南廣鐵路桂平郁江特大橋主橋鋼梁預拱度設置

陳建峰，余 浪，楊國靜

(中國中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031)

1 工程背景

桂平郁江特大橋是南廣鐵路一座雙線特大橋，主橋采用(36+96+228+96+36)m五跨雙塔雙索面鋼桁斜拉橋，主橋采用半漂浮體系，主塔與主梁間設置豎向支承，縱向采用阻尼約束，主塔采用花瓶式，塔高為103.5 m，斜拉索采用 φ7環氧涂層鋼絲，主梁采用鋼桁梁，三角形桁架，兩片主桁，桁間距15 m，桁高14 m，節間長度12 m，橋面系采用正交異性鋼板的整體道砟橋面結構，鋼橋面板與帶整體節點的主桁下弦桿通長連接［1］。主橋布置見圖 1。

圖1 桂平郁江大橋主橋布置(單位:cm)

2 預拱度設置方法及比較

2.1 設置原則

下承式鋼桁梁預拱度設置方法通常是伸長或縮短上弦桿件拼接縫尺寸，增加或減少上弦節間長度。具體實現分以下三步:從整體計算中提取恒載和靜活載工況的下弦桿件各節點處豎向位移;恒載與一半靜活載豎向位移之和得到預拱度值;通過某一計算方法推出預拱度值與上弦長度變化值之間關系，得出各個上弦節間拼接縫的伸長值或縮短值。

以上第一步可以通過有限元程序計算得到，第二步可以直接計算得到，預拱度最終實現的關鍵在于第三步采用何種計算方法，針對這個關鍵點，本文提出了三種計算方法:幾何法、溫度法，以及在前兩者基礎上的混合法。

2.2 幾何法［2］

幾何法:根據主桁幾何關系推出預拱度值與上弦長度變化值之間關系，以郁江橋為例，鋼桁梁形式為三角形桁架。

假設以下參數，fi為各下弦節點豎向拱度;L為節間長;H為桁高;α，β為下弦桿與豎直線夾角;γ為下弦桿與腹桿夾角;θ為腹桿間夾角;Δ為上弦拼接縫變化值。各參數見圖2。

圖2 各參數關系圖

可推出如下公式:

Δ=2(L2+H2)0.5sin(θ/2)－L，其中拼接縫變化值Δ伸長為正，縮短為負。

幾何法的優點是計算時間短，且可編制excel表格來計算，但缺點是未考慮各主桁桿件的伸長和縮短，求出的拼縫值有一定誤差，需要進行修正。

2.3 溫度法［3］

先假設上弦拼接縫的伸長值或縮短值，而后利用升溫或降溫來使上弦桿件長度發生變化，通過有限元程序計算反推下弦各節點預拱度值，如與預設拱度不符則重新假設拼接縫變化值，如相符則得到最終變化值Δ為

其中，L為桁長;Δt為溫度變化值;a為線膨脹系數;Δ為上弦桿件拼縫變化值。

溫度法的優點是計算結果準確，但缺點是因為反推的關系，需要計算者有豐富的設計經驗，且需經過多次試算才能得到準確結果，計算時間長。

2.4 混合法

幾何法和溫度法都有其優缺點，在上述兩種方法基礎上，本文提出一種混合法，具體分以下兩步:①通過幾何法初步得出各個上弦拼接縫的伸長值或縮短值Δ;②利用溫度法對幾何法求得的拼縫變化值Δ進行修正，得出準確結果。

混合法綜合了幾何法和溫度法的優點，先用幾何法初步算出Δ值，而后利用溫度法，通過若干次試算，很快可以得到準確的計算結果。

2.5 三種方法比較

上述三種方法的優缺點見表1。從表1可以看出，這三種方法都能用于下承式鋼桁梁預拱度設置，都能取得計算結果，而混合法是綜合了幾何法和溫度法的優點，能較快地得到準確的計算結果，是更好的計算方法。

表1 三種方法優缺點比較

3 本橋鋼桁梁預拱度設置

郁江主橋鋼桁梁預拱度設置分別采用上述三種方法，其計算結果和計算次數見表2。從表2可以看出，采用幾何法求得的拼縫變化值Δ計算結果有一定誤差，但計算次數只有一次，很快可得到結果;溫度法計算結果準確，但計算次數很多，工作量大，計算時間長;混合法計算結果準確，計算時間短。通過比較，混合法具有較大優勢。

表2 計算結果比較表

預拱度設置除了計算方法外，還需注意以下三點:

1)為了桿件不產生較大附加應力，支座處預拱度值需接近于零，計算時可先確定支座位置處拼接縫變化值，再調整其它位置處的值。

2)拼接縫變化值應為整數，設計預拱度值與理論預拱度值有差別，考慮到中活載比實際列車活載大，計算豎向位移大，故設計預拱度值宜比理論預拱度值偏小，但誤差需控制在一定范圍內。

3)溫度法和混合法采用有限元程序計算時，計算模型采用單片主桁即可，不用考慮拉索、主塔和鋼橋面板。

郁江主橋鋼桁梁預拱度設置成果已用于郁江主橋施工圖的設計。

4 結論

下承式鋼桁梁預拱度設置的三種方法:幾何法、溫度法，以及在前兩者基礎上的混合法。混合法綜合了幾何法和溫度法的優點，具有較大的優勢，能較快得到準確的計算結果，是更為理想的計算方法。

［1］中鐵二院工程集團有限責任公司.南廣鐵路桂平郁江特大橋設計［R］.成都:中鐵二院工程集團有限責任公司，2009.

［2］劉玉清，李金權.40 m后張法預應力混凝土 T形公路梁預拱度設計［J］.鐵道建筑，2001(8):6-8.

［3］曾永平.大跨度鋼桁斜拉橋預拱度設置［J］.鐵道工程學報，2010(10):78-81.

［4］王海良.懸臂拼裝連續箱梁施工過程控制［J］.鐵道建筑，2008(5):1-3.