寧波灣頭大橋鋼桁架拱架設施工技術研究

摘要：寧波灣頭大橋主橋上部結構為（48+180+48）m的三跨連續、梁拱固結的鋼桁拱疊合梁。為解決其鋼桁架拱在架設過程中抗風穩定性差的特點，文章通過方案比選，選用在施工過程對主體結構進行加固的方案進行實施。

關鍵詞：鋼桁架；拱橋；施工技術

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2014）18-0003-03

隨著我國經濟水平的不斷提高，公路、鐵路、城市交通獲得了長足發展，大跨度鋼桁架拱橋由于承載能力高、剛度大、造型美觀等特點，在橋梁設計中具有較大的優勢。國內外的鋼桁架拱橋不斷增多，需要研究其施工技術，以保證在施工中的安全和質量。

1工程概況

寧波灣頭大橋主橋上部結構為（48+180+48）m的三跨連續、梁拱固結的鋼桁拱疊合梁。橋面總寬43.6 m。主梁采用疊合梁，橋面結構由鋼主梁、鋼橫梁、人行道挑梁、小縱梁和鋼筋砼橋面板組成。主拱肋由2片桁架和6道風撐組成，2片拱肋橫向中心距33.6 m，風撐為一字型。灣頭大橋上部結構整體為三跨連續梁結構，剛性梁，柔性拱，如圖1所示。

2施工方案

寧波灣頭大橋總體采用“先梁后拱”的施工方案，鋼主梁采用少支架支承，雙側棧橋，跨橋龍門吊機作為起吊設備。施工順序為先在拼梁支架上安裝鋼主梁節段、橫梁、小縱梁，再安裝拱肋及風撐，安裝吊桿，安裝橋面板及其它，主橋總體施工方案立面圖如圖2所示。

3 鋼梁及鋼桁架拱架設施工技術

灣頭大橋橋面寬43.6 m，鋼梁是縱橫梁結構，無剪刀撐，鋼桁架拱的風撐為一字形，橫向剛度差，抵抗水平荷載能力較弱，由于上部結構安裝工期將進入臺風期，需要在鋼桁架拱架設時充分考慮風荷載的影響。

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）中“附錄A全國基本風速圖及全國各氣象臺站的基本風速和基本風壓值表”，寧波市百年一遇的風速為31.3 m/s（相當于11級風）。因此拱肋架設期間按11級風（基本風速取值31.3 m/s，相當于寧波地區百年一遇）荷載考慮進行結構驗算。

如果僅僅用臨時設施的強度和剛度來抵抗主體結構傳來的荷載，臨時結構將非常龐大，施工將非常困難而且不經濟。而對主體結構稍作加強，在臨時結構設計中能充分考慮主體結構的剛度，會有效的減少施工難度，降低成本。因此在主體結構上、下游主梁下平面增設臨時水平剪刀撐，以提高主梁的橫向剛度，減少拼梁支架樁在橫向風力下的位移。在拱肋上增設多道臨時K撐結構，提高拱肋的橫向剛度，減少拼拱支架鋼管柱的位移。

3.1拼梁支架

拼梁支架布置于橋中線的上、下游兩側，其中心線距橋中線16.8 m，拼梁支架采用樁基礎。拼梁支架的標準跨度為9 m，基礎采用φ500 mm預應力混凝土管樁和鋼管樁，基礎之間設有聯結系。支架頂與鋼主梁之間設置液壓千斤頂和分配梁，千斤頂用于調節鋼梁標高。拼梁支架結構圖如圖3所示。

在對支撐樁進行設計的過程中，為了確保設計方案的合理性，假設主梁受到的風力作用全部由自身承擔；主墩的活動墩側部分，應該實現與墩間的緊密契合，確保主梁順橋在產生升溫溫度力之后，會將之傳輸到主墩上，而不是拼梁支架樁，以減少對于樁體的影響；同時，可以以拼梁支架樁、樁間連結系以及樁頂分配梁，共同構成一個整體性較強的剛架體系，提升其承載能力和穩定性。然后，結合相應的數據信息，建立每一個剛架體系的有限元模型，對其進行受力分析和計算，確保支撐樁的各項參數可以滿足工程的設計和規范要求。

3.2主梁加固

3.2.1加固方法

在該橋梁中，受各種因素的影響，只有橫梁和縱梁，而沒有斜撐。因此，在橋梁主體結構施工完成后，橋面板安裝施工前，結構整體的橫向剛度較差，在寧波市百年一遇的風力作用下，會出現較大的橫向位移，最大位移達到28 cm，嚴重影響了結構的承載能力和穩定性。因此，需要采取相應的措施，對主梁進行加固。加固方法為：拱肋合龍前，在中跨兩組主梁間的上平面，加設臨時性的水平剪刀撐，通過主梁系統，將主梁和支架受到的風荷載傳到主體橋墩上，從而減少風力對于拼梁支架樁的影響。水平剪刀撐的設置，應該盡量選擇工地的既有材料，并且在主梁安裝完成后進行，1/2中跨主梁新加剪刀撐的布置方式如圖4所示。

