大跨徑斜拉橋主梁與索塔臨時(shí)固結(jié)關(guān)鍵技術(shù)

石玉 胡文柱

(中交—公局海威工程建設(shè)有限公司,北京 101119)

大跨徑斜拉橋主梁與索塔臨時(shí)固結(jié)關(guān)鍵技術(shù)

石玉 胡文柱

(中交—公局海威工程建設(shè)有限公司,北京 101119)

朝鴨綠江界河公路大橋?yàn)?6+229+636+229+86=1266m五跨連續(xù)半漂浮體系雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。索塔與主梁間設(shè)置豎向支座和橫向抗風(fēng)支座,縱向設(shè)置粘滯阻尼器;輔助墩設(shè)置豎向拉壓支座,鋼箱梁邊跨內(nèi)同時(shí)設(shè)置壓重;過渡墩設(shè)置豎向抗壓支座和橫向抗風(fēng)支座。當(dāng)鋼箱梁采用橋面吊機(jī)懸臂施工時(shí),為了防止由于施工荷載對(duì)橋墩支座產(chǎn)生的不對(duì)稱彎矩和水平分力而引起的主梁失穩(wěn),必須采取臨時(shí)固結(jié)措施,同時(shí)對(duì)索塔臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造措施進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算,保證縱向抗剪承載力和橫向抗壓承載力滿足要求。

斜拉橋 鋼箱梁 臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造技術(shù)

1 工程概述

1.1 主梁拼裝方案

中朝鴨綠江界河公路大橋?yàn)?6+229+636+229+86=1266m五跨連續(xù)半漂浮體系雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。索塔與主梁間設(shè)置豎向支座和橫向抗風(fēng)支座，縱向設(shè)置粘滯阻尼器；輔助墩設(shè)置豎向拉壓支座，鋼箱梁邊跨內(nèi)同時(shí)設(shè)置壓重；過渡墩設(shè)置豎向抗壓支座和橫向抗風(fēng)支座。

主梁為流線型扁平鋼箱梁，梁高3.5m(中心線)，梁寬33.5m，橋面設(shè)2%的雙向橫坡。鋼箱梁內(nèi)設(shè)置兩道縱腹板，其距離鋼箱梁中心線間距為8.8m，鋼箱梁橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為3.2m。共計(jì)87片，由中交一公局海威工程建設(shè)有限公司承建1/2主橋及中跨合龍段鋼箱梁架設(shè)安裝，共計(jì)44片。鋼箱梁共分為11類(A～J、E1、E2、E3)，大橋主橋鋼箱梁總體施工步驟如下：索塔區(qū)01～03(A、B、C)共5個(gè)梁段采用墩旁支架施工，最大起吊重量約262t。利用浮吊將梁段吊放與支架上，精確定位焊接后，與下橫梁臨時(shí)固結(jié)。阻尼器連接件在施工過程中作為臨時(shí)拉索在主梁上的錨固裝置。然后張拉C梁段拉索，對(duì)稱拼裝橋面架梁吊機(jī)，準(zhǔn)備吊裝后續(xù)梁段。

對(duì)于索塔，次邊跨和中跨的標(biāo)準(zhǔn)梁段采用橋面吊機(jī)雙懸臂依次吊裝，對(duì)稱掛設(shè)、張拉斜拉索，直至主梁合龍。對(duì)位于河床較淺的邊跨梁段，采用高支架拼裝，用浮吊和滑移結(jié)合將梁段起吊滑移到位，然后再利用橋面吊機(jī)逐段起吊安裝。

1.2 塔梁縱向限位及臨時(shí)錨固構(gòu)造

1.2.1 縱向限位構(gòu)造

根據(jù)鋼箱梁設(shè)計(jì)資料，在鋼箱梁架設(shè)施工過程中，在鋼箱梁01號(hào)段的索塔塔柱兩側(cè)的設(shè)置縱向限位裝置，構(gòu)造見圖1～圖2。

圖1 主梁縱向限位構(gòu)造平面圖

圖2 主梁縱向限位構(gòu)造局部立面圖和平面圖

1.2.2 阻尼器連接構(gòu)件處的臨時(shí)錨固構(gòu)造

塔梁固結(jié)的臨時(shí)拉索可采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1670MPa的鉸銷式吊桿體系，計(jì)算長(zhǎng)度為9.095米。臨時(shí)拉索每個(gè)阻尼器連接構(gòu)件處設(shè)置一根，全橋8根計(jì)72.76米長(zhǎng)，推薦采用PES7-61絲吊桿。設(shè)計(jì)建議臨時(shí)拉索張拉力為150kN。(如圖3)

