杜韜　張旭　趙李強(qiáng)

摘要：剛性鉸的布置可以大幅度降低主梁和橋塔彎矩，降幅與各梁與塔之間的支撐形式以及斜拉索布置有關(guān)；局部合理的加勁板布置可以實(shí)現(xiàn)和保證剛性鉸在鋼箱梁中的穩(wěn)定工作。文章以嘉紹大橋?yàn)槔?，分析了多塔斜拉橋鋼箱梁中設(shè)置剛性鉸的方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：多塔；斜拉橋；鋼箱梁；設(shè)置剛性鉸

引言

隨著橋梁技術(shù)的不斷革新，對(duì)橋梁的跨越能力及惡劣條件適應(yīng)性要求越來(lái)越高，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的主梁以其自重小、抗風(fēng)穩(wěn)定性好、抗扭剛度高、方便施工等優(yōu)點(diǎn)在長(zhǎng)大橋梁中被越來(lái)越多采用。然而由于長(zhǎng)箱鋼主梁結(jié)構(gòu)溫度變形對(duì)索塔及基礎(chǔ)的受力影響大，傳統(tǒng)主梁構(gòu)造已經(jīng)無(wú)法較好適應(yīng)超大跨度的結(jié)構(gòu)體系和一些特殊的建設(shè)環(huán)境。長(zhǎng)主梁的溫度變形問(wèn)題已成為制約橋梁跨越能力提高的因素之一。為科學(xué)合理地解決長(zhǎng)主梁溫度變形問(wèn)題，文章以嘉紹大橋項(xiàng)目為例，采用兩幅主梁在全橋跨中處設(shè)剛性鉸裝置的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行研究和實(shí)踐。

1工程概況

嘉紹大橋位于浙江省的某特大型多塔斜拉橋。它北起嘉興市海寧市，南接紹興市上虞區(qū)，本橋?yàn)檎憬〖闻d至紹興跨江公路通道中跨越錢塘江的一座特大型橋梁。是沈陽(yáng)至?？诟咚俟分谐Ｅ_(tái)高速（G15w）的重要部分，是該高速公路跨越錢塘江的關(guān)鍵通道。此大橋北接嘉興至蘇州高速公路、滬杭高速公路、杭浦高速公路等通往上海和蘇南地區(qū)，并通過(guò)建成的江陰長(zhǎng)江大橋和蘇通長(zhǎng)江大橋連接蘇北，是縱向連接長(zhǎng)江三角洲南北兩岸的重要通道，也是國(guó)家高速公路網(wǎng)中非常關(guān)鍵的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。大橋的建設(shè)對(duì)于進(jìn)一步完善我國(guó)干線公路網(wǎng)絡(luò)，加快我國(guó)和浙江省高速公路網(wǎng)的建設(shè)，促進(jìn)長(zhǎng)江三角洲交通一體化等具有重要意義。

為科學(xué)合理地解決長(zhǎng)主梁溫度變形問(wèn)題，嘉紹大橋采用兩幅主梁在全橋跨中處設(shè)剛性鉸裝置的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)體系。剛性鉸釋放主梁兩端的縱向相對(duì)線位移，約束主梁轉(zhuǎn)角和剪切位移，在滿足受力要求的同時(shí)又能確保行車的舒適性。剛性鉸上方設(shè)有1360伸縮縫將主梁分為兩聯(lián)，每聯(lián)為一個(gè)三塔斜拉橋。

