自錨式懸索橋?qū)挿炷料淞菏┕ぶЪ軆?yōu)化設(shè)計(jì)
2018-03-05
一、工程概況
泓口大橋位于溧陽市泓口鎮(zhèn)，主橋?yàn)殡p塔自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，主橋跨布置為（52+102+52）m，主塔塔高為31.4m，全橋共2根主纜，吊桿順橋向間距4.5m，中跨共21個(gè)吊點(diǎn)，邊跨共8個(gè)吊點(diǎn)。主梁為雙向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級C55；截面為Π型箱梁形式，主梁頂面全寬38m，橫向設(shè)雙向2%橫坡。標(biāo)準(zhǔn)段橋梁中心線處梁高2.5m。梁端錨跨處梁高變化到4.2m，邊箱梁頂板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚45cm，支點(diǎn)附近中腹板厚變寬至150cm，邊腹板厚變寬至95cm。錨跨段邊箱采用實(shí)體截面。
地層土性自上而下可分為：第1層，亞粘土，層厚1.4m，重度19 kN/m3，第2層，淤泥質(zhì)亞粘土，層厚8.6m，重度17.1 kN/m3，第3層，亞粘土，層厚4m，重度19.1 kN/m3，第1層，亞粘土，層厚1.4m，重度19 kN/m3，第4層，亞粘土，層厚4.6m，重度17.9 kN/m3，第5層，亞粘土，層厚15.6m，重度19.7 kN/m3.
二、施工方案簡述
自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)體系是必須在主梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊桿，張拉吊桿并調(diào)索完成后才能拆除主梁臨時(shí)支架，其施工步驟受到了限制，需搭建臨時(shí)支架以安裝主梁。通常全橋一次性采用滿堂支架法或少支墩結(jié)合貝雷梁的膺架法完成主梁預(yù)制段的架設(shè)，支架及底模無法倒用，具有臨時(shí)支撐系統(tǒng)投入數(shù)量大，占用時(shí)間長的特點(diǎn)，對施工的成本控制不利。為克服自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)體系的這種缺點(diǎn)，結(jié)合本工程特點(diǎn)及所處環(huán)境，對混凝土箱梁軟弱土層施工支架優(yōu)化設(shè)計(jì)，混凝土主梁施工共分三個(gè)階段，首先采用落地支架原位分段預(yù)制，主梁的橫隔梁處為大號鋼管支撐，并直接打入地面以下25米，以滿足支點(diǎn)承載力要求，上設(shè)可滑動式貝雷梁膺架支撐。待本階段箱梁按設(shè)計(jì)張拉縱橫向預(yù)應(yīng)力后，沙箱落架后縱向拖拉滑動貝雷梁膺架至下一箱梁澆注段，箱梁重由貝雷梁膺架面支撐轉(zhuǎn)換為橫隔梁處大號鋼管支墩少支點(diǎn)支撐，完成箱梁自重由面支撐到少支點(diǎn)支撐的第一次體系轉(zhuǎn)換，依此循環(huán)完成箱梁預(yù)制，再安裝主纜及吊桿，分批分階段張拉吊桿，完成箱梁自重由支墩支撐轉(zhuǎn)化為主纜懸吊方式的第二次體系轉(zhuǎn)換，根據(jù)主梁預(yù)應(yīng)力位置和攪拌站的生產(chǎn)能力，將主梁分為13.7+25.28+27.45+22.65+29.24+22.65+27.45+25.28+13.7米9段澆筑，在錨跨與第四段之間設(shè)置一段長度為2m的合攏段。首先施工兩端錨跨段，長度為13.7m，一次性澆筑完成。然后施工主梁中間段，中間段從跨中向邊跨對稱澆筑，每個(gè)階段分兩次澆注完成。
