大跨度系桿拱連續(xù)梁拱肋拖拉施工對連續(xù)梁結構安全影響研究

蘇天聰

（沈陽大學，遼寧沈陽110044）

1 工程概況

京廣特大橋35#～41#箱梁為現澆無砟軌道后張法預應力混凝土雙線簡支箱梁，橋面寬度為12.6m，計算跨度為24.77m/32.8m。41#～44#為三孔72+128+72m 直吊桿體系連續(xù)梁拱橋，拱肋垂直布置，支座中心至梁端0.85m。系梁橫截面采用單箱雙室變高截面，邊支點斷面高4.0m，中支點斷面高7.5m，采用C55 混凝土。拱肋采用二次拋物線，矢跨比f/l=1∶6，矢高21.333m，拱肋截面采用等高度啞鈴型截面，內填C55 補償收縮混凝土。吊桿間距為6.0m，采用PES(FD)7-109 型低應力防腐拉索。兩拱肋間共設3 道鋼結構一字橫撐及4 道K 撐。

2 拱肋拖拉方案設計

該橋鋼管拱肋采用異橋位拼裝鋼管拱，然后采用連續(xù)拖拉的方法，將鋼管拱整體縱移就位，縱移距離255.2m（見圖1）。

圖1 橋梁縱斷面圖

2.1 滑移系統設計

2.1.1 軌道設計

軌道走行路徑位于曲線上，以京廣36#～39#墩墩中軸線和42#～43#墩墩中軸線為直線段，兩直線相交后，轉角為2o53′44″，采用R=1500 圓曲線進行過渡。

2.1.2 走行輪組設計

全橋前后左右共設置4 組滑行裝置，每組設置4個滑行小車，每組小車設置2 個輪組，全橋共設置32個輪子（廠家定做），輪子允許承載力根據最不利荷載工況進行計算（30.7t）。

2.2 臨時拱腳設計

臨時拱腳支架自下而上為型鋼桁架、4 組雙拼56工字鋼分配梁、10 組貝雷片橫梁。因兩組鋼管拱間距為12.8m，而臨時輪箱支座間距僅有6m，在安裝第一節(jié)拱時，兩邊臨時支座受力不平衡，會出現傾覆現象，需在臨時拱座橫向貝雷梁和簡支梁翼緣板間每側各設置3 根20t 倒鏈，以約束安裝第一段拱時的不平衡力。

2.3 拖拉系統設計

鋼管拱拖拉采用兩點同步拖拉的設計方案，在大里程側輪箱前方設置拖拉錨點，在拖拉路徑上設置3處后錨點，分別在120m、240m、360m 處設置，全橋共設6 個。

在大里程側每個臨時拱座設1 臺連續(xù)型液壓千斤頂，施工時由一個總控臺控制兩個千斤頂，同時開關，同步同級施力[1]。千斤頂選擇拖拉力為250t 連續(xù)型（2 臺）。

2.4 體系轉換設計

第一次體系轉換流程：安裝壓重貝雷片—預緊鋼絞線—拆除鞍座。完成由臨時拱腳和支架受力到由臨時拱腳受力的體系轉換。

第二次體系轉換流程：拱腳合龍—拆除鋼絞線—拆除壓重貝雷片—拆除臨時拱腳。完成由臨時拱腳受力到由永久性拱腳受力的體系轉換。

3 拱肋拖拉對永久結構安全影響分析

3.1 工況選擇

由于拖拉過程包含吊裝過程最不利工況，故只需對拖拉施工工況進行驗算[2]。

3.2 模型建立

(72+128+72)m 連續(xù)梁拱模型，采用midas 建立全橋有限元計算模型，全橋共283 個單元，270 個節(jié)點（midas 模型見圖2）。

圖2 單元離散圖(midas 模型)

3.3 荷載及荷載組合

3.3.1 荷載取值

（1）恒載

結構自重：主梁及拱座混凝土容重取γ =26.0kN/m3，拱肋混凝土容重取γ=23kN/m3，考慮加勁肋等影響，拱肋鋼結構容重取γ=98.13kN/m3。

預應力及其次內力[3]。

混凝土收縮、徐變[4]。

混凝土收縮應變和徐變系數按《鐵路橋涵混凝土結構設計規(guī)范》（TB 10092—2017）的規(guī)定計算[5]。其中，拱肋混凝土徐變按環(huán)境濕度80%計。

