王 慧 張自強 王振清

斜拉橋是一種橋面體系受壓(或受彎壓)，支承體系以斜索受拉、橋塔受壓為主的橋梁。斜拉橋合龍段施工是整座橋施工過程中最為關(guān)鍵的部分之一，在斜拉橋合龍段施工時，結(jié)構(gòu)具有最大的懸臂長度，此時的荷載和溫度變化對結(jié)構(gòu)的變形也最為敏感，既要保證成橋后的線形，又要保證成橋后的內(nèi)力合理。合龍段的施工控制關(guān)系到全橋的線形平順和結(jié)構(gòu)的永存內(nèi)力狀態(tài)，因此在實際合龍施工前就必須通過有限元模擬合龍狀態(tài)，尋找最優(yōu)參數(shù)以指導(dǎo)實際施工［1］。

1 工程實例

長會口大橋主橋為跨徑組合為(117+230+117)m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面豎琴式斜拉橋。主梁為雙邊主梁肋板式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，主梁全寬約20.1 m，邊肋高度2.0 m，主梁全高為2.2m，橋面板厚度為32 cm，肋間橫梁間距與拉索間距相同，厚度28 cm。主梁采用C60混凝土，全橋共三個合龍段，兩邊跨分別為1.5m，中跨為2 m。全橋共104根拉索，標(biāo)準(zhǔn)索距8 m。大橋兩側(cè)引橋分別采用25m，35m兩種跨徑的預(yù)制T梁，采用先簡支后墩梁固結(jié)體系。大橋全長2 020m，橋高33.2m，主塔高106.414m，采用“H”形橋塔，為雙向四車道混合交通大橋，橋梁設(shè)計荷載為公路—Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速為80 km/h，設(shè)計通航標(biāo)準(zhǔn)為2 000 t級單孔雙向通航、3 000 t級單孔單向通航，設(shè)計使用年限為100年。

2 斜拉橋合龍影響因素

1)溫度的影響。斜拉橋設(shè)計會有一個理想合龍溫度，此溫度一般為15℃左右，稱為合龍基準(zhǔn)溫度，但是由于真實溫度不一定與理想溫度吻合，所以要預(yù)先計算實際溫度與基準(zhǔn)溫度的差異對合龍的影響范圍從而指導(dǎo)合理施工。

2)荷載的影響。斜拉橋懸臂合龍段施工，結(jié)構(gòu)處于最大懸臂狀態(tài)，此時臨時荷載以及不均衡荷載都可能造成結(jié)構(gòu)的較大位移，對合龍造成不利影響。

3)合龍壓重的影響。處于懸臂合龍的斜拉橋，承受荷載時中跨跨中為最不利截面，這里也是最大撓度發(fā)生的位置，所以必須要采用合理的配重方案才能使橋梁內(nèi)力和標(biāo)高達到要求。

4)體系轉(zhuǎn)換的影響。為了方便懸臂合龍，必須進行塔梁、墩梁的臨時固結(jié)，而在合龍完成后則要進行體系轉(zhuǎn)換，解除約束，這將對主梁內(nèi)力和撓度產(chǎn)生影響，這些需要有限元軟件進行精確計算得到最有利的控制參數(shù)指導(dǎo)順利合龍。

3 有限元仿真計算

為了提高合龍精度，本橋采用Madis/Civil 2006和Dr.Bridge V3.0軟件共同進行分析，以校核數(shù)據(jù)的正確性。Madis建模中雙主肋、索塔、橋墩用梁單元模擬，橋面板用板單元模擬，斜拉索用只受拉桁架單元模擬，全橋離散單元共計2 041個，節(jié)點2 441個，98個施工階段。