三、結(jié)構(gòu)分析
支架計(jì)算分三種工況：
1、工況一：混凝土澆注臨時(shí)支架設(shè)計(jì)
支架在吊索橫梁處設(shè)置鋼支墩。鋼支墩采用φ600*8螺旋鋼管，橫向位于箱梁腹板處，每排設(shè)4個(gè)鋼支墩，鋼支撐縱向間距同橫梁均為4.5m。基礎(chǔ)采用φ600打入鋼管樁，入土樁長25m；其上設(shè)可滑動貝雷梁膺架，貝雷梁膺架支撐在鋼支墩頂橫梁上，橫梁上設(shè)滾輪滑座。
在此工況下驗(yàn)算貝雷梁膺架強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性及基礎(chǔ)沉降控制計(jì)算。
2、工況二：縱橫向預(yù)應(yīng)力張拉對第一次由面支撐體系轉(zhuǎn)換到少支點(diǎn)支撐的支墩受力影響
考慮橫梁張拉后中間橫梁及橋面板重量將分配到邊箱梁側(cè)，在兩側(cè)邊箱梁橫梁處設(shè)置兩個(gè)鋼支墩，鋼支墩采用2根φ600*10螺旋鋼管，縱向間距為4.5m，橫橋間距為5.52m。采用橋梁博士V3.1平面桿系程序建立模型，計(jì)算采用剛性支撐，對縱橫向預(yù)應(yīng)力張拉后標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行驗(yàn)算。
2.1、縱向施工鋼束張拉前后支撐反力變化情況
分析縱向施工過程中，縱向鋼束張拉前后各橫梁下支撐反力的變化。第一施工階段模型如下：
第一節(jié)段施工，鋼束張拉前后，支撐反力如下表：
2.2．標(biāo)準(zhǔn)段橫梁橫向計(jì)算
分析橫梁鋼束張拉前后，支撐樁頂反力的變化。主梁下設(shè)二根臨時(shí)支撐樁。此種模式計(jì)算模型如下，共60個(gè)單元，其中5、21、41、57為臨時(shí)支撐樁位置。由于結(jié)構(gòu)、鋼束均對稱，僅比較5、21二個(gè)支撐臨時(shí)樁在橫梁鋼束張拉前后的反力變化情況，張拉前主梁中間段支架不拆，張拉后中間梁段之間可拆除。計(jì)算模型如下：
主梁應(yīng)力能滿足規(guī)范要求。
綜上：單側(cè)梁下采用兩支撐，橫梁鋼束先張拉N1為最優(yōu)施工方案。按最大支撐反力確定鋼管樁入土樁長及樁徑。
工況三：第二次體系轉(zhuǎn)換對支墩影響
其特征是主纜上安裝吊桿，再分批分階段張拉吊桿，將混凝土主梁從鋼管支墩轉(zhuǎn)化為主纜懸吊方式。
吊桿張拉采用對稱、分級等張拉值法，并對至少四個(gè)編號以上吊桿同步張拉，張拉分級進(jìn)行，逐步到位，吊桿張拉過程中，主梁重量通過吊桿逐步轉(zhuǎn)移到主纜上，由鋼支墩承重轉(zhuǎn)變到鋼支墩與主纜共同承重，最后全部重量都轉(zhuǎn)移給主纜承重模式。在此過程中，鋼支墩支點(diǎn)反力逐漸減小，對主梁臨時(shí)支撐不起控制作用。
四、結(jié)語
通過泓口大橋?qū)挿炷料淞菏┕ぶЪ軆?yōu)化設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐，與以往此類橋梁常用臨時(shí)支架施工方案相比，節(jié)約工程費(fèi)用140萬元，有效的解決了由于自錨式懸索橋型的特點(diǎn)所決定的占用臨時(shí)支架量大時(shí)長的弊端，為此類橋梁的施工做了有益的嘗試。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張志華用貝雷梁支架系統(tǒng)進(jìn)行自錨式懸索橋主梁施工 中國市政工程2006年第5期
[2] 張 哲 混凝土自錨式懸索橋 人民交通出版社 2005
[3] 石占良，陳長明自錨式懸索橋鋼筋混凝土主梁施工 橋梁建設(shè) 2004年第2期
