連續鋼桁架橋中跨臨時墩設置位置研究

姜洋

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

連續鋼桁架橋中跨臨時墩設置位置研究

姜洋

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

連續鋼桁架橋采用中跨桁架節段懸臂拼裝施工時，對設置中跨臨時墩與結構受力性能的關系進行了研究。分析表明：設置中跨臨時墩可明顯減小最大懸臂狀態下的結構豎向撓度；隨著臨時墩向跨中方向移動，結構豎向撓度、臨時墩支反力及其下部基礎規模逐漸減小，而中跨跨中弦桿軸力逐漸增加；臨時墩位置對中支點弦桿軸力影響很小。

鋼桁架橋;臨時墩;懸臂拼裝;結構剛度

0　引言

鋼桁架橋具有外形雄偉壯觀、跨越能力大、承載能力高等優點，國外的早期鐵道橋大多數采用懸臂鋼桁架橋。1919年建成的主跨549 m的加拿大魁北克橋目前仍是世界上跨徑最大的梁式橋。

常見的鋼桁梁橋結構體系主要有兩種：懸臂帶掛孔鋼桁梁和連續鋼桁梁。兩種體系在用材、施工方法上相差不大，出于提高行車舒適度、降低養護工作量并提高結構耐久性考慮，近年來國外建造的大跨徑鋼桁架橋均采用連續鋼桁梁體系。

改革開放以來，我國鋼橋建設的整體技術水平有了長足發展，逐步實現了結構形式多樣化、橋梁規模大型化、連接方式焊接化。但目前我國已建成的超大跨徑橋梁均采用纜索承重或拱式體系，鋼桁梁橋跨徑相對較小，其最大跨徑尚未突破300 m，對超大跨徑鋼桁梁橋的設計和施工缺乏相應經驗。

對于連續鋼桁架橋，一般先在臨時支架上拼裝邊跨，然后繼續懸臂拼裝中跨節段。為了提高懸臂拼裝過程中的結構穩定性和安全性，往往需要設置中跨臨時墩。在結構合攏前，可利用臨時墩對結構進行臨時加固，提高鋼桁架橋的抗風性能；在懸拼過程中，還可將臨時墩作為支點便于對結構的變形進行調整。而中跨臨時墩的設置位置將影響結構在施工過程中和成橋時的受力狀態以及鋼桁架的制造和成橋線型。因此，對于采用懸臂施工工藝的連續鋼桁架橋，對中跨是否設置臨時墩以及臨時墩設置位置等問題的研究具有非常重要的工程意義。

1　工程概況

三官堂大橋位于寧波市東部，是連接高新區院士路與鎮海區明海大道的跨越甬江通道。由于要求一跨過江且橋位臨近莊橋機場，橋梁建筑高度受限，因此主橋采用連續鋼桁架橋，跨徑布置為160 m+465 m+160 m=785 m，建成后將成為世界上跨徑最大的連續鋼桁架橋，見圖1。

圖1　寧波三官堂大橋總體布置圖（單位：m）

桁架采用變高桁，桁式采用“N”形桁，跨中桁高14.5 m，邊墩頂桁高15.0 m，中墩頂桁高42.0 m；設置雙向八車道，兩榀主桁中心間距33.7 m，中跨橋面寬度45.9 m；桁架基本節間距15.0 m，中墩頂附近為18.75 m。

三官堂大橋采用設置中跨臨時墩進行中跨懸臂拼裝的總體施工流程為：

（1）主橋基礎和墩身施工；

（2）支架上散拼邊跨和V撐節段；

（3）拆除邊跨支架，安裝中跨橋面吊機；

（4）整節段懸臂拼裝中跨節段；

（5）中跨合攏，拆除橋面吊機，解除主墩支座臨時鎖定，完成體系轉換；

（6）拆除中跨臨時墩；

（7）二期恒載施工，主橋施工完成。

2　臨時墩設置位置計算結果[1-4]