2剛性鉸設(shè)置方案

相對(duì)于國(guó)內(nèi)外其它大跨斜拉橋，本多塔斜拉橋主橋及引橋主要有以下三大構(gòu)造特點(diǎn)：

一是，嘉紹大橋所處的錢塘江水域具有特殊的建設(shè)條件，為適應(yīng)河床擺幅的要求，主航道橋采用70+200+5x428+200+70=2680m的分幅式四索面六塔斜拉橋。由于鋼箱梁長(zhǎng)度大，主梁的溫度變形對(duì)索塔及基礎(chǔ)的受力影響大，傳統(tǒng)構(gòu)造無(wú)法適應(yīng)這種多塔斜拉橋體系和嘉紹大橋特殊的建設(shè)環(huán)境。因此，為解決主梁在溫度影響下的縱向變形問(wèn)題，在主航道橋橋跨跨中安裝了剛性鉸裝置。剛性鉸裝置的主要作用是釋放主梁兩端巨大的縱向相對(duì)位移，還可以約束主梁轉(zhuǎn)角和剪切變形，既可以滿足受力要求又可以保證行車的舒適性。剛性鉸上方設(shè)置了伸縮縫從而將主梁一分為二，變成兩聯(lián)，每聯(lián)為一個(gè)三塔斜拉橋。

二是，由于橋址區(qū)錢江涌潮是世界難得的自然奇觀，為了不破壞這種自然景觀，大橋結(jié)構(gòu)的阻水面積需控制在5%以內(nèi)。為此，結(jié)合阻水面積的要求及潮強(qiáng)流急、涌潮洶涌的實(shí)際水文狀況，兩岸位于水中的引橋部分的下部結(jié)構(gòu)采用單樁獨(dú)柱的結(jié)構(gòu)形式。單樁獨(dú)柱基礎(chǔ)無(wú)承臺(tái)施工工序，有效的規(guī)避了施工風(fēng)險(xiǎn)，降低結(jié)構(gòu)阻水面積。

三是，為解決多塔斜拉橋整體豎向剛度小的問(wèn)題，主航道橋主梁設(shè)計(jì)采用在索塔縱向兩側(cè)間距46m設(shè)置豎向支座，同時(shí)在各個(gè)索塔處設(shè)置“x”型托架。

3大橋跨中剛性鉸結(jié)構(gòu)

3.1大橋剛性鉸結(jié)構(gòu)的作用

本多塔斜拉橋主航道橋六塔七跨，為四索面斜拉橋，主梁形式為鋼箱梁，總長(zhǎng)達(dá)到了2680m。因其主梁較長(zhǎng)，溫度引起的縱向相對(duì)位移非常大，變形問(wèn)題嚴(yán)重。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的合理受力和結(jié)構(gòu)整體安全，解決好溫度變形問(wèn)題就顯得至關(guān)重要。為有效解決主航道橋在溫度影響下的巨大變形所產(chǎn)生的問(wèn)題，大橋在中塔之間的連間跨中位置設(shè)置了剛性鉸裝置，其構(gòu)造如下：剛性鉸使大橋在聯(lián)間跨中位置一分為二，裝置的基本構(gòu)造是在一側(cè)的鋼箱梁梁內(nèi)安裝小箱梁，小箱梁一端固在外部鋼箱梁上，另一端自由移動(dòng)，其形式類似桌子中的抽屜一般。剛性鉸裝置的主要構(gòu)件主要有以下幾種：剛性鉸小箱梁、小箱梁固定端、外部大箱梁以及安裝于剛性鉸小箱梁外側(cè)的剛性鉸特制豎向和側(cè)向支座。

3.2剛性鉸小箱梁構(gòu)造

剛性鉸分為J1、J2、J3類三個(gè)梁段類型（參見(jiàn)圖1），每個(gè)梁段均包含左右兩幅箱梁和一個(gè)箱形橫梁。J1類類梁段包括小箱梁固定端以及箱形橫梁等相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)造；J2類梁段包括剛性鉸小箱梁、小箱梁外套大箱梁以及箱形橫梁等構(gòu)造；小箱梁的檢修區(qū)在J3類梁段。J1和J3類梁段的單幅梁段兩側(cè)腹板還設(shè)有斜拉索錨箱，J2類梁段為Z5和Z6塔之間的合龍梁段。為分散剛性鉸受力，單幅橋的外套箱梁內(nèi)部設(shè)有橫向?qū)ΨQ的兩個(gè)小箱梁，中心間距7.9m。分離的兩個(gè)小箱也有利于剛性鉸的整體抗扭。小箱梁位于12類梁段，全長(zhǎng)10.8m，梁高2.0m，一端通過(guò)高強(qiáng)螺栓固定在固定端大箱梁橫隔板上，另一端自由。小箱梁斷面形狀為近八邊形。小箱梁兩端受力點(diǎn)處四周與大箱梁之間設(shè)置支座，其中頂?shù)装甯鲀蓚€(gè)，側(cè)向各一個(gè)。頂?shù)装逯ё幮∠淞簝?nèi)各設(shè)置5道間距375mm的橫隔板，小箱梁跨中處設(shè)置一道橫隔板。加勁肋在支座橫隔板處斷開(kāi)，以保證支座橫隔板的整體受力。小箱梁將固定端梁段的豎向彎矩、橫向彎矩以及扭矩轉(zhuǎn)換成四周支座反力并傳遞給外套大箱梁，以實(shí)現(xiàn)力的傳遞。小箱梁兩端支座中心縱向間距為8.0m。