建模把全橋離散共劃分314個單元，125個施工階段。

3.1 溫度對主梁線形、應(yīng)力及索力的影響

由于本橋合龍時間為9月中旬，夜間氣溫為25℃左右，比合龍溫度高5℃，這就需要計算溫度對主梁線形、內(nèi)力及索力的影響。

1)邊跨合龍前為最大雙懸臂狀態(tài)，全橋合龍前，由溫度引起的跨中最大豎向位移Madis計算為40 cm，Dr.Bridge計算為34.5 cm。

2)主梁應(yīng)力的變化，由有限元軟件計算，氣溫在25℃時容易引起較大的應(yīng)力變化，跨中下緣最大壓應(yīng)力達到16 MPa，上緣壓應(yīng)力也有5 MPa。

3)由于拉索數(shù)量較多只取靠近岸邊一側(cè)索力作為參考，在25℃溫度條件下Madis，Dr.Bridge計算的索力與設(shè)計索力相比較，部分計算值已超出設(shè)計索力，見圖1。

3.2 壓重對全橋的影響

斜拉橋懸臂施工，最不利截面發(fā)生在跨中截面，此處的撓度較大，而且下緣壓應(yīng)力較小，在合龍布滿荷載后容易出現(xiàn)拉應(yīng)力，為了成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力更加合理，在中跨跨中截面預(yù)留部分抵抗活載的應(yīng)力，增大截面應(yīng)力貯備。通過計算分析在中跨懸臂端兩側(cè)施加307 kN/m的配重，在第13號索全部張拉完畢后，在合龍口懸臂端兩側(cè)的13號塊307 kN/m，以提供預(yù)壓力，見表1。

配重307 kN/m還將使得索塔向河側(cè)多偏移1.04 cm，對成橋后索塔受力影響較為不利。經(jīng)計算后發(fā)現(xiàn)對應(yīng)力的不利影響較小，綜合其影響，雖然在13號塊上配重307 kN/m對索塔不利，但對結(jié)構(gòu)運營有較大的好處?？梢哉J(rèn)為，配重對整個橋梁結(jié)構(gòu)而言利大于弊。

表1 壓重后對主梁內(nèi)力的影響MPa

表2 合龍方案

4 合龍方案的確定

1)通過Madis計算分析邊中跨均加載30.7 t，兩邊均下降不到2 cm;如邊跨壓10 t，中跨壓20 t，邊跨抬升2 cm多，中跨下降4 cm多，塔往跨中偏2 cm(可根據(jù)壓重關(guān)系調(diào)整塔的偏位)。此時頂推，跨中縱向已經(jīng)約束，之后溫度變化會引起結(jié)構(gòu)反應(yīng)。

2)低溫焊接勁性骨架，與1.5 m現(xiàn)澆段鎖定。升溫邊跨支座壓力會加大，處于有利狀態(tài)。如果橋面升溫過大，則勁性骨架應(yīng)力比較大，通過兩大有限元分析勁性骨架軸向應(yīng)力60 MPa左右，勁性骨架的焊接質(zhì)量應(yīng)引起重視。如果混凝土養(yǎng)護幾天白天氣溫比較高，必須采取橋面降溫措施(如整個橋面澆水等)。

3)頂推中跨壓重按35 t，引起中跨下降5 cm，塔往中跨偏2 cm，邊跨支座力減小11 t左右。在邊跨合龍前壓重(單根樁基的拉力在100 t多點)，澆筑混凝土合龍完成見表2。

5 結(jié)語

1)通過兩種有限元模型分析對比得到更加合理的施工控制參數(shù)，便于指導(dǎo)施工。2)懸臂施工中，不均衡的臨時荷載容易引起主梁標(biāo)高、索力、內(nèi)力的變化較大，所以臨時荷載應(yīng)該對稱放置在距離主塔最近的0號，1號塊附近。3)每次澆筑混凝土?xí)r必須選擇一天中相對穩(wěn)定的均勻溫度場，最佳時間為清晨或晚上。

［1］ 向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］ 邱金亮，方水平.彎橋計算分析［J］.山西建筑，2010，36 (14):312-313.