中跨臨時墩位置有兩個選擇，見圖2、圖3，方案一為臨時墩布置于V撐前端附近（距離中支點水平距離82.5 m），方案二為布置于懸臂吊裝前部（距離中支點水平距離157.5 m）。每個臨時墩設置位置處在橫橋向布置兩個臨時墩，全橋共對稱布置4個中跨臨時墩。

圖2　中墩墩頂處斷面（單位：m）

圖3　中跨臨時墩設置位置示意圖（單位：m）

采用有限元分析軟件MIDAS/Civil程序，建立空間有限元計算模型，橋面板和邊跨梁端鋼箱梁采用板單元模擬，其他構件均采用空間梁單元模擬，見圖4。

圖4　空間分析有限元模型

臨時墩位置變化計算結果見表1。

表1　臨時墩位置變化計算結果

從上述計算結果可以看出，當臨時墩位于V撐前端附近時，臨時墩反力和跨中撓度均較大，且通過頂升臨時墩墩頂桁架對跨中變形的影響較小，因此不推薦將臨時墩設置于V撐附近。

為進一步研究臨時墩設置位置對結構剛度和受力性能的影響，對無臨時墩（考慮中跨合攏后兩側邊墩同時頂升0.8 m）、臨時墩距中支點112.5 m（方案一）、127.5 m（方案二）、157.5 m（方案三）四種方案進行分析比較。

各施工工況下的中跨最大豎向撓度見圖5，體系轉換后各方案的邊界條件均與成橋狀態一致。從圖5中可以看出，設置中跨臨時墩后，最大懸臂狀態下的結構豎向撓度明顯減?。浑S著臨時墩向跨中方向移動（由方案一到方案三），結構豎向撓度逐漸減小，在體系轉換工況下，與方案一相比，方案二和三分別減小4.3%和11.6%。

圖5　對豎向撓度的影響（單位：m）

各施工工況下的臨時墩支反力見圖6，隨著臨時墩向跨中方向移動（由方案一到方案三），臨時墩支反力逐漸減小，臨時墩及其下部基礎規模因此逐漸減??；在中跨合攏工況下，與方案一相比，方案二和三的臨時墩支反力分別減小16.4%和31.2%。

圖6　對臨時墩支反力的影響（單位：kN）

各施工工況下的中支點和中跨跨中處弦桿軸力分別見圖7、圖8。

從圖7、圖8可以看出，在體系轉化后，不同方案中支點弦桿的軸力相差較??；而隨著臨時墩向跨中方向移動（由方案一到方案三），跨中弦桿的軸力逐漸增加，與方案一相比，方案二和三的跨中弦桿軸力分別增加12.4%和21.8%。

圖7　對中支點處弦桿受力的影響（單位：kN）

圖8　對跨中處弦桿受力的影響（單位：kN）

3　結語

通過分析可以得到以下主要結論：

（1）當中跨臨時墩位于V撐前端附近時，臨時墩反力和跨中撓度均較大，且通過頂升臨時墩墩頂桁架對跨中變形影響較小，臨時墩設置位置應避開V撐區域；

（2）設置中跨臨時墩后，最大懸臂狀態下的結構豎向撓度明顯減小；

（3）隨著臨時墩向跨中方向移動，結構豎向撓度、臨時墩支反力及其下部基礎規模逐漸減小；

（4）是否設置中跨臨時墩以及臨時墩的位置對中支點弦桿軸力影響很小，但對中跨跨中弦桿軸力影響很大，其軸力隨臨時墩向跨中方向移動而增加。

出于減小臨時墩及其下部基礎規模以及減小最大懸臂狀態結構豎向撓度的考慮，中跨臨時墩應向跨中方向布置，但同時增加了施工過程中的船撞風險，需設置相應的防船撞措施，且臨時墩的設置對航道有一定影響，在施工過程中需引起重視。本文對連續鋼桁架橋中跨臨時墩設置與否及其設置位置的研究可為今后類似橋梁的設計和施工提供借鑒。

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U448.21+1

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1009-7716（2016）02-0092-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.023

2015-10-29

姜洋（1983-），男，黑龍江省齊齊哈爾人，工程師，從事橋梁結構設計和研究工作。