圖3 塔梁臨時(shí)錨固構(gòu)造

1.2.3 橫向臨時(shí)固結(jié)

為了限制主梁拼裝過程中的橫橋向位移，對(duì)于中方側(cè)索塔，擬在索塔抗風(fēng)支座兩側(cè)設(shè)置主梁橫向臨時(shí)固結(jié)措施。橫向臨時(shí)固結(jié)的一端通過預(yù)埋件與塔柱相連接，另一端與01號(hào)鋼箱梁段的腹板相連接。橫向臨時(shí)固結(jié)措施在鋼箱梁上下游側(cè)對(duì)稱布置，見圖4。橫向臨時(shí)固結(jié)構(gòu)件為雙拼2[40槽鋼或雙拼2H450×200型鋼。

圖4 塔梁臨時(shí)錨固構(gòu)造

2 計(jì)算工況

鋼箱梁01節(jié)段的鋼牛腿主要抵抗主梁拼裝施工過程中的縱向不平衡荷載，橫向風(fēng)荷載引起的主梁水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，以及豎直面內(nèi)的主梁轉(zhuǎn)動(dòng)。橫向臨時(shí)抗風(fēng)支座抵抗主梁在橫向風(fēng)荷載作用的位移。對(duì)主梁架設(shè)的最大雙懸臂和最大單懸臂工況進(jìn)行計(jì)算，分析塔梁臨時(shí)錨固肯能承受的最大內(nèi)力值。

2.1 最大雙懸臂工況

在主梁A12/J12節(jié)段懸臂拼裝完畢，主梁尚未與輔助墩支架的合龍梁段連接時(shí)，主梁處于最大雙懸臂狀態(tài)，懸臂長(zhǎng)度為201m，見圖5。

圖5 最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)

2.1.1 最大豎向不平衡力

當(dāng)鋼箱梁A12/J12梁段安裝完畢，江測(cè)懸臂端單獨(dú)起吊J13梁段。橋面吊機(jī)重量按實(shí)際重量選取，J13號(hào)梁段重量乘以動(dòng)力系數(shù)1.20。

2.1.2 橫向風(fēng)荷載的對(duì)稱加載和不對(duì)稱加載

(1)對(duì)稱橫向風(fēng)荷載作用下的產(chǎn)生的水平力；(2)邊跨和中跨兩側(cè)不平衡橫向風(fēng)荷載作用下，對(duì)兩側(cè)主梁產(chǎn)生的不平衡力。

根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D60-01-2004)，對(duì)于A類地表，主梁高程(43.875m)風(fēng)速高度修正系數(shù)取K1=1.40。施工階段風(fēng)速重現(xiàn)期按20年考慮，風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)η=0.88。施工階段，主梁高度處的基準(zhǔn)風(fēng)速為VZ=K1V10η=1.40×32.6m/s×0.88=40.22m/s。

靜陣風(fēng)風(fēng)速：

式中VZ——索塔基準(zhǔn)高度處的風(fēng)速；

CV——靜陣風(fēng)系數(shù)，A類地表，加載長(zhǎng)度201m，取1.24。主梁的靜風(fēng)荷載：

式中：

ρ——空氣密度(kg/m3)，取1.25；

Vg——靜陣風(fēng)風(fēng)速；

CH——主梁的阻力系數(shù)，取1.3；

AH——主梁投影高度。

根據(jù)上式計(jì)算得到主梁的橫橋向靜風(fēng)荷載FH=8.0kN/m。江測(cè)和岸側(cè)主梁的不對(duì)稱系數(shù)取0.5。加載方式分別見圖6、圖7。

圖6 最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)橫向?qū)ΨQ風(fēng)荷載作用

圖7 最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)橫向不對(duì)稱風(fēng)荷載作用

2.1.3 橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的豎向升舉力

橫向風(fēng)荷載對(duì)主梁產(chǎn)生的豎向升舉力 P參照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

P=CLS2V2b/1.6

式中CL—升舉系數(shù)，由規(guī)范圖表按主梁寬/高比查取，此處取0.35；

V—設(shè)計(jì)風(fēng)速，按10年一遇地面10米高處風(fēng)速換算至主橋高度(此處按40米計(jì))為32.5m/s。施工階段風(fēng)速重現(xiàn)期按20年考慮，風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)η =0.88。