（2）頂推施工荷載

（a）拖拉移動荷載

推運車荷載以移動集中荷載的方式施加模擬頂推過程，推運車總重為291.93t，沖擊系數為1.5。

（b）臨時均布荷載

混凝土墊層：25cm 厚，1.2m 寬，雙側布置，共15kN·m；

60kg/m 鋼軌，雙側布置，共2.4kN·m。

3.3.2 荷載組合

頂推過程驗算荷載組合為：1.0×恒載+1.5×移動荷載+1.0×臨時荷載

3.4 拖拉施工對梁體強度的影響

拖拉施工對梁體強度的影響分析，如圖3、圖4所示。

圖3 主梁恒載+1.5 倍移動荷載彎矩包絡圖（kN·m）

圖4 主梁恒載+1.5 倍移動荷載剪力包絡圖（kN）

根據《公路橋涵設計通用規(guī)范》（TJG D60—2015），構件運送安裝階段強度驗算安全系數不低于1.8。頂推過程中，主梁第212 單元（位于拱腳位置）抗彎安全系數最小為2.2，主梁第70 單元（位于拱腳位置）抗剪安全系數最小為2.3，滿足規(guī)范要求。

3.5 拖拉施工對梁體應力的影響分析

頂推過程主梁上下緣應力圖如圖5、圖6所示。

圖5 主梁上緣應力包絡圖（MPa）

圖6 主梁下緣應力包絡圖（MPa）

注：圖中拉為正，壓為負。

根據《公路橋涵設計通用規(guī)范》（TJG D60—2015）進行頂推施工過程主梁抗裂性及壓應力驗算[6]。頂推過程中，主梁最大拉應力為-0.82MPa（受壓）＜0.8fct=1.89MPa，主梁抗裂性驗算滿足規(guī)范要求；主梁最大壓應力為-13.3MPa＜0.8fc=21.2MPa，壓應力驗算滿足規(guī)范要求。

3.6 拖拉施工對梁體撓度的影響分析

頂推過程中主梁邊跨最大撓度為8.0mm，位于跨中截面附近，中跨最大撓度為26.8mm，位于跨中位置（主梁撓度變形數據見表1）。

表1 主梁撓度變形(mm)

3.7 拖拉施工對支座影響分析

對比拖拉過程中最大反力和支座允許承載力得出，連續(xù)梁4 個墩位的支座允許承載力均大于實際最大豎向反力，滿足要求。

3.8 拖拉施工對橋墩水平剪力影響分析

根據拖拉過程中產生的最大水平力計算出墩身的水平剪力值，根據設計文件查出墩身的允許剪力值[7,8]。表2 顯示，墩身允許剪力值遠大于拖拉過程中產生的實際剪力值。

表2 橋墩縱向剪力

3.9 拖拉施工過程中梁體變形檢測

3.9.1 監(jiān)測點布置

在連續(xù)梁拖拉路徑上分別設置沉降觀測點，在拱腳和小車停放位置分別設置1 個觀測點，其中拱腳位置作為拖拉過程監(jiān)控量測控制點，邊跨在距離41#墩15m、31.5m、49.5m 斷面位置分別設置監(jiān)測點，中跨分別在跨中、距離跨中22.5m3 個斷面設置監(jiān)測點。

3.9.2 監(jiān)測點觀測

各個觀測點設置完成后采集原始高程，然后在拖拉過程中前支點經過監(jiān)測斷面時、拖拉就位后、臨時拱腳拆除后，分別采集監(jiān)測點數據，實測數據顯示，拖拉前支點經過時各個監(jiān)測斷面的變形值較小，拖拉就位后變形值最大2.5cm（理論計算值2.68cm），梁體結構處于安全狀態(tài)，臨時拱腳拆除后仍存在殘留變形（最大值1.4cm）。

4 結語

跨高速公路混凝土系桿拱連續(xù)梁拱部施工對既有高速公路行車安全影響較大，采用拖拉施工一方面要確保拖拉臨時結構本身的安全，另一方面要確保不破壞既有橋梁結構，臨時結構的安全相對容易控制，但拖拉施工對永久結構的影響受混凝土齡期、預應力張拉、混凝土收縮徐變等多方面因素影響，施工過程中必須做好應力應變監(jiān)控量測，并對混凝土表面進行檢查，確保拖拉施工過程中既有橋梁結構的安全。