大跨度組合梁斜拉橋主梁安裝技術(shù)研究

陳政，韓洋洋 （安徽省交通控股集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

某大跨度組合梁斜拉橋主橋全長(zhǎng)為1250m，主跨638m，為半漂浮結(jié)構(gòu)體系，主梁采用分離式雙箱組合梁結(jié)構(gòu)，組合梁全寬35.2m，中心線處梁高3.5m（圖1）。全橋共計(jì)123個(gè)梁段，跨中區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)梁段均采用橋面吊機(jī)安裝，長(zhǎng)10.8m，單個(gè)梁段吊重389.8t。

兩邊箱通過(guò)中間橫梁連接，邊箱內(nèi)部設(shè)置橫隔板。邊腹板高1.25m，厚28mm，中間設(shè)置一道縱向加勁；中腹板厚16mm，在墩頂位置加厚至24～32mm，沿高度方向設(shè)置6道縱向加勁。主梁和斜拉索之間采用錨拉板連接，錨拉板根據(jù)拉索型號(hào)分為48mm、42mm、36mm三種類型。鋼梁上疊合混凝土面板，并通過(guò)剪力釘連接以形成組合截面。混凝土橋面板分為預(yù)制板、縱向濕接縫和橫向濕接縫三部分制作。

圖1 主梁結(jié)構(gòu)布置圖

2 主梁常規(guī)安裝方法

2.1 常規(guī)安裝方法

在組合梁懸臂吊裝施工時(shí)，常規(guī)施工是采用橋面吊機(jī)將梁段吊裝就位，完成鋼結(jié)構(gòu)連接，再進(jìn)行斜拉索張拉、濕接縫澆筑等后續(xù)施工步驟。具體施工步驟（圖2）：①起吊i+1梁段；②i梁段與i+1梁段間鋼結(jié)構(gòu)連接；③第一次張拉i+1梁段斜拉索；④澆筑橋面板混凝土濕接縫；⑤完成后續(xù)施工步驟。

圖2 常規(guī)安裝方法施工步驟

2.2 受力狀態(tài)分析

在吊裝i+1梁段的過(guò)程中，已安裝梁段（i梁段）在自重作用、橋面吊機(jī)支點(diǎn)集中力、斜拉索索力等外力共同作用下，梁段沿橫橋方向發(fā)生豎向撓曲變形（圖中虛線所示），邊腹板、中腹板產(chǎn)生不同程度的豎向向下位移（圖3）。

圖3 主梁吊裝階段已安裝梁段受力分析圖

2.3 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)有限元軟件對(duì)起吊過(guò)程中的已安裝梁段（i梁段）和吊裝梁段（i+1梁段）進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。i梁段在自重、橋面吊機(jī)支點(diǎn)集中力、斜拉索索力等外力的共同作用下，其邊腹板和中腹板豎向位移相差19.5mm；i+1梁段在自重、橋面吊機(jī)吊索提升力共同作用下，其邊腹板和中腹板豎向位移相差3.3mm。一般安裝先進(jìn)行i梁段和i+1梁段的邊腹板鋼結(jié)構(gòu)連接，兩個(gè)梁段的中腹板在豎直方向存在16.2mm位移差值。

為保證相鄰梁段中腹板鋼結(jié)構(gòu)匹配連接，傳統(tǒng)解決方法是采取千斤頂或壓重施加外力，使相鄰梁段發(fā)生強(qiáng)迫變形，待中腹板變形一致再進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)連接。但此種方法會(huì)影響施工效率，增加施工費(fèi)用，并且強(qiáng)迫變形下進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接會(huì)產(chǎn)生附加殘余應(yīng)力，甚至?xí)a(chǎn)生局部變形，影響結(jié)構(gòu)安全。

3 主梁優(yōu)化安裝方法

3.1 優(yōu)化安裝方法

改變傳統(tǒng)安裝方法，優(yōu)化后的施工具體步驟如下：①起吊i+1梁段至預(yù)定位置；②i梁段與i+1梁段邊腹板連接；③安裝i+1梁段斜拉索，并第一次張拉i+1梁段斜拉索；④橋面吊機(jī)卸載，i梁段與i+1梁段中腹板、底板連接；⑤澆筑橋面板混凝土濕接縫；⑥完成后續(xù)施工步驟。

常規(guī)安裝方法下，相鄰梁段中腹板產(chǎn)生豎向位移差是由于兩個(gè)梁段處于不同的受力狀態(tài)。因此首先僅進(jìn)行邊腹板鋼結(jié)構(gòu)連接，然后張拉i+1梁段斜拉索使其承擔(dān)大部分吊裝梁段的重量，在橋面吊機(jī)卸載后其作用于i梁段的支點(diǎn)集中力也自然消失，兩個(gè)梁段將處于較為接近的受力狀態(tài)。

3.2 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)有限元軟件對(duì)采用優(yōu)化安裝方法后的已安裝梁段（i梁段）和吊裝梁段（i+1梁段）進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。i梁段在自重、已連接邊腹板處作用力、斜拉索索力等外力的共同作用下，其邊腹板和中腹板豎向位移相差15.6mm；i+1梁段在自重、i+1斜拉索索力的共同作用下，其邊腹板和中腹板豎向位移相差13.6mm。兩個(gè)梁段的中腹板在豎直方向位移差值縮小為2mm，該豎向位移差值可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝臨時(shí)匹配件予以調(diào)整。

4 結(jié)論

大跨度組合梁斜拉橋的梁段重量遠(yuǎn)大于鋼箱梁斜拉橋，故主梁吊裝施工時(shí)其橋面吊機(jī)的支點(diǎn)反力亦遠(yuǎn)大于鋼箱梁斜拉橋。在橋面吊機(jī)支點(diǎn)反力作用下，相鄰梁段處于不同受力狀態(tài)，橫橋向會(huì)產(chǎn)生不同程度的撓曲變形，采用傳統(tǒng)施工方法下相鄰梁段中腹板產(chǎn)生較大豎向位移差。

為保證主梁鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，減少施工費(fèi)用，并提高施工效率，采用先連接邊腹板，再?gòu)埨崩鳎詈筮B接中腹板底板的安裝方法，目的是使相鄰梁段處于較為接近的受力和變形狀態(tài)。理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)均表明，優(yōu)化后的主梁安裝方法能夠大幅減少主梁安裝過(guò)程中相鄰梁段間的豎向位移差，保證鋼結(jié)構(gòu)匹配連接順利，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。