控制點(diǎn)水平位移 cm

3.3 墩底彎矩及軸力

從表4、表5 中可以看出，4 種方案對墩底軸力影響均較?。活A(yù)應(yīng)力張拉與解除臨時錨固的施工順序?qū)Π聪嗤蠑n順序施工的墩底彎矩影響均較??；但合攏順序?qū)Χ盏讖澗赜绊戄^大，4 個方案中最大墩底正彎矩均出現(xiàn)在10 號墩。且成橋10年收縮徐變后橋梁合攏順序、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束與解除臨時錨固的順序?qū)蚨斩盏讖澗氐挠绊懨黠@減少，但是合攏順序?qū)蚨斩盏讖澗厝杂休^大影響。

表4 橋墩墩底彎矩表 kN·m

表5 橋墩墩底軸力表 kN

4 結(jié)語

通過對晉蒙黃河大橋多種合攏方案的對比研究，可以得出以下結(jié)論：

a）4 個方案（設(shè)計(jì)合攏方案及3 個比較方案）的主梁應(yīng)力均能滿足規(guī)范要求；4 個方案的主梁在正常使用極限狀態(tài)（短期）下，連續(xù)梁段中的跨中上緣最小應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

b）不同合攏順序?qū)?dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的時間不同，結(jié)構(gòu)受混凝土收縮、徐變的影響時間不同，受張拉預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的應(yīng)力、撓度也有所不同。橋梁的合攏順序?qū)蛄旱膽?yīng)力、水平位移以及墩底彎矩影響都較大，但對橋梁墩底豎向力的影響較小。

c）預(yù)應(yīng)力的張拉與解除臨時錨固的順序?qū)Y(jié)構(gòu)的墩底彎矩和豎向力以及水平位移都影響較小，但對橋梁上部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力有較大影響，特別是在合攏段。

d）成橋經(jīng)過10年的收縮徐變后，橋梁合攏段的合攏順序?qū)τ跇蚨斩盏讖澗氐挠绊憰黠@減小，但仍有較大影響。本文確定的較為合理的主橋合攏順序有借鑒意義，但因所處環(huán)境及研究的出發(fā)點(diǎn)不同，各種橋梁之間會有差異，實(shí)際施工中應(yīng)綜合考慮[4]，以得到適合橋梁的最優(yōu)合攏順序。