大節(jié)段分段支架施工部分斜拉橋設計與分析

趙雄偉

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

1 工程概述

引江濟淮工程是一項以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運為主，結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境的跨流域調水工程。玉蘭大道橋位于江淮溝通段航道里程樁號K21+873 m處，老橋跨徑布置為5×20 m預制空心板橋，橋面全寬45 m，如圖1所示。橋下通航凈寬和凈高均不滿足通航要求，需對老橋進行拆除重建。

圖1 玉蘭大道橋老橋照片

改建后的玉蘭大道橋按城市主干路標準設計，設計速度為50 km/h。引江濟淮工程在橋位處的通航尺度為115 m×8 m。為了滿足引江濟淮工程的通航及防洪要求，改建后的主橋采用跨徑為(80+135+80) m的部分斜拉橋。部分斜拉橋是近年來興起的一種新型橋梁結構形式，其受力性能與結構介于預應力混凝土連續(xù)梁與斜拉橋之間[1]。

2 原設計方案

主橋上部結構主梁采用單箱四室大懸臂斜腹板預應力混凝土展翅寬幅箱梁，全橋共劃分為0#～24#塊，其中0#～1#塊采用托架現(xiàn)澆，2#～20#塊采用懸臂澆注法施工，21#塊為合龍段，22#～24#塊為邊跨支架段。

0#塊長8.0 m，1#～5#塊長2.5 m，6#～10#塊長3.0 m，11#～20#塊長3.5 m，合龍段長2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段長11.3 m；箱梁頂板寬42 m，底板寬30.6 m，懸臂長度為5.7 m，懸臂下約每隔7 m設置1道加勁肋，加勁肋厚50 cm，根部高度為2.4 m，如圖2所示。

橫橋向箱梁底板保持水平，頂板橫坡通過腹板高度變化形成；跨中設計梁高3.0 m，支點設計梁高5.3 m，除墩頂段、支架現(xiàn)澆段及合龍等高段外，其余梁段按2.0次拋物線規(guī)律變化；箱梁頂板厚度30 cm；1#～14#塊腹板厚度為70 cm，16#～23#塊腹板厚度為50 cm；跨中底板厚度為30 cm，支點底板厚度為90 cm，懸澆部分底板厚度按2.0次拋物線規(guī)律變化。

梁上塔根處無索區(qū)長度為19.5 m，跨中無索區(qū)長度為9.0 m，拉索區(qū)長度為43.5 m，梁上索距分為6.0 m及7.0 m兩種；沿橋長方向拉索位置設置橫隔板，箱室隔板厚度50 cm，無索區(qū)段約每隔2個節(jié)段邊箱室設置一道隔板與大懸臂加勁相對應以改善結構受力，加勁板厚度為50 cm。箱梁分別在中支點、梁端設置橫隔梁，中支點處橫梁厚度為5 m，梁端橫隔梁厚度為2.0 m。為方便箱梁的后期養(yǎng)護，箱梁底部設置人洞,以供后期養(yǎng)護人員進入箱梁內部進行檢修。

主梁采用三向預應力體系，縱向預應力筋分別采用φs15.2-12、φs15.2-16、φs15.2-19鋼絞線；頂板橫向預應力筋采用φs15.2-4鋼絞線；豎向預應力筋采用φ32精軋螺紋鋼。

施工單位進場后，對橋位現(xiàn)場進行了復勘，由于引江濟淮河道尚未開挖，現(xiàn)場具備支架施工條件。結合現(xiàn)場施工工期及工序安排，建議將原設計懸臂澆筑施工方案變更為滿堂支架施工方案。

圖2 玉蘭大道主梁標準橫斷面圖及設計分段

3 主梁大節(jié)段澆筑方案設計

主橋上部結構主梁采用單箱四室大懸臂斜腹板預應力混凝土展翅寬幅箱梁，原設計采用掛籃懸臂施工，全橋共分為24個節(jié)段。變更設計后，箱梁構造同原施工圖設計文件，僅分段方式進行了變更，全橋共分為0#～7#塊及中跨合龍段。根據(jù)計算結果，箱梁混凝土標號由C50提高至C55。

0#塊長13.0 m，1#塊長10 m，2#塊長9 m，3#塊長9.5 m，4#～6#塊長10.5 m，邊跨7#塊長13.3 m，中跨合龍段長2.0 m；箱梁頂板寬42 m，底板寬30.6 m，懸臂長度為5.7 m，懸臂下約每隔7 m設置1道加勁肋，加勁肋厚50 cm，根部高度為2.4 m,如圖3所示。

圖3 變更后箱梁節(jié)段劃分圖

結合施工方案，對主橋施工上部結構預應力進行了調整，將原先錨固在每個施工節(jié)段面上的預應力集中錨固于7個施工縫位置處，結合計算結果，增加了跨中底板合攏鋼束，如圖4所示。

圖4 變更前后箱梁縱向預應力對比圖

4 大節(jié)段澆筑方案有限元計算

根據(jù)矮塔斜拉橋的結構特點，計算結構在運營階段最不利組合下內力、應力、位移等，驗算結構的強度和剛度。全橋整體采用有限元軟件MIDAS Civil 2019建立模型，如圖5所示，進行靜力分析計算。主梁及橋塔模擬為梁單元，拉索采用只受拉桁架單元。

圖5 整體靜力分析模型圖

成橋整體計算考慮了以下作用荷載：結構自重、混凝土收縮徐變(按10年考慮)、基礎沉降、預應力、汽車荷載、支座強迫位移、風荷載、整體升、降溫、梯度溫度豎向日照正溫差、反溫差、索梁溫差、索塔溫差等。

根據(jù)《規(guī)范》[2](JTG 3362-2018)中第6.3.1條規(guī)定，全預應力混凝土構件，作用短期效應組合下，正截面抗裂強度滿足σst-0.8σpc≤0，如圖6所示?；炷林髁荷稀⑾戮壘鶠閴簯?，無拉應力出現(xiàn)，滿足規(guī)范要求。

圖6 混凝土主梁正截面抗裂應力包絡圖 (單位: MPa)

圖7 混凝土主梁標準組合應力包絡圖 (單位: MPa)

由于改變了箱梁節(jié)段的分段方式，相較于原設計懸澆的預應力分散錨固，在預應力錨固的斷面出現(xiàn)了較為明顯的壓應力集中 ，因此也提高了主梁混凝土的設計標號，由C50提高至C55。由圖7可知，主梁上、下緣最大壓應力值為16.5 MPa，小于C55混凝土抗壓允許值19.4 MPa。

5 結 論

本文介紹了大節(jié)段分段支架施工部分斜拉橋設計與傳統(tǒng)懸澆施工的部分斜拉橋的區(qū)別，通過不同的分段方案比較，采用大節(jié)段分段支架現(xiàn)澆施工的部分斜拉橋具有外觀質量較好、線形美觀、施工速度相對較快，工期較短等優(yōu)點。通過對比測算，采用大節(jié)段分段支架施工可節(jié)約工期約230 d。

對主橋進行的有限元計算結果表明，由于箱梁階段分段較大，預應力在施工縫位置出現(xiàn)了較為明顯的應力集中，這在設計時需引起足夠的關注。