大跨度系桿拱連續(xù)梁拱肋拖拉施工對(duì)連續(xù)梁結(jié)構(gòu)安全影響研究

蘇天聰

（沈陽(yáng)大學(xué)，遼寧沈陽(yáng)110044）

1 工程概況

京廣特大橋35#～41#箱梁為現(xiàn)澆無(wú)砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁，橋面寬度為12.6m，計(jì)算跨度為24.77m/32.8m。41#～44#為三孔72+128+72m 直吊桿體系連續(xù)梁拱橋，拱肋垂直布置，支座中心至梁端0.85m。系梁橫截面采用單箱雙室變高截面，邊支點(diǎn)斷面高4.0m，中支點(diǎn)斷面高7.5m，采用C55 混凝土。拱肋采用二次拋物線，矢跨比f(wàn)/l=1∶6，矢高21.333m，拱肋截面采用等高度啞鈴型截面，內(nèi)填C55 補(bǔ)償收縮混凝土。吊桿間距為6.0m，采用PES(FD)7-109 型低應(yīng)力防腐拉索。兩拱肋間共設(shè)3 道鋼結(jié)構(gòu)一字橫撐及4 道K 撐。

2 拱肋拖拉方案設(shè)計(jì)

該橋鋼管拱肋采用異橋位拼裝鋼管拱，然后采用連續(xù)拖拉的方法，將鋼管拱整體縱移就位，縱移距離255.2m（見(jiàn)圖1）。

圖1 橋梁縱斷面圖

2.1 滑移系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 軌道設(shè)計(jì)

軌道走行路徑位于曲線上，以京廣36#～39#墩墩中軸線和42#～43#墩墩中軸線為直線段，兩直線相交后，轉(zhuǎn)角為2o53′44″，采用R=1500 圓曲線進(jìn)行過(guò)渡。

2.1.2 走行輪組設(shè)計(jì)

全橋前后左右共設(shè)置4 組滑行裝置，每組設(shè)置4個(gè)滑行小車，每組小車設(shè)置2 個(gè)輪組，全橋共設(shè)置32個(gè)輪子（廠家定做），輪子允許承載力根據(jù)最不利荷載工況進(jìn)行計(jì)算（30.7t）。

2.2 臨時(shí)拱腳設(shè)計(jì)

臨時(shí)拱腳支架自下而上為型鋼桁架、4 組雙拼56工字鋼分配梁、10 組貝雷片橫梁。因兩組鋼管拱間距為12.8m，而臨時(shí)輪箱支座間距僅有6m，在安裝第一節(jié)拱時(shí)，兩邊臨時(shí)支座受力不平衡，會(huì)出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象，需在臨時(shí)拱座橫向貝雷梁和簡(jiǎn)支梁翼緣板間每側(cè)各設(shè)置3 根20t 倒鏈，以約束安裝第一段拱時(shí)的不平衡力。

2.3 拖拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋼管拱拖拉采用兩點(diǎn)同步拖拉的設(shè)計(jì)方案，在大里程側(cè)輪箱前方設(shè)置拖拉錨點(diǎn)，在拖拉路徑上設(shè)置3處后錨點(diǎn)，分別在120m、240m、360m 處設(shè)置，全橋共設(shè)6 個(gè)。

在大里程側(cè)每個(gè)臨時(shí)拱座設(shè)1 臺(tái)連續(xù)型液壓千斤頂，施工時(shí)由一個(gè)總控臺(tái)控制兩個(gè)千斤頂，同時(shí)開(kāi)關(guān)，同步同級(jí)施力[1]。千斤頂選擇拖拉力為250t 連續(xù)型（2 臺(tái)）。

2.4 體系轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

第一次體系轉(zhuǎn)換流程：安裝壓重貝雷片—預(yù)緊鋼絞線—拆除鞍座。完成由臨時(shí)拱腳和支架受力到由臨時(shí)拱腳受力的體系轉(zhuǎn)換。

第二次體系轉(zhuǎn)換流程：拱腳合龍—拆除鋼絞線—拆除壓重貝雷片—拆除臨時(shí)拱腳。完成由臨時(shí)拱腳受力到由永久性拱腳受力的體系轉(zhuǎn)換。

3 拱肋拖拉對(duì)永久結(jié)構(gòu)安全影響分析

3.1 工況選擇

由于拖拉過(guò)程包含吊裝過(guò)程最不利工況，故只需對(duì)拖拉施工工況進(jìn)行驗(yàn)算[2]。

3.2 模型建立

(72+128+72)m 連續(xù)梁拱模型，采用midas 建立全橋有限元計(jì)算模型，全橋共283 個(gè)單元，270 個(gè)節(jié)點(diǎn)（midas 模型見(jiàn)圖2）。

圖2 單元離散圖(midas 模型)

3.3 荷載及荷載組合

3.3.1 荷載取值

（1）恒載

結(jié)構(gòu)自重：主梁及拱座混凝土容重取γ =26.0kN/m3，拱肋混凝土容重取γ=23kN/m3，考慮加勁肋等影響，拱肋鋼結(jié)構(gòu)容重取γ=98.13kN/m3。

