大跨度鋼桁架拱橋懸臂拼裝施工關(guān)鍵工序技術(shù)研究

霍振東 趙云鵬

(中交三航局第二工程有限公司)

清水塘大橋?yàn)橹骺?08m中承式鋼桁架系桿拱橋，上部結(jié)構(gòu)施工采用爬拱吊機(jī)懸臂拼裝工藝[3]，為求得關(guān)鍵施工控制參數(shù)，建立清水塘大橋成橋模型，通過倒拆和正裝迭代分析進(jìn)行施工階段計(jì)算，并輔以未知系數(shù)求解等分析手段，求得滿足拱肋無應(yīng)力合龍條件下的施工控制參數(shù)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

清水塘大橋主橋?yàn)橹谐惺戒撹旒芄皹颍鐝讲贾脼?00+408+100m，邊中跨比為1/4。上層橋面寬為31.0m，下層為人非道。

圖1 清水塘大橋整體立面圖及平面圖

1.2 吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

清水塘大橋上部結(jié)構(gòu)采用爬拱吊機(jī)施工工藝，通過扣掛系統(tǒng)和邊跨壓載以平衡主支點(diǎn)處不平衡力矩。扣掛系統(tǒng)由塔架、扣索和纜風(fēng)組成，塔架鉸接于主支點(diǎn)處上弦桿，扣索錨固于塔架頂部和拱肋上弦桿之間，纜風(fēng)索位于塔架中部。

采用MidasCivil建立成橋模型，進(jìn)行倒拆和正裝迭代分析，得到最不利工況下的施工階段模型，即由拱肋合龍前的最大懸臂工況確定施工參數(shù)。

2 求解施工參數(shù)

采用未知系數(shù)法進(jìn)行求解扣索初拉力和邊跨壓載值，通過Midas程序內(nèi)部自動(dòng)求解以及手動(dòng)優(yōu)化求解兩部分內(nèi)容，將扣索初拉力和壓載值設(shè)為未知系數(shù)并滿足下述條件：

（1）扣索在塔頂部的水平力基本平衡；

（2）拱肋合龍線形達(dá)到合龍要求；

（3）整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

圖2 未知系數(shù)法求解扣索初張力和邊跨壓載系數(shù)

采用未知系數(shù)法進(jìn)行求解，根據(jù)圖5 計(jì)算結(jié)果，邊跨壓載系數(shù)為30，并考慮1.3倍抗傾覆系數(shù)，邊跨壓載值為1237.5×30×1.3=48262.5KN。

利用3.3中未知系數(shù)法求得的初拉力系數(shù)，在正裝模型中輸入初拉力，得到合龍結(jié)構(gòu)體系中扣索的索力，見圖6所示計(jì)算結(jié)果。根據(jù)扣索索力，考慮4倍的安全系數(shù)得到扣索和背索布置規(guī)格，詳見表1。

表1 扣索索力統(tǒng)計(jì)表

3 合龍分析

3.1 合龍位移分析

根基上述合龍工況計(jì)算結(jié)果，求得合攏口兩側(cè)拱肋位移豎向?yàn)?54mm，如圖7所示；單邊順橋向位移向76mm，上下弦桿偏差在1mm以內(nèi)，滿足無應(yīng)力合龍條件，即合龍時(shí)不產(chǎn)生次內(nèi)力，計(jì)算結(jié)果如圖8所示。通過施工前主支點(diǎn)設(shè)置縱向預(yù)偏和邊支點(diǎn)進(jìn)行預(yù)降可以達(dá)到主桁合龍要求。

4 總結(jié)

（1）通過有限元計(jì)算分析，從成橋階段迭代分析出施工階段模型，利用未知系數(shù)求解，求得滿足無應(yīng)力合龍要求的扣索索力值、邊跨壓載值、合龍口預(yù)抬高值和主支點(diǎn)預(yù)偏值。

（2）大跨度鋼桁架拱橋采用爬拱吊機(jī)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)吊裝，和龍工況下的穩(wěn)定性滿足施工規(guī)范要求，和龍線性可通過施工控制措施最終達(dá)到設(shè)計(jì)線性，因此爬拱吊機(jī)施工工藝較為適宜本橋型施工。