六律邕江大橋施工過程優(yōu)化分析

杜海龍 韓玉 秦大燕 羅小斌

摘要：不同的封鉸時機，對鋼管混凝土拱橋拱圈受力性能及拱圈線形會產(chǎn)生影響。為了研究鋼管混凝土拱橋最佳封鉸時機，文章以六律邕江大橋在建工程為依托，采用“過程最優(yōu)，結(jié)果可控”的斜拉扣掛一次張拉施工優(yōu)化計算方法，從鋼管混凝土拱橋拱圈應(yīng)力、拱圈線形、白噪聲誤差實驗三方面對七種封鉸方案進行對比分析研究。結(jié)果表明：六律邕江大橋7種封鉸方案均可行，最佳封鉸時機為封鉸方案三;小跨徑鋼管混凝土拱橋扣索力、線形優(yōu)化前后基本無差別。

關(guān)鍵詞：封鉸;應(yīng)力;線形;鋼管混凝土拱橋

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.020

文章編號：1673-4874（2019）07-0061-03

0引言

近年來，鋼管混凝土拱橋越來越受到人們的青睞，不管是跨徑還是劃分的節(jié)段數(shù)都呈現(xiàn)出上升的趨勢。跨徑越大，節(jié)段越重，對鋼管混凝土拱橋合攏要求就越高，而合理的封鉸時機對拱圈的合攏起著至關(guān)重要的作用。因此，對鋼管混凝土拱橋合理封鉸時機進行研究是非常有必要的。本文以在建工程六律邕江大橋為依托工程，利用Midas Civil有限元軟件_2_對大橋斜拉扣掛進行整體建模，通過施工階段劃分分別建立了第一節(jié)段拱肋吊裝完成后封鉸到第七節(jié)段拱肋吊裝完成后封鉸共七種封鉸方案模型，并采用“過程最優(yōu)，結(jié)果可控”的斜拉扣掛一次張拉施工優(yōu)化計算方法對七種封鉸方案模型從拱圈應(yīng)力、拱圈線形、白噪聲誤差實驗方面進行了對比分析研究，旨在找出六律邕江大橋最佳封鉸時機，優(yōu)化施工過程，同時也為后續(xù)同類型橋梁建造提供封鉸方案參考。

1工程概況

六律邕江大橋是泉州至南寧高速公路的一座下承式鋼管混凝土系桿拱橋。其主橋拱肋與基礎(chǔ)采用固結(jié)體系，通過拱腳間張拉系桿平衡拱肋水平推力。拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數(shù)1.352，拱肋計算跨徑265m，計算矢高58.89m，矢跨比1/4.5。全橋拱肋共分14個節(jié)段，共設(shè)置9道橫撐。弦桿采用Ф1000×28mm、Ф000×24am、Ф000×22mm、Ф1000×20mm剛管，腹桿采用Ф610×16（12）mm、Ф450×12mm鋼管，弦桿內(nèi)灌注C55微膨脹混凝土。橋型布置如下頁圖1所示。

2封鉸方案計算分析

本文通過Midas Civil有限元軟件對六律邕江大橋進行建模分析，按照設(shè)計圖紙及施工組織設(shè)計方案對吊裝拱肋建立空間有限元模型。模型中拱肋采用梁單元模擬，扣索采用桁架單元模擬。Midas Civil拱肋吊裝空間有限元建模如圖2所示。

本次計算采用兩岸對稱安裝的計算方法，即南北兩岸同時安裝、張拉扣索，然后安裝節(jié)段間的橫聯(lián)，最終實現(xiàn)全橋合龍。七種封鉸方案計算模型通過劃分施工階段實現(xiàn)，分別為封鉸方案一到封鉸方案七。

以下將通過“過程最優(yōu)，結(jié)果可控”的斜拉扣掛一次張拉施工優(yōu)化計算方法從鋼管混凝土拱圈應(yīng)力、拱圈線形、白噪聲誤差實驗三個方面分別對七種封鉸方案進行研究。

2.1拱圈應(yīng)力分析

鋼管混凝土拱圈應(yīng)力同拱圈剛度有著密切的聯(lián)系，而拱圈剛度同封鉸時機又緊密相連。因此，保證拱圈小應(yīng)力合攏需要選擇合適的封鉸時機。采用“過程最優(yōu)，結(jié)果可控”的斜拉扣掛一次張拉施工優(yōu)化計算方法對每一種封鉸方案進行計算，提取施工階段分析過程中出現(xiàn)的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力，結(jié)果如表1和圖3所示。