3.2.2分析和計算

結合橋梁工程的設計圖紙和模型進行分析，可以將主梁和中跨內拼梁支架樁之間的約束，看做是水平方向的彈性約束。主梁在水平方向所承擔的荷載主要是風荷載，包括鋼主梁自身風荷載、拼拱支架立柱以及拼梁支架所傳風荷載，拱肋和風撐受到的風荷載，則直接由臨時加固設施等傳輸到主橋橋墩。

加固前，鋼主梁自身風荷載是主梁水平荷載的主要組成部分。結合相應數據，可以得出，主橋跨中的最大橫向位移為279.8 mm。在增設水平剪刀撐進行加固后，主梁受到的水平荷載大大減少，主梁跨中的最大橫向位移為24.5 mm，所承受的最大應力為31.9 MPa，斜支撐所承受的最大應力為37.2 MPa，可以滿足橋梁的設計和施工要求。

3.3拼拱支架

3.3.1結構形式

拼拱支架由立柱、橫橋向聯結系、縱橋向聯結系和風纜組成。立柱由2φ400 mm鋼管和鋼管之間的腹桿組成，支承在鋼主梁上，設置橫橋向聯結系在和縱橋向聯結系。各組立柱的上方用柱頂縱橋向斜支撐互連。風纜采用φ28 mm鋼絲繩，在橫橋向上交叉設置，提高拼拱支架的抗風能力。鋼桁架拱和風撐的重量通過鋼桁架拱下的原有橫隔板向墊座傳遞，進而傳力到立柱。具體結構形式如圖5所示。

3.3.2結構計算

對拼拱支架的各種受力狀態分別進行計算，可知支架結構整體和各個部件的強度、剛度、穩定性均能滿足要求，鋼桁架拱下弦箱增設短梁、鋼主梁內增設支承加勁肋的強度及穩定性均達到規范要求，拼拱支架與拼梁支架、棧橋能夠共同抗水平力，具有可靠的安全性和適用性。

3.4拱肋加固

3.4.1加固措施

鋼桁架拱結構的風撐型式為口字型，由于沒有布置相應的斜撐，因此拱肋在合攏之前，水平方向的剛度較差，在11級風荷載作用下的橫向位移達到了23.5 cm，與設計要求的5 cm相差甚遠，嚴重影響了結構的承載能力和穩定性，需要采取相應的加固措施，以確保施工的順利進行。在進行現場分析和受力計算后，從拼拱支架和拼梁支架的安全方面考慮，在拱肋上增加了臨時性的“X撐”，可以通過拱腳，將拱肋受到的風荷載傳輸到主體橋墩上，從而增強拱肋的穩定性和水平剛度。充分考慮了支撐結構的實用性、有效性和經濟性，決定采用φ1 000 mm，壁厚10 mm的鋼管作為撐桿，與鋼桁架拱之間采用夾箍連接。具體加固處理如圖6所示。

3.4.2計算假定與計算結果

對結構的受力情況和傳力情況進行分析，可以得知，拱肋和風撐受到的風荷載可以通過鋼桁架拱，直接傳往主體橋墩。拱肋按照主體支座的形式，在邊墩與主墩處約束；拼拱支架立柱則對拱肋豎向約束。假定橋體處于11級風荷載作用下，對尚未進行加固的拱肋在合龍前的施工狀態進行檢算，則在水平方向上，拱肋前端的最大位移為23.5 cm，最大應力為145 MPa。在加固完成后，需要再次對拱肋的施工狀態進行檢算，得出水平方向的最大位移為7.97 cm，最大應力為120 MPa，具有良好的加固效果。

寧波灣頭大橋總體采用雙線棧橋+龍門吊機的施工方案，棧橋的通行能力強，運輸速度快，可兼顧下部結構和上部結構的施工，為主橋的施工提供了良好的作業平臺。龍門吊機走行靈活，吊重能力大，可滿足鋼構件和其他結構的吊裝要求，可以很容易的開展流水作業，有效的加快進度。在對灣頭大橋的上部結構進行防風加固的過程中，通過對主體結構的加固，使得受到的風力作用可以傳到橋墩，減少了對于橋梁主體的影響。實踐證明，這種加固方法操作簡單，效果良好，工期較短而且節省投資，能夠切實滿足施工需要。

在橋梁施工中對臨時結構進行設計時，設計人員應充分利用主體結構自身的強度和剛度，減少臨時設施的材料投入，增強加固方案的經濟性。

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