銀川機場黃河特大橋臨時支墩布置方案比選

田亮 程斌 趙健

（1.天津城建大學土木工程學院，天津 300384；2.中鐵建大橋工程局集團南方工程有限公司，廣州 511458；3.上海交通大學土木工程系，上海 200240）

鋼桁梁橋廣泛應用于公路和鐵路橋梁的建設之中［1］，架設工法主要包括：膺架法、頂推施工法、整孔架設法、懸臂拼裝法等［2-5］。其中懸臂拼裝法所需專用輔助結構和設備較少，適合于架設各類中大跨度橋梁。由于吊機進行拼裝作業時，鋼梁處于懸臂狀態，為了保證施工安全，鋼梁懸臂端須滿足抗傾覆穩定性要求［6］，此外還要有效監控鋼梁的線形和受力狀況［7］。這就需要合理地布置臨時支墩，以控制鋼主梁的線形和受力。本文以銀川機場黃河特大橋為工程背景，基于MIDAS/Civil計算分析鋼梁懸臂拼裝施工過程，對鋼梁邊跨臨時墩的布置方案進行了優化比選。

1 工程概況

銀川機場黃河特大橋為新建銀川至西安客運專線的控制工程，主橋跨越黃河，位于9#至17#墩之間。主橋上部結構為連續鋼桁梁柔性拱（圖1），孔跨為（3×168）m，主桁寬13.8 m，高12.8 m。一聯鋼桁梁柔性拱共44個節間，其中兩邊跨各15個節間，中跨14個節間。拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71，拱圈總共34 個節間。其中兩邊拱各12 個節間，長度均為11.0 m，中拱10個節間，長度均為12.0 m。

圖1 連續鋼桁梁柔性拱1/2結構示意（單位：m）

2 計算模型

基于 MIDAS/Civil 2015 建立 3×168 m 一聯連續鋼桁梁柔性拱的空間模型，材料重度按照實際桿件的重量調整得到，鋼梁平弦和拱弦采用梁單元建模。為了與實際結構相符合，所建模型考慮了鋼橋面板結構，以板單元模擬橋面板，縱肋、橫梁采用梁單元模擬，并與橋面板形成整體受力結構體系。

3 方案比選

采用所建立的連續鋼桁梁全橋空間有限元模型，選取鋼梁上臨時墩時的控制工況進行分析計算，確定鋼梁的最大變形和應力。臨時墩布置方案分為2 種：方案1，邊跨雙支墩；方案2，邊跨三支墩。

3.1 邊跨雙支墩

第一種臨時墩布置方案為邊跨雙支墩，即分別將臨時墩布置于節點E2和E8，如圖2所示。選取上臨時墩的各個控制工況進行計算分析。

3.1.1 上臨時墩2

架梁吊機懸拼至E9E8 節間，準備上臨時墩2，對該工況進行計算，結果如圖3 所示。由于鋼梁懸臂較長，鋼梁中跨部分支點脫空。懸臂端最大下撓變形327 mm。鋼梁主墩上弦桿處受力較大，最大組合應力約147 MPa。

圖2 邊跨雙支墩布置方案

圖3 方案1上臨時墩2時計算結果

3.1.2 上臨時墩1

架梁吊機懸拼鋼梁平弦E3E2 節間，準備上臨時墩1，對該工況進行計算。鋼梁變形如圖4（a）所示，懸臂端最大下撓275 mm。鋼梁應力分布如圖4（b）所示，上弦桿受拉，最大應力出現在臨時墩2的上弦桿位置，約225 MPa，超過了材料的容許應力，鋼梁受力較大，存在施工風險。

圖4 方案1上臨時墩1時計算結果

3.2 邊跨三支墩

第二種臨時墩布置方案為邊跨三支墩，分別將邊跨的臨時墩布置于節點E4，E8 和E12，如圖5 所示。選取鋼梁上臨時墩的各個控制工況進行計算分析。

圖5 邊跨三支墩布置方案

3.2.1 上臨時墩2

架梁吊機懸拼至E9E8 節間，準備上臨時墩2。對該工況進行計算，結果如圖7所示。鋼梁變形如圖6（a）所示，懸臂端最大下撓70 mm，相比方案1 的懸臂下撓327 mm 明顯減小。應力分布如圖6（b）所示，鋼梁上弦桿處的最大組合拉應力約96 MPa，相比方案1 鋼梁受力明顯減小。

圖6 方案2上臨時墩2時計算結果

3.2.2 上臨時墩1

架梁吊機懸拼至E5E4 節間，準備上臨時墩1，架拱吊機拼裝E10E9 節間拱。對該工況進行計算分析，結果如圖7 所示。鋼梁懸臂端最大下撓86 mm，小于方案1 中上臨時墩1 時的下撓275 mm，鋼梁變形如圖7（a）所示。鋼梁應力分布如圖7（b）所示，臨時墩2 處的上弦桿受力較大，最大組合拉應力為123 MPa，相比方案1上臨時墩1時鋼梁上弦的225 MPa明顯降低。

圖7 方案2上臨時墩1時計算結果

3.3 比選結果

經過方案對比研究，銀川機場黃河特大橋的架設采用邊跨三支墩方案。該方案有效地減小了鋼桁梁的受力和變形，保證了施工安全。圖8 為采用邊跨三支墩架設的連續鋼桁梁柔性拱，施工過程中鋼桁梁受力狀況良好，工程進展順利。主橋工程已于2017年10月底完成施工。

圖8 架設中的銀川機場黃河特大橋

4 結論

建立了銀川機場黃河特大橋的空間有限元模型，針對邊跨雙支墩和邊跨三支墩2種邊跨臨時墩布置方案，進行了比選研究。得到了如下結論：

1）當采用邊跨雙支墩方案時，鋼梁懸臂端最大下撓327 mm，上弦桿的最大組合拉應力為225 MPa，鋼梁受力不利，存在施工風險。

2）當采用邊跨三支墩方案時，鋼梁懸臂端最大下撓86 mm，上弦桿的最大組合拉應力約123 MPa，臨時墩的支反力也明顯減小。

3）選用邊跨三支墩方案，鋼梁的受力和變形相比邊跨雙支墩方案有明顯改善，減小了臨時支墩的支反力，且上墩較為容易，有效地規避了施工風險。