大跨度中承式提籃拱橋梁體吊裝方案比選研究

李檳岍

(廣西壯族自治區林業勘測設計院，廣西 南寧 530011)

0 引言

由于大跨度中承式提籃拱橋施工周期較長，施工難度較大，并且在施工過程中存在多次體系轉換，受力體系復雜多變，為了保證施工進度和效率，減少高空作業，因此對橋梁施工過程吊裝方案進行比選和受力分析具有重要意義。本文對項目橋梁建立全橋空間有限元模型，分析該橋梁體在兩種不同施工吊裝方案的變形和受力狀態，選擇最優方案，為施工單位提供一定的參考。

1 工程概況

該大跨度中承式提籃拱橋，跨徑布置為(40+160+40)m，工程按城市支路標準設計，采用雙向兩車道，兩側設人行道。通航標準按內河Ⅵ(2)級航道設計，最高通航水位為36 m，雙向通航凈寬35 m、凈高5.5 m、側高4 m。橋梁設計基準期為100年，設計安全等級為一級，設計抗震基本烈度為6°。該大跨度中承式提籃拱橋立面圖見圖1。

圖1 大跨度中承式提籃拱橋立面圖

2 有限元模型的建立

大跨度中承式提籃拱橋的主梁采用預制塊吊裝的施工方式，主梁預制塊編號如圖2所示。該橋的數值分析計算采用的是有限元軟件MIDAS/Civil 2015，建立該橋的空間有限元模型，模擬橋梁的施工過程，計算結構的內力和變形。通過對設計圖紙和施工方法進行仔細的分析研究，將主梁采用空間梁格法進行模擬，縱向劃分為980個單元，橫向劃分為1 200個單元；拱肋及立柱均采用空間梁單元模擬，共計1 650個單元；吊桿采用桁架單元模擬，共計23個單元。全橋有限元模型如圖3所示。

圖2 主梁預制塊編號示意圖

圖3 全橋空間有限元模型圖

3 兩種吊裝方案的確定

該橋采用先拱后梁的施工方法。拱肋在空中懸拼合攏后，再逐塊吊裝梁體預制塊，預制塊的吊裝和定位都屬于高空作業。為了提高施工進度和效率，減少高空作業量，預計每一塊預制塊吊裝時能做到一次定位，待完成全部預制塊的吊裝、濕接縫的澆筑、橋面鋪裝后，梁體和拱肋正好達到設計線形，完工后不用再張拉吊桿。預制塊的吊裝過程是對拱肋逐步加載的過程，每一塊后吊裝的預制塊都會使先吊裝的預制塊的高程發生改變，所以需要對預制塊的吊裝全過程進行模擬，以確定每一塊預制塊吊裝時的高程，而每一塊預制塊吊裝時的高程是與吊裝順序有關的。

3.1 方案1：由中至邊對稱逐塊吊裝

對稱吊裝預制塊到定位高程，相鄰節段間可焊接少量鋼筋臨時定位，預制塊(編號見圖2)吊裝順序如下：1#→2#→3#→4#→5#→6#→7#→8#→9#→10#→11#→12#，按照以上的吊裝順序，每次對稱吊裝兩片主梁預制塊。

3.2 方案2：間隔對稱吊裝

對稱吊裝預制塊到定位高程，相鄰節段間可焊接少量鋼筋臨時定位，預制塊(編號見圖2)吊裝順序如下：11#→12#→7#→8#→9#→3#→4#→5#→1#→2#→6#→10#，按照以上的吊裝順序，每次對稱吊裝兩片主梁預制塊。

4 兩種吊裝方案計算結果及分析

4.1 由邊至中對稱逐塊吊裝方案計算結果及分析

吊裝過程中主拱肋吊點處的累計位移和最大應力隨施工過程的演變分別如表1、表2所示。

從表中數據可以看出：在預制塊吊裝過程中，主拱肋的最大位移發生在吊裝完預制塊12#時，最大位移為-90.9 mm；主拱肋吊點截面的應力都是受壓的，最大壓應力發生在吊裝完預制塊9#時，最大壓應力為-69.3 MPa。

表1 主拱肋吊點處累計位移表(mm)

注：左半橋吊桿編號順序自左向右依次為D1～DS12

表2 主拱肋吊點處累計最大角點應力表(MPa)

注：左半橋吊桿編號順序自左向右依次為D1～D12

4.2 間隔對稱吊裝方案計算結果及分析

吊裝過程中主拱肋吊點處的累計位移和最大應力隨施工過程的演變分別如表3、表4所示。從表中數據可以看出：在預制塊吊裝過程中，主拱肋的最大位移發生在吊裝完預制塊9#時，最大位移為-127.3 mm；主拱肋吊點截面的應力都是受壓的，最大壓應力發生在吊裝完預制塊9#時，最大壓應力為-81.6 MPa。

表3 主拱肋吊點處累計位移表(mm)

注：左半橋吊桿編號順序自左向右依次為D1～D12

表4 主拱肋吊點處累計最大角點應力表(MPa)

注：左半橋吊桿編號順序自左向右依次為D1～D12

4.3 兩種吊裝方案的變形和受力狀態的比較

在預制塊吊裝過程中，兩種吊裝方案主拱肋吊桿處的最大位移和應力如表5所示。

表5 兩種吊裝方案吊裝過程中主拱肋吊點處的最大位移和應力比較表

由表5可知，對于兩種不同的吊裝方案，在主梁預制塊吊裝過程中主拱肋吊點處的最大應力都在安全范圍之內。單獨從這個角度考慮，這兩種吊裝方案都是可行的。

在預制塊吊裝過程中，兩種吊裝方案主拱肋吊點處的位移隨施工過程的變化分別如圖4、圖5所示。

圖4 方案1主拱肋吊點處位移演變圖

圖5 方案2主拱肋吊點處位移演變圖

由圖4、圖5對比可知，通過對方案1和方案2相比較，方案2主拱肋的撓度變化曲線更加平緩。將表2和4對比可知，與方案1相比較，方案2主拱肋的受力更加均勻。因此從變形和受力的角度考慮，方案2優于方案1。

5 結語

本文采用有限單元法對主梁預制塊兩種不同的吊裝方案進行了模擬對比分析，選出并推薦了一種較優的方案。通過有限元分析，得出如下結論：

(1)對兩種不同的主梁預制塊吊裝方案進行了綜合對比分析，給出了兩種不同吊裝方案主拱吊點累計位移和應力。兩種吊裝方案均能實現主拱預制塊的一次定位，主拱肋的應力都沒有超限。

(2)從拱肋受力和變形角度看，方案2拱肋的受力更加勻稱、變形更加平緩，優于方案1。

(3)主拱預制塊吊裝實現一次定位時，方案2相鄰預制塊之間的高差比方案1小，易于臨時鎖定澆筑濕接縫，因此方案2優于方案1。

綜上所述，推薦方案2應用于施工。該方案的預制塊吊裝順序為：11#→12#→7#→8#→9#→3#→4#→5#→1#→2#→6#→10#。