周廣騰 （安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

拱橋的施工方法分為有支架方法和無(wú)支架方法。無(wú)支架施工法包括纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體施工法、懸臂施工法等。纜索吊裝施工方法具有經(jīng)濟(jì)、安全、適用范圍廣等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于大跨徑拱橋施工中。大跨度拱橋纜索吊裝施工一般采用兩岸對(duì)稱(chēng)懸拼至跨中合龍的斜拉扣掛法，為了保證成橋后的線(xiàn)形符合設(shè)計(jì)要求，必須提前對(duì)施工索力及構(gòu)件內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，并在施工中及時(shí)糾偏，其中施工過(guò)程仿真計(jì)算是施工控制的核心和前提。

1 工程概況

某下承式鋼箱拱橋主跨160m，矢高32m，橋面寬13.86m。橋面結(jié)構(gòu)采用縱橫梁結(jié)構(gòu)體系，混凝土橋面，橫橋向雙坡，坡度1.5%。系梁為箱型截面，端橫梁為箱型截面，其余橫梁均為工字型截面。主橋正視圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 全橋正視圖

本橋采用纜索吊裝法施工，通過(guò)在兩側(cè)主墩設(shè)置扣塔、主塔，扣吊合一，扣塔底部固接，主塔鉸接于扣塔之上。利用纜索吊進(jìn)行構(gòu)件的吊運(yùn)和拼裝，吊裝示意見(jiàn)圖2所示。主拱分為15節(jié)段進(jìn)行拼裝，合龍成型后，拆除扣索，采用懸拼架設(shè)橋面體系，并進(jìn)行吊桿安裝和張拉。

圖2 纜索吊裝示意圖

2 有限元模型

鋼箱拱節(jié)段采用纜索吊裝法施工，懸拼的節(jié)段通過(guò)扣索錨固于扣塔上，施工過(guò)程較為復(fù)雜。為了準(zhǔn)確模擬整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的受力行為，采用空間桿系有限元程序?qū)χ饕芰Y(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，包括拱肋、肋間連系、臨時(shí)塔架（采用萬(wàn)能桿件拼裝）、塔架纜風(fēng)索、錨索、扣索等，有限元模型如圖3、圖4所示。模型中以荷載形式考慮主索道及工作索道的影響。在模型中，扣索采用索單元模擬，其他構(gòu)件均采用空間梁?jiǎn)卧M。拱肋的吊裝過(guò)程共編制了10073個(gè)梁?jiǎn)卧?6個(gè)索單元，2736個(gè)節(jié)點(diǎn)。

圖3 整體有限元模型圖

圖4 主塔、扣塔模型圖

3 計(jì)算荷載

3.1 結(jié)構(gòu)自重

構(gòu)件自重根據(jù)構(gòu)件幾何尺寸和材料容重由程序自動(dòng)計(jì)算，并考慮1.2的自重調(diào)整系數(shù)，以計(jì)入節(jié)點(diǎn)板、拼接板和螺栓等重量。

3.2 吊裝荷載

吊裝荷載主要是主橋拱肋的分段重量，見(jiàn)表1，吊裝荷載需考慮1.3的動(dòng)載系數(shù)。

拱肋分段重量統(tǒng)計(jì)表 表1

3.3 風(fēng)荷載

本工程項(xiàng)目地處南亞，依據(jù)《公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》（AASHTO）考慮風(fēng)荷載。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為100年一遇，對(duì)施工架設(shè)期橋梁設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)取0.75。

3.3.1 鋼箱拱

設(shè)計(jì)風(fēng)速為160km/h，換算設(shè)計(jì)高程風(fēng)速（72m處）：

考慮施工階段10年一遇，進(jìn)行風(fēng)荷載折減，風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)取0.75，故：

3.3.2 塔架

設(shè)計(jì)風(fēng)速為160km/h，換算設(shè)計(jì)高程風(fēng)速（100m處）：

考慮施工階段10年一遇，進(jìn)行風(fēng)荷載折減，風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)取0.75，故：

4 施工階段劃分及過(guò)程控制目標(biāo)

根據(jù)全橋施工流程，拱肋安裝階段有限元模型的施工階段劃分見(jiàn)表2所示。拱肋安裝過(guò)程的總體控制目標(biāo)是“在拱肋合龍時(shí)使拱肋各節(jié)點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)理論軸線(xiàn)”，即當(dāng)拱肋合龍后，放松扣索及錨索前，各節(jié)點(diǎn)Y向和Z向位移達(dá)到設(shè)計(jì)理論軸線(xiàn)。為了簡(jiǎn)化施工，避免頻繁調(diào)節(jié)錨索及扣索索力，在施工過(guò)程中采取僅張拉當(dāng)前錨扣索的原則，在拱肋合龍的前一階段調(diào)節(jié)全部錨索及扣索索力，預(yù)抬高拱肋懸臂端，使得安裝合龍段后拱肋各節(jié)點(diǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)理論軸線(xiàn)。

施工階段劃分表 表2

5 拱肋吊裝過(guò)程分析結(jié)果

施工時(shí)采用定長(zhǎng)扣索法進(jìn)行控制，即在施工過(guò)程中，考慮拱肋后續(xù)施工拱肋節(jié)段對(duì)已施工拱肋節(jié)段的影響，預(yù)先給拱肋節(jié)段一定的預(yù)抬高度，在以后的拱肋節(jié)段安裝中不再調(diào)整扣索索力，隨著拱肋節(jié)段的不斷施工，拱肋節(jié)段的預(yù)抬高值逐漸被扣索的伸長(zhǎng)量抵消，到拱肋合龍時(shí)，預(yù)抬高值剛好被抵消，拱肋軸線(xiàn)剛好落在設(shè)計(jì)拱軸線(xiàn)上。在具體施工階段，具體索力值見(jiàn)表3、表4所示。施工控制時(shí)采用“雙控”，即變形、索力控制，以變形控制為主，索力控制為輔。拱肋吊裝各階段拱肋位移見(jiàn)表5所示，主塔、扣塔應(yīng)力見(jiàn)表6所示。

各階段扣索索力表（單位：kN） 表3

各階段錨索索力表（單位：kN） 表4

各階段拱肋節(jié)點(diǎn)相對(duì)位移表（單位：mm） 表5

各階段應(yīng)力表（單位：MPa） 表6

6 結(jié)論

分析結(jié)果表明，本橋拱肋纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，設(shè)計(jì)方案安全可靠。施工過(guò)程中線(xiàn)形誤差滿(mǎn)足施工控制要求，各施工階段主塔、扣塔、扣索等強(qiáng)度均滿(mǎn)足規(guī)范要求，本案例可為類(lèi)似工程施工提供借鑒。