3.3小箱梁固定端構(gòu)造

剛性鉸小箱梁固定端構(gòu)造位于J1類梁段，其作用是把小箱梁根部的彎矩和剪力傳遞到大箱梁項(xiàng)底板上。構(gòu)造設(shè)計(jì)的主要思路是將小箱梁的主要受力板件（即頂?shù)装寮案拱澹┭由熘凉潭ǘ舜笙淞簝?nèi)部，小箱梁延伸段內(nèi)側(cè)設(shè)置三角形加勁板與小箱梁加勁肋對(duì)應(yīng)，同時(shí)在小箱梁延伸段的頂?shù)装逋鈧?cè)設(shè)置梯形加勁板并與大箱梁頂?shù)装逑噙B。腹板外側(cè)設(shè)置梯形加勁板并與固定端大箱梁縱隔板相連，這樣小箱梁頂?shù)赘拱宓膽?yīng)力通過(guò)加勁板和縱隔板可順利傳遞到大箱梁頂?shù)装?，同時(shí)又能保證小箱梁和大箱梁剛度順利過(guò)渡。此外，剛性鉸小箱梁與外套大箱梁之間的相對(duì)滑動(dòng)通過(guò)設(shè)置剛性鉸特殊支座來(lái)完成。

4剛性鉸方案效果及評(píng)價(jià)

設(shè)置于鋼箱梁內(nèi)的剛性鉸應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，合理的板件布置是保證剛性鉸正常工作的關(guān)鍵。對(duì)于多塔斜拉橋等多跨長(zhǎng)聯(lián)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)，設(shè)置剛性鉸可使得主梁軸力明顯降低；當(dāng)主梁與橋墩固結(jié)或約束剛度較大時(shí)，主梁和橋塔彎矩會(huì)明顯降低，當(dāng)主梁與橋墩鉸接或約束剛度較小時(shí)，主梁和橋塔彎矩不會(huì)有明顯影響。嘉紹大橋中設(shè)置剛性鉸，主梁支座位置處彎矩最大降幅發(fā)生在次邊塔與主梁的連接位置；邊主塔和次邊塔的索塔彎矩降幅明顯，與主梁直接設(shè)置水平約束的次邊塔塔底截面降幅最突出。嘉紹大橋中剛性鉸局部結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)位置位于活動(dòng)端大箱梁支座附近和小箱梁支座附近。在滑動(dòng)端支座附近設(shè)置雙片加密型橫隔板及加勁板、在小箱梁支座附近設(shè)置5片加密型橫隔板，可以保證支座承力板將豎向力有效傳遞。且剛性鉸的滑動(dòng)對(duì)其自身受力的影響是微小且平穩(wěn)的。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分幅式多塔斜拉橋剛性鉸安裝工法為我國(guó)橋梁建設(shè)施工提供了大量技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴資料。同時(shí)，其中的新理念，新技術(shù)，新工藝，具有很高的科技含量，它在嘉紹大橋的成功實(shí)施，將有助于推廣剛性鉸結(jié)構(gòu)在超長(zhǎng)鋼箱梁斜拉橋方面的應(yīng)用，提升我國(guó)建橋水平。并為今后其它類擬項(xiàng)目的施工方案選擇、施工過(guò)程控制及施工管理提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。