成 文，王學(xué)敏，成 武，鄧平郎，劉子利

(1.貴州大學(xué) 土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.吉林大學(xué) 建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長春 130026)

近年來斜拉扣掛懸臂澆筑法因其結(jié)構(gòu)整體性好、造價相對低、工期短、對施工場地要求低等優(yōu)點，在西南山區(qū)大跨徑鋼筋混凝土拱橋施工建設(shè)中發(fā)展非常迅速。但是該方法由于斜拉索等原因，限制了拱橋的跨徑，一般不超過200 m[1-2]。懸臂澆筑與勁性骨架組合施工法[3]是在斜拉扣掛懸臂澆筑法與勁性骨架法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，即兩側(cè)拱腳采用掛籃懸臂澆筑，中間段則先用勁性骨架合龍，再澆筑外包段混凝土。此方法充分結(jié)合了兩者的優(yōu)點，可以盡快合龍成拱，從而減少施工風(fēng)險，縮短工期。在國外尤其是日本已有數(shù)座拱橋采用該方法施工，施工過程控制已經(jīng)非常成熟。但在國內(nèi)關(guān)于懸臂澆筑與勁性骨架組合法的理論研究和實際應(yīng)用還非常少。楊昌龍[4]對采用懸臂澆筑與勁性骨架法施工的大跨徑混凝土拱橋施工穩(wěn)定性研究中，認(rèn)為該施工方法在理論上是安全可行的，不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。張?zhí)m[5]對組合法施工的勁性骨架構(gòu)造及對內(nèi)力影響進(jìn)行了研究。陳啟嬋[6]進(jìn)行了勁性骨架構(gòu)造形式對主拱圈的影響以及主拱等效剛度計算的研究。目前國內(nèi)只有在建的涪陵烏江大橋復(fù)線橋[7](主跨220 m)與貴州夜郎湖特大橋[8](主跨210 m)采用了該方法施工。本文以貴州省夜郎湖大橋為工程背景，對該施工方法合龍段勁性骨架的合理長度進(jìn)行了研究。

1 工程概況

夜郎湖特大橋是凈跨L=210 m，凈矢高42 m，拱軸系數(shù)m=1. 677的鋼筋混凝土拱橋，如圖1(a)所示。單幅主拱圈為單箱單室截面，箱高3. 5 m，箱寬 7. 0 m，拱腳截面頂?shù)装搴?0 cm，腹板厚80 cm;其余截面頂?shù)装搴?0 cm，腹板厚50 cm，均為C50混凝土，見圖1(b)和1(c)。跨中28 m采用勁性骨架合龍，勁性骨架弦桿采用熱軋H型鋼HW400×408×21×21。

圖1 夜郎湖大橋(單位：cm)

2 勁性骨架合理長度分析

對目前國內(nèi)外已建成的采用懸臂澆筑與勁性骨架組合法施工的橋梁工程實例進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以得出勁性骨架長度在0.5L(L為跨度)左右的最多，占比高達(dá)56%。另外從主拱圈自身受力特點來看，拱頂截面產(chǎn)生正彎矩，拱腳截面產(chǎn)生負(fù)彎矩，L/4附近剛好是正負(fù)彎矩交變區(qū)，彎矩比較小。因此結(jié)合統(tǒng)計分析結(jié)果，可以初步確定勁性骨架長度取在0.5L附近較為合理[9]。

2.1 扣索索力的利用率

斜拉扣掛懸臂澆筑法采用了斜拉橋施工的理念[10]，扣索的主要作用是為拱圈懸臂澆筑節(jié)段提供豎向分力，從而控制拱圈線形和各截面的應(yīng)力?？鬯鞯乃綂A角越大，則提供的豎向分力越大，扣索力利用率越高。反之，扣索水平夾角越小，則扣索提供的豎向分力就越小，扣索力利用率也就越小。因此，通過只設(shè)置1個索塔扣錨點來分析每根扣索的利用率，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出，第5根扣索及以后的扣索水平夾角非常小，扣索力豎向分量幾乎接近0。解決這個問題通常有2種方法：①加高扣索索塔扣錨點高度；②增大扣索索力。

加高扣錨點高度必然會增加索塔的高度，這會增加施工成本和施工風(fēng)險;而增大扣索索力，則會導(dǎo)致對應(yīng)的拱圈節(jié)段錨點產(chǎn)生較大的集中應(yīng)力，且施工過程中很容易使索塔承受較大的不平衡水平力，影響施工安全。因此，可以考慮在5#—8#扣索對應(yīng)的拱圈設(shè)置懸臂澆筑段與勁性骨架段分段點，即勁性骨架長度可選取在0.38L～0.62L。

2.2 有限元模型

對夜郎湖特大橋主拱圈施工過程進(jìn)行仿真分析[11]，采用MIDAS/Civil 軟件建立與實際施工步驟一致的有限元模型(見圖3)，由于對稱性，此處只建立半跨模型。

圖3 有限元模型(圖中數(shù)字為扣索編號)

2.3 施工過程最大扣索力

用MIDAS有限元模型進(jìn)行施工階段計算分析，得到各施工階段的扣索力，提取各個施工階段各扣索的最大索力，見圖4。

圖4 各扣索最大索力變化趨勢

由圖4可以看出，6#—8#扣索施工過程最大索力變化較為平順，8#以后扣索索力顯著增大，會在相應(yīng)的拱圈錨固點位置產(chǎn)生較大應(yīng)力集中，對結(jié)構(gòu)受力不利。因此從各施工階段扣索的最大索力變化趨勢分析，懸臂澆筑與勁性骨架段合理分段點位置應(yīng)在6#—8#扣索，即勁性骨架長度可選取在0.38L～0.54L。

2.4 施工過程拱圈最大拉應(yīng)力

從計算結(jié)果中提取各個施工階段拱圈控制截面最大拉應(yīng)力，見圖5。

圖5 各控制截面最大拉應(yīng)力變化趨勢

由圖5可以看出，拱圈各控制截面最大拉應(yīng)力峰值出現(xiàn)在拱腳截面和6#—8#截面，是施工控制的關(guān)鍵部位。分析拱圈截面最大拉應(yīng)力變化趨勢可知，為了有效控制施工過程中拱圈截面拉應(yīng)力，懸臂澆筑與勁性骨架段合理分段點位置可以設(shè)置在6#—8#截面，即勁性骨架長度可選取在0.38L～0.54L。

綜合考慮施工階段的最大扣索力和拱圈截面最大拉應(yīng)力2個因素，可以得出勁性骨架段合理長度可選取在0.38L～0.54L，這與本文對采用懸臂澆筑與勁性骨架組合法施工的已建成橋梁工程實例的統(tǒng)計分析和主拱圈自身受力特點分析得出的勁性骨架長度在0.5L附近這一結(jié)果較為符合。

3 結(jié)論

從扣索索力利用率分析，勁性骨架長度選取在0.38L～0.62L較為合理；從施工過程最大扣索力和拱圈最大拉應(yīng)力分析，勁性骨架長度選取在0.38L～0.54L較為合理；綜合考慮最終可得出勁性骨架的合理長度取值在0.38L～0.54L，這與前面的統(tǒng)計分析結(jié)果和拱圈自身受力特點分析結(jié)果較為符合。