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        無(wú)背索斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)施工過(guò)程的影響

        2019-05-30 09:07:44
        中國(guó)公路 2019年9期
        關(guān)鍵詞:偏位主塔拉索

        (中建路橋集團(tuán)有限公司,河北 石家莊 050001)

        一、引言

        無(wú)背索斜拉橋結(jié)構(gòu)的合理狀態(tài)取決于傾斜主塔和主梁重量之間的充分平衡,如果主梁采用自重較大的混凝土結(jié)構(gòu),則相應(yīng)地需要主塔提供較大的傾覆力矩,通過(guò)拉索使體系平衡。必要時(shí),可以通過(guò)設(shè)置主塔橫梁獲得更大的傾覆力矩,也使結(jié)構(gòu)各部尺寸比例恰當(dāng),滿足結(jié)構(gòu)平衡和外形美觀的雙重要求。本文以某全混凝土無(wú)背索斜拉橋?yàn)槔?,分析輕主塔重橫梁和重主塔輕橫梁這兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)施工過(guò)程的影響,從施工角度確定設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全下的施工效益最大化。

        二、工程概況

        依托橋梁為跨徑80m+40m的無(wú)背索斜拉橋,墩梁塔固結(jié)形式。主梁雙室截面的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,主塔采用實(shí)心混凝土矩形截面,傾角59°,順橋向?qū)挾?.0m~8.5m,橋面以上塔高約66m,主塔頂設(shè)置3道橫梁,橫梁高度為3m。全橋布置13對(duì)拉索,由長(zhǎng)到短為C1~C13。橋型布置圖如圖1所示,橋梁主塔共分為10個(gè)節(jié)段,第3節(jié)段至第9節(jié)段張拉拉索,主塔施工完畢后依次施工3道橫梁。主梁采用滿堂支架法施工,主塔采用落地支架輔助的翻模法施工。

        圖1 依托工程橋跨立面布置圖 (單位:cm)

        三、設(shè)計(jì)方案與模型建立

        (一) 兩種設(shè)計(jì)方案

        按主塔和橫梁提供傾覆力矩的貢獻(xiàn)不同,擬定了兩個(gè)滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)造方案。方案一為輕主塔重橫梁方案:主塔順橋向長(zhǎng)度5m~8.5m,橫橋向?qū)挾葹?.5m,橫梁截面3m×3m;方案二為重主塔輕橫梁方案:主塔橫橋向?qū)挾仍黾又?m,橫梁寬度減小至1.7m。

        為了實(shí)現(xiàn)最終的成橋狀態(tài),必須控制每個(gè)施工階段的張拉索力和立模標(biāo)高,使控制結(jié)果既能滿足成橋后的結(jié)構(gòu)受力、線形要求又能滿足施工階段結(jié)構(gòu)的受力要求。這兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案采用不同的主塔和橫梁重量分配方式,進(jìn)而影響橋梁構(gòu)件的截面剛度和橋梁內(nèi)力分布,也必然會(huì)改變施工過(guò)程控制參數(shù),在施工階段反映出不同的響應(yīng)特點(diǎn)。

        (二)模型建立

        本文采用Midas Civil進(jìn)行正裝模擬分析,主塔采用變截面梁?jiǎn)卧M,以準(zhǔn)確模擬實(shí)際剛度,尤其是對(duì)位移影響較大的抗彎剛度。

        四、分析方法及初拉索力

        斜拉橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了每根索的內(nèi)力變化均會(huì)引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化,斜拉索初張力和其后期調(diào)整索力確定后才能根據(jù)主梁的累積位移給出主梁立?;蚍艠痈叱痰仁┕み^(guò)程的各技術(shù)參數(shù)。核心問(wèn)題是確定斜拉索初張拉力,主要方法有倒拆計(jì)算方法、倒拆-正裝迭代法,正裝迭代法和無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法等。本文采用正裝迭代法計(jì)算得到C1~C13初拉索力值。兩種設(shè)計(jì)方案的初拉索力對(duì)照?qǐng)D如圖2所示。

        圖2 初拉索力對(duì)比圖

        方案二與方案一相比:主塔重量增加1211t,橫梁重量減少776t,塔以上總重增加435t,其拉索力也隨之增加,增加幅度在1.4%~11.9%,長(zhǎng)索索力增加明顯。初張拉時(shí)安全系數(shù)滿足規(guī)范不小于2.5的要求。

        五、對(duì)施工過(guò)程的影響分析

        以下通過(guò)施工過(guò)程中方案一和方案二橋梁線形和內(nèi)力的計(jì)算對(duì)照,分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案差異對(duì)橋梁施工的影響。

        (一)對(duì)主梁撓度的影響分析

        圖3 主梁撓度對(duì)比圖

        圖4 主塔最大偏位對(duì)比圖(邊跨方向?yàn)檎?/p>

        如圖3所示,主塔及橫梁重量的不同分配方式對(duì)主梁影響整體上較小,該影響主要反映在主塔端部施工時(shí)。

        (二)對(duì)主塔偏位的影響分析

        方案二主塔抗彎剛度相對(duì)方案一增加1.2倍,如圖4所示,方案二主塔各階段的偏位均處于方案一主塔偏位的范圍內(nèi),表明主塔抗彎剛度增加后施工時(shí)主塔偏位變小,這對(duì)于控制主塔位移較為有利。方案一在主塔澆筑第一道橫開(kāi)始,位移變化明顯大于方案二,且成橋后位主塔位移近20cm,說(shuō)明對(duì)方案一主塔和橫梁重量重新分配增加主塔剛度是必要的。

        圖5 塔根截面應(yīng)力對(duì)比圖

        圖6 索力應(yīng)力對(duì)比圖

        (三)對(duì)主塔關(guān)鍵截面應(yīng)力的影響分析

        塔根部為關(guān)鍵應(yīng)力控制截面,如圖5所示,方案一因主塔橫梁配置集中、重量大,而主塔抗彎剛度相對(duì)小,導(dǎo)致塔根下緣應(yīng)力超限,最大拉應(yīng)力4.7MPa,存在混凝土開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)采取分次張拉或調(diào)整施工順序等措施以保證施工安全和質(zhì)量。方案二主塔上緣和下緣拉應(yīng)力均有所減小,下緣拉應(yīng)力降低明顯。

        (四)對(duì)各階段索力的影響分析

        如圖6所示,方案二在各施工階段的索力值隨塔重增加而有所增加,相對(duì)方案一最大增幅10.3%。兩方案索力安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

        六、結(jié)語(yǔ)

        方案一橫梁較重且配置集中,而主塔剛度相對(duì)較小,對(duì)主塔和橫梁重量重新分配并增加主塔剛度是必要的。

        方案一塔根部混凝土最大拉應(yīng)力4.7MPa,有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn),必須采取調(diào)整施工順序、分次張拉等有效措施。

        方案二主塔剛度增加后,主塔偏位和主梁撓度減小,對(duì)線形控制有利;施工過(guò)程主塔應(yīng)力變化幅度小且處于安全范圍,對(duì)施工過(guò)程安全有益。這反映了不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的塔身剛度和橫梁重量的變化對(duì)施工階段塔根應(yīng)力的直接影響。

        方案二比方案一總體上增加混凝土用量164m3,但減少了三道橫梁高空混凝土澆筑作業(yè)量293m3,整體上施工費(fèi)用相當(dāng)。

        綜合考慮施工過(guò)程安全、施工質(zhì)量可控,施工費(fèi)用節(jié)約等因素,推薦選用方案二,即重主塔輕橫梁方案。

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