鐵路多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋合龍順序研究

焦亞萌　李　輝

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

?

鐵路多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋合龍順序研究

焦亞萌李輝

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋懸臂施工時(shí)有多種合龍順序，按不同順序合龍，成橋時(shí)梁體內(nèi)力不同。通過優(yōu)化合龍順序，可以優(yōu)化成橋時(shí)的主梁內(nèi)力。以鐵路某多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)為例，研究在不同合龍順序下，梁體在受力、位移方面的差異，結(jié)合施工工藝、工期等因素，對鐵路多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋合龍順序進(jìn)行全面分析。

鐵路多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋合龍順序

1　概述

某一聯(lián)10孔鐵路矮塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑布置為(65+8×110+65)m，有砟橋面。橋址位于水庫庫區(qū)，水下有較厚淤泥層。抗震設(shè)防烈度為8度，地震峰值加速度為0.2g(如圖1)。

圖1　全橋布置(單位：m)

結(jié)構(gòu)為長聯(lián)單索面矮塔斜拉橋，橫橋向索布置在截面中央。塔梁固結(jié)，墩梁鉸接，塔高18m，主梁根部截面高4.8m，跨中高4.5m，采用各中墩對稱懸臂灌注再合龍的施工方法。

2　多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)的合龍順序

多跨長聯(lián)結(jié)構(gòu)有多種合龍順序，實(shí)際工程中一般采用對稱合龍的方式，即保持兩半聯(lián)的合龍程序基本一致。以10孔鐵路矮塔斜拉橋?yàn)槔Ｒ姷膶ΨQ合龍方案主要有以下4種，各方案合龍順序見圖2。圖2中三角表示臨時(shí)固定約束，永久固定約束設(shè)在中間支點(diǎn)。

2.1方案1：從兩邊向中間逐跨合龍

該方案有兩個(gè)施工工作面，施工進(jìn)度快，但當(dāng)某一個(gè)主塔施工滯后時(shí)會直接影響到全橋的工期；當(dāng)最中間跨合龍時(shí)，在溫度力等外力作用下，合龍段的臨時(shí)剛接措施需承受半聯(lián)梁體重量的支座摩阻力，受力較大。

2.2方案2：從中間向兩邊逐跨合龍

圖2　各合龍方案合龍順序

與方案1相同，有兩個(gè)工作面，施工進(jìn)度較快，同時(shí)任何一個(gè)合龍口一側(cè)承受支座摩阻力梁段僅為一跨，臨時(shí)剛接受力較小。但存在與方案1相同的缺點(diǎn)，某一主塔施工滯后會影響全橋工期。

2.3方案3：先靜定小合龍?jiān)龠M(jìn)行大合龍

先將兩兩主塔合龍形成簡支靜定體系，再合龍各個(gè)靜定體系。根據(jù)第二步合龍順序的不同，細(xì)分為以下兩種方案。方案3-1：從中間開始，依次向兩邊進(jìn)行合龍。方案3-2：從兩邊開始，依次向中間合龍。

方案3多點(diǎn)面工作，相互不干擾，小合龍形成靜定體系，安全性更好，施工工期短，施工靈活程度高。

2.4方案4：若干跨同時(shí)合龍

此方案多跨同步合龍，內(nèi)力均勻，施工工期短。但需要較多施工設(shè)備，施工同步性要求高。以本方案為例，先同步合龍兩側(cè)的兩跨，再進(jìn)行中間兩跨的合龍。

3　多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋不同合龍順序內(nèi)力

根據(jù)以上4種合龍方案，對多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋進(jìn)行理論計(jì)算分析，得到相應(yīng)各方案的成橋內(nèi)力。成橋內(nèi)力由恒載、鋼束一次、鋼束二次、徐變二次、收縮二次構(gòu)成。以下選取有代表性的各跨跨中底板應(yīng)力，進(jìn)行各內(nèi)力的對比分析。

3.1恒載

由恒載作用引起的跨中截面底板應(yīng)力見表1，表中正值表示拉應(yīng)力。恒載下方案1和方案2的跨中下緣拉應(yīng)力較小，方案3的下緣跨中拉應(yīng)力較大，各方案之間總體相差不大。

表1　恒載引起的跨中截面底板應(yīng)力　MPa

3.2鋼束一次

成橋時(shí)，4種合龍方案鋼束一次作用引起的跨中截面底板應(yīng)力見表2，負(fù)值表示壓應(yīng)力，鋼束一次作用下底板受壓。

表2　鋼束一次引起的跨中截面底板應(yīng)力　MPa

鋼束一次應(yīng)力與結(jié)構(gòu)的約束條件及剛度分布無關(guān)，各方案的跨中預(yù)應(yīng)力筋布置相同，所以應(yīng)力基本相同。但由于合龍順序不同，鋼束預(yù)應(yīng)力損失有差別，相應(yīng)的底板應(yīng)力有微小差別。