S—陣風(fēng)系數(shù)，查表可得，岸側(cè)S=1.61，江側(cè)S=0.82；

b—鋼箱梁寬度，33.5m。

根據(jù)上式計(jì)算結(jié)果，岸側(cè)升舉力P1=33.8kN/m，江測(cè)升舉力為P2=8.5kN/m。加載方式見圖8。

圖8 最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的升舉力

2.2 最大單懸臂工況

在中跨主梁合龍前，主梁處于最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)，中跨最大懸臂長(zhǎng)度達(dá)313m，見圖9。

圖9 最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)

2.2.1 最大豎向不平衡力

中跨合龍前，合龍段由合龍口兩側(cè)橋面吊機(jī)同時(shí)起吊，當(dāng)一側(cè)橋面吊機(jī)脫鉤，合龍段鋼箱梁重量由單側(cè)橋面吊機(jī)承受。橋面吊機(jī)重量按實(shí)際重量選取，合龍段鋼箱梁重量乘以動(dòng)力系數(shù)1.20。

2.2.2 橫向風(fēng)荷載

(1)對(duì)稱橫向風(fēng)荷載作用下的產(chǎn)生的水平力；(2)邊跨和中跨兩側(cè)不平衡橫向風(fēng)荷載作用下，對(duì)兩側(cè)主梁產(chǎn)生的不平衡力。加載方式分別見圖10、圖11。

圖10 最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)橫向?qū)ΨQ風(fēng)荷載作用

圖11 最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)橫向不對(duì)稱風(fēng)荷載作用

3 塔梁臨時(shí)固結(jié)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

按照上述最大雙懸臂和最大單懸臂的各個(gè)工況進(jìn)行計(jì)算，得出主梁與索塔單側(cè)最大錨固力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 塔梁臨時(shí)錨固最大內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

在最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)，主梁承受橫向?qū)ΨQ風(fēng)荷載時(shí)，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受橫橋向最大內(nèi)力為4496kN。在最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)，且江測(cè)懸臂端單獨(dú)起吊J13梁段時(shí)，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受縱橋向最大內(nèi)力為20519kN；承受的扭矩為97639kN*m。

4 塔梁臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造受力驗(yàn)算

4.1 最大縱向力

主梁懸臂拼裝過程中，縱向不平衡力主要由鋼箱梁01號(hào)段的鋼牛腿承擔(dān)。根據(jù)鋼箱梁設(shè)計(jì)圖紙，單個(gè)鋼牛腿的截面面積為A=2×20×1610+2×20×1552=126480mm2。對(duì)于Q345鋼材，抗剪容許應(yīng)力為[τ]=120MPa，鋼箱梁縱向臨時(shí)固結(jié)兩個(gè)鋼牛腿的抗剪承載力為Q=120×126480×2=30355kN＞主梁最大縱向不平衡力20519kN。

4.2 最大橫向力

主梁懸臂拼裝過程中，橫向風(fēng)荷載作用下，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受橫橋向最大內(nèi)力為4496kN。對(duì)于Q235鋼材，軸向容許應(yīng)力為[σ]=140MPa。單個(gè)橫向臨時(shí)固結(jié)構(gòu)件2[40槽鋼的截面面積為A=2×6150=12300mm2，則橫向固結(jié)的軸向抗壓承載力為：N=140×12300×4=6888kN＞最大橫向內(nèi)力4496kN。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)在以上工況的荷載作用下，主梁和索塔臨時(shí)固結(jié)構(gòu)造措施的縱向抗剪承載力和橫向抗壓承載力滿足要求。(2)建議設(shè)計(jì)根據(jù)以上橫向內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，考慮是否需要對(duì)橫向臨時(shí)固結(jié)接觸部位的鋼箱梁腹板進(jìn)行局部加強(qiáng)。

[1]李宗平．《獨(dú)柱索塔斜拉橋鋼箱梁零號(hào)塊臨時(shí)錨固施工技術(shù)研究》.交通工程建設(shè),2008,第2期.

[2]邱式忠.《斜拉橋施工中的臨時(shí)固結(jié)技術(shù)》.OVM通訊,2002年,第1期.

[3]馮斌,陳妍．《南京長(zhǎng)江第三大橋鋼箱梁施工技術(shù)》[J].橋梁建設(shè),2005(1).

[4]狄謹(jǐn),周緒紅,游金蘭,張茜.《鋼箱梁斜拉橋索塔錨固區(qū)的受力性能》.中國(guó)公路學(xué)報(bào),2007年,第04期.

中交第一公路工程局有限公司鴨綠江界河特大橋項(xiàng)目。

石玉(1980.04-),男,學(xué)歷：本科,職稱：工程師。胡文柱(1984.09-),男,學(xué)歷：本科,職稱：工程師。