由以上分析可知，七種封鉸方案均可行，拱圈出現(xiàn)的最大應(yīng)力均沒有超過拱圈屈服強度，均滿足規(guī)范要求。其中封鉸方案二、封鉸方案四、封鉸方案五相較于其它封鉸方案，拱圈應(yīng)力較大。因此，對于六律邕江大橋，從拱圈應(yīng)力分析角度出發(fā)，封鉸方案宜選擇封鉸方案一、封鉸方案三、封鉸方案六、封鉸方案七。

2.2拱圈線形分析

鋼管混凝土拱圈安裝線形控制，工程中偏重合攏松索后線形，而忽略安裝過程中線形均勻性，這對拱圈安裝是不利的。合龍松索后線形反映拱圈合龍松索后偏離目標線形的程度;安裝過程線形反映拱圈安裝過程中的線形均勻性。以下為七種封鉸方案拱圈線形的對比分析結(jié)果，如圖4、圖5所示。

由分析結(jié)果可知，從松索合龍線形考慮，封鉸方案二、方案四、方案五、方案七松索合龍后偏離目標線形較遠，因此，宜選擇封鉸方案一、方案三、方案六;從安裝過程中的線形均勻性考慮，封鉸方案二、方案七在施工過程中線形波動較大，均勻性較差，因此，宜選擇封鉸方案一、方案三、方案四、方案五、方案六;綜合合龍線形、安裝過程線形均勻性兩方面考慮，宜選擇封鉸方案一、方案三、方案六。

2.3白噪聲誤差實驗分析

拱圈的線形除了索力控制外，還受到諸如拱圈的制造誤差、施工中的測量誤差以及溫度產(chǎn)生的脹縮誤差等影響。為模擬這些誤差對拱圈吊裝至合龍過程中線形的影響，對拱圈吊裝過程中的安裝標高加入幅值為30m的白噪聲，并對七種封鉸方案分別進行了1000次模擬實驗分析，實驗結(jié)果如圖6所示。

由誤差實驗分析結(jié)果可得，白噪聲實驗誤差放大值在封鉸方案一時最大，被放大約70m，而隨著封鉸時間往后延遲，白噪聲實驗誤差放大值逐漸減小，至封鉸方案三時，基本沒有被放大并趨于穩(wěn)定。因此，過早地封拱鉸對拱圈線形控制是不利的。對于六律邕江大橋，從白噪聲實驗誤差放大值角度考慮，宜選擇封鉸方案三、方案四、方案五、方案六、方案七。

綜上，對六律邕江大橋七種封鉸方案對比分析可知，吊裝過程中要得到較小的拱圈應(yīng)力，應(yīng)選擇封鉸方案一、方案三、方案六、方案七;吊裝過程中要控制較好的拱圈線形，應(yīng)選擇封鉸方案一、方案三、方案六;施工中要減小拱圈制造、測量等誤差的影響，應(yīng)選擇封鉸方案三、方案四、方案五、方案六。所以，對于六律邕江大橋宜選擇封鉸方案三和方案六，而且對于施工來說，在受力計算和線形控制均相同的情況下，越早封鉸，越可以降低施工安全風險，因此，六律邕江大橋最佳封鉸時機為封鉸方案三。

3結(jié)語

本文以六律邕江大橋為依托工程，從拱圈應(yīng)力、拱圈線形、白噪聲誤差實驗三方面對比分析了七種封鉸方案，得出的相關(guān)結(jié)論如下：

（1）在施工過程中進行七種封鉸方案對比，拱圈應(yīng)力均是滿足規(guī)范要求的。從拱圈應(yīng)力出發(fā)，封鉸方案一、方案三、方案六、方案七的拱圈應(yīng)力相較于其他封鉸方案小，可作為最佳封鉸時機。

（2）從拱圈線形方面考慮，既能保證合龍松索后拱圈線形偏離目標線形較小，又能保證施工過程中安裝線形的均勻性，可選擇封鉸方案一、方案三、方案六作為最佳封鉸時機。

（3）從白噪聲誤差實驗分析可知，誤差放大值隨著封鉸時間往后推遲而逐漸減小并最終趨于穩(wěn)定。封鉸方案三后，誤差放大值基本穩(wěn)定。因此，封鉸方案三、方案四、方案五、方案六、方案七均可作為最佳封鉸時機。

（4）從拱圈應(yīng)力、拱圈線形、白噪聲誤差實驗三方面對七種封鉸方案進行對比分析研究，并綜合三方面最佳封鉸時機可得六律邕江大橋最佳封鉸時機宜選擇封鉸方案三。