3.3鋼束二次

成橋時(shí)，4種合龍方案，鋼束二次引起的跨中截面底板應(yīng)力見表3。

表3　鋼束二次引起的跨中截面底板應(yīng)力　MPa

可知鋼束二次引起跨中底板為拉應(yīng)力，與鋼束一次相反。不同方案的鋼束二次應(yīng)力差別較大。方案3的鋼束二次引起的跨中底板拉應(yīng)力最小，方案4的鋼束二次引起跨中底板拉應(yīng)力最大。

3.4徐變二次

成橋時(shí)，各方案徐變二次引起的跨中截面底板應(yīng)力見表4。

表4　徐變二次引起的跨中截面底板應(yīng)力　MPa

由表4可知，徐變作用下跨中底板應(yīng)力為拉應(yīng)力，方案3最大，方案4最小，各方案之間相差不大。

3.5收縮二次

成橋時(shí)，各合龍方案收縮二次引起的跨中截面底板應(yīng)力見表5。

表5　收縮二次引起的跨中截面底板應(yīng)力　MPa

由表5可知，由收縮二次引起的跨中截面底板應(yīng)力相比其它因素很小，對于多跨長聯(lián)矮塔斜拉結(jié)構(gòu)，可以忽略收縮二次的影響。

3.6應(yīng)力合計(jì)

成橋時(shí)各合龍方案跨中截面底板應(yīng)力合計(jì)見表6。

表6　跨中截面底板應(yīng)力合計(jì)　MPa

方案4的壓應(yīng)力儲備最大，方案2的壓應(yīng)力儲備最小。

4　多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋不同合龍順序殘余徐變位移

各方案從調(diào)索結(jié)束(此狀態(tài)下精調(diào)鎖軌)到成橋收縮徐變完成，殘余徐變變形值見表7。

可以看出，各合龍方案殘余徐變變形值差別不大，均滿足有砟橋面殘余徐變20mm的規(guī)范限值。

表7　跨中殘余徐變值　mm

5　計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算可知，多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋不同合龍方案成橋后的內(nèi)力差別主要由預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力引起，其它因素差別不大，預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對成橋受力起不利作用。從受力方面講，預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力作用越小，分布越均勻，成橋后總的合計(jì)應(yīng)力安全儲備越大。因此，可以通過合龍方案預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力大小來判定合龍方案優(yōu)劣性。

多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)采用先靜定小合龍、再大合龍方案，從受力上講最優(yōu)，實(shí)際工作中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場條件來選擇最優(yōu)合龍方案。

6　結(jié)論

(1)多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋多種合龍方案有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際橋梁施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)理論計(jì)算、現(xiàn)場條件等因素來選擇合適的合龍方案。

(2)多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋不同的合龍方案成橋后的內(nèi)力差別主要由預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力引起，采用先靜定小合龍，再大合龍方案，單從受力上講該方案最優(yōu)。

(3)鐵路多跨長聯(lián)矮塔斜拉橋不同合龍方案的殘余徐變值相差不大。

[1]范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京人民交通出版社，1985

[2]吳建中.多跨長聯(lián)連續(xù)梁的合龍?jiān)O(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，1999(3)

[3]謝春輝.多跨長聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工技術(shù)與施工控制研究[D].長沙:中南大學(xué)，2009

[4]黃納新.金海特大公鐵兩用斜拉橋橋式方案研究[J].鐵道勘察，2013(1)

[5]李勇，朱華明,等.錢塘江二橋十八跨連續(xù)梁合龍及拱度分析[J].橋梁建設(shè)，1992(3)

[6]楊克鑒，劉凱.哈齊客運(yùn)專線松花江特大橋橋式方案的選擇[J].鐵道勘察，2008(6)

[7]肖星星，萬重文，李程華.多跨長聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的次軸力分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,6(27)

[8]張雷.京滬高速鐵路津滬聯(lián)絡(luò)線矮塔斜拉橋設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2012,4(42)

[9]TB10012—2004鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

Study on the Closure Sequence of Multi Span Railway Cable-stayed Bridge

JIAO YamengLI Hui

2016-05-20

中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題(編號2014G004-E)。

焦亞萌(1981—)，男，2006年畢業(yè)于北京交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，高級工程師。

1672-7479(2016)04-0081-03

U442.5

B