預(yù)應(yīng)力及其次內(nèi)力[3]。

混凝土收縮、徐變[4]。

混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)按《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10092—2017）的規(guī)定計(jì)算[5]。其中，拱肋混凝土徐變按環(huán)境濕度80%計(jì)。

（2）頂推施工荷載

（a）拖拉移動(dòng)荷載

推運(yùn)車荷載以移動(dòng)集中荷載的方式施加模擬頂推過(guò)程，推運(yùn)車總重為291.93t，沖擊系數(shù)為1.5。

（b）臨時(shí)均布荷載

混凝土墊層：25cm 厚，1.2m 寬，雙側(cè)布置，共15kN·m；

60kg/m 鋼軌，雙側(cè)布置，共2.4kN·m。

3.3.2 荷載組合

頂推過(guò)程驗(yàn)算荷載組合為：1.0×恒載+1.5×移動(dòng)荷載+1.0×臨時(shí)荷載

3.4 拖拉施工對(duì)梁體強(qiáng)度的影響

拖拉施工對(duì)梁體強(qiáng)度的影響分析，如圖3、圖4所示。

圖3 主梁恒載+1.5 倍移動(dòng)荷載彎矩包絡(luò)圖（kN·m）

圖4 主梁恒載+1.5 倍移動(dòng)荷載剪力包絡(luò)圖（kN）

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（TJG D60—2015），構(gòu)件運(yùn)送安裝階段強(qiáng)度驗(yàn)算安全系數(shù)不低于1.8。頂推過(guò)程中，主梁第212 單元（位于拱腳位置）抗彎安全系數(shù)最小為2.2，主梁第70 單元（位于拱腳位置）抗剪安全系數(shù)最小為2.3，滿足規(guī)范要求。

3.5 拖拉施工對(duì)梁體應(yīng)力的影響分析

頂推過(guò)程主梁上下緣應(yīng)力圖如圖5、圖6所示。

圖5 主梁上緣應(yīng)力包絡(luò)圖（MPa）

圖6 主梁下緣應(yīng)力包絡(luò)圖（MPa）

注：圖中拉為正，壓為負(fù)。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（TJG D60—2015）進(jìn)行頂推施工過(guò)程主梁抗裂性及壓應(yīng)力驗(yàn)算[6]。頂推過(guò)程中，主梁最大拉應(yīng)力為-0.82MPa（受壓）＜0.8fct=1.89MPa，主梁抗裂性驗(yàn)算滿足規(guī)范要求；主梁最大壓應(yīng)力為-13.3MPa＜0.8fc=21.2MPa，壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3.6 拖拉施工對(duì)梁體撓度的影響分析

頂推過(guò)程中主梁邊跨最大撓度為8.0mm，位于跨中截面附近，中跨最大撓度為26.8mm，位于跨中位置（主梁撓度變形數(shù)據(jù)見(jiàn)表1）。

表1 主梁撓度變形(mm)

3.7 拖拉施工對(duì)支座影響分析

對(duì)比拖拉過(guò)程中最大反力和支座允許承載力得出，連續(xù)梁4 個(gè)墩位的支座允許承載力均大于實(shí)際最大豎向反力，滿足要求。

3.8 拖拉施工對(duì)橋墩水平剪力影響分析

根據(jù)拖拉過(guò)程中產(chǎn)生的最大水平力計(jì)算出墩身的水平剪力值，根據(jù)設(shè)計(jì)文件查出墩身的允許剪力值[7,8]。表2 顯示，墩身允許剪力值遠(yuǎn)大于拖拉過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)際剪力值。

表2 橋墩縱向剪力

3.9 拖拉施工過(guò)程中梁體變形檢測(cè)

3.9.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

在連續(xù)梁拖拉路徑上分別設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，在拱腳和小車停放位置分別設(shè)置1 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，其中拱腳位置作為拖拉過(guò)程監(jiān)控量測(cè)控制點(diǎn)，邊跨在距離41#墩15m、31.5m、49.5m 斷面位置分別設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，中跨分別在跨中、距離跨中22.5m3 個(gè)斷面設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.9.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)

各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置完成后采集原始高程，然后在拖拉過(guò)程中前支點(diǎn)經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)、拖拉就位后、臨時(shí)拱腳拆除后，分別采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，拖拉前支點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的變形值較小，拖拉就位后變形值最大2.5cm（理論計(jì)算值2.68cm），梁體結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，臨時(shí)拱腳拆除后仍存在殘留變形（最大值1.4cm）。

4 結(jié)語(yǔ)

跨高速公路混凝土系桿拱連續(xù)梁拱部施工對(duì)既有高速公路行車安全影響較大，采用拖拉施工一方面要確保拖拉臨時(shí)結(jié)構(gòu)本身的安全，另一方面要確保不破壞既有橋梁結(jié)構(gòu)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全相對(duì)容易控制，但拖拉施工對(duì)永久結(jié)構(gòu)的影響受混凝土齡期、預(yù)應(yīng)力張拉、混凝土收縮徐變等多方面因素影響，施工過(guò)程中必須做好應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控量測(cè)，并對(duì)混凝土表面進(jìn)行檢查，確保拖拉施工過(guò)程中既有橋梁結(jié)構(gòu)的安全。