銀川機場黃河特大橋臨時支墩布置方案比選

田亮 程斌 趙健

（1.天津城建大學土木工程學院，天津 300384；2.中鐵建大橋工程局集團南方工程有限公司，廣州 511458；3.上海交通大學土木工程系，上海 200240）

鋼桁梁橋廣泛應用于公路和鐵路橋梁的建設之中［1］，架設工法主要包括：膺架法、頂推施工法、整孔架設法、懸臂拼裝法等［2-5］。其中懸臂拼裝法所需專用輔助結構和設備較少，適合于架設各類中大跨度橋梁。由于吊機進行拼裝作業(yè)時，鋼梁處于懸臂狀態(tài)，為了保證施工安全，鋼梁懸臂端須滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求［6］，此外還要有效監(jiān)控鋼梁的線形和受力狀況［7］。這就需要合理地布置臨時支墩，以控制鋼主梁的線形和受力。本文以銀川機場黃河特大橋為工程背景，基于MIDAS/Civil計算分析鋼梁懸臂拼裝施工過程，對鋼梁邊跨臨時墩的布置方案進行了優(yōu)化比選。

1 工程概況

銀川機場黃河特大橋為新建銀川至西安客運專線的控制工程，主橋跨越黃河，位于9#至17#墩之間。主橋上部結構為連續(xù)鋼桁梁柔性拱（圖1），孔跨為（3×168）m，主桁寬13.8 m，高12.8 m。一聯(lián)鋼桁梁柔性拱共44個節(jié)間，其中兩邊跨各15個節(jié)間，中跨14個節(jié)間。拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71，拱圈總共34 個節(jié)間。其中兩邊拱各12 個節(jié)間，長度均為11.0 m，中拱10個節(jié)間，長度均為12.0 m。

圖1 連續(xù)鋼桁梁柔性拱1/2結構示意（單位：m）

2 計算模型

基于 MIDAS/Civil 2015 建立 3×168 m 一聯(lián)連續(xù)鋼桁梁柔性拱的空間模型，材料重度按照實際桿件的重量調整得到，鋼梁平弦和拱弦采用梁單元建模。為了與實際結構相符合，所建模型考慮了鋼橋面板結構，以板單元模擬橋面板，縱肋、橫梁采用梁單元模擬，并與橋面板形成整體受力結構體系。

3 方案比選

采用所建立的連續(xù)鋼桁梁全橋空間有限元模型，選取鋼梁上臨時墩時的控制工況進行分析計算，確定鋼梁的最大變形和應力。臨時墩布置方案分為2 種：方案1，邊跨雙支墩；方案2，邊跨三支墩。

3.1 邊跨雙支墩

第一種臨時墩布置方案為邊跨雙支墩，即分別將臨時墩布置于節(jié)點E2和E8，如圖2所示。選取上臨時墩的各個控制工況進行計算分析。

3.1.1 上臨時墩2

架梁吊機懸拼至E9E8 節(jié)間，準備上臨時墩2，對該工況進行計算，結果如圖3 所示。由于鋼梁懸臂較長，鋼梁中跨部分支點脫空。懸臂端最大下?lián)献冃?27 mm。鋼梁主墩上弦桿處受力較大，最大組合應力約147 MPa。

圖2 邊跨雙支墩布置方案

圖3 方案1上臨時墩2時計算結果

3.1.2 上臨時墩1

架梁吊機懸拼鋼梁平弦E3E2 節(jié)間，準備上臨時墩1，對該工況進行計算。鋼梁變形如圖4（a）所示，懸臂端最大下?lián)?75 mm。鋼梁應力分布如圖4（b）所示，上弦桿受拉，最大應力出現(xiàn)在臨時墩2的上弦桿位置，約225 MPa，超過了材料的容許應力，鋼梁受力較大，存在施工風險。

圖4 方案1上臨時墩1時計算結果

3.2 邊跨三支墩

第二種臨時墩布置方案為邊跨三支墩，分別將邊跨的臨時墩布置于節(jié)點E4，E8 和E12，如圖5 所示。選取鋼梁上臨時墩的各個控制工況進行計算分析。

圖5 邊跨三支墩布置方案

3.2.1 上臨時墩2

架梁吊機懸拼至E9E8 節(jié)間，準備上臨時墩2。對該工況進行計算，結果如圖7所示。鋼梁變形如圖6（a）所示，懸臂端最大下?lián)?0 mm，相比方案1 的懸臂下?lián)?27 mm 明顯減小。應力分布如圖6（b）所示，鋼梁上弦桿處的最大組合拉應力約96 MPa，相比方案1 鋼梁受力明顯減小。

圖6 方案2上臨時墩2時計算結果

3.2.2 上臨時墩1

架梁吊機懸拼至E5E4 節(jié)間，準備上臨時墩1，架拱吊機拼裝E10E9 節(jié)間拱。對該工況進行計算分析，結果如圖7 所示。鋼梁懸臂端最大下?lián)?6 mm，小于方案1 中上臨時墩1 時的下?lián)?75 mm，鋼梁變形如圖7（a）所示。鋼梁應力分布如圖7（b）所示，臨時墩2 處的上弦桿受力較大，最大組合拉應力為123 MPa，相比方案1上臨時墩1時鋼梁上弦的225 MPa明顯降低。

圖7 方案2上臨時墩1時計算結果

3.3 比選結果

經(jīng)過方案對比研究，銀川機場黃河特大橋的架設采用邊跨三支墩方案。該方案有效地減小了鋼桁梁的受力和變形，保證了施工安全。圖8 為采用邊跨三支墩架設的連續(xù)鋼桁梁柔性拱，施工過程中鋼桁梁受力狀況良好，工程進展順利。主橋工程已于2017年10月底完成施工。

圖8 架設中的銀川機場黃河特大橋

4 結論

建立了銀川機場黃河特大橋的空間有限元模型，針對邊跨雙支墩和邊跨三支墩2種邊跨臨時墩布置方案，進行了比選研究。得到了如下結論：

1）當采用邊跨雙支墩方案時，鋼梁懸臂端最大下?lián)?27 mm，上弦桿的最大組合拉應力為225 MPa，鋼梁受力不利，存在施工風險。

2）當采用邊跨三支墩方案時，鋼梁懸臂端最大下?lián)?6 mm，上弦桿的最大組合拉應力約123 MPa，臨時墩的支反力也明顯減小。

3）選用邊跨三支墩方案，鋼梁的受力和變形相比邊跨雙支墩方案有明顯改善，減小了臨時支墩的支反力，且上墩較為容易，有效地規(guī)避了施工風險。