羅程巍，鐘振華，朱勇駿，姜 旭

(1.上海大學(xué)力學(xué)與工程科學(xué)學(xué)院，上海 200444； 2.杭州市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310006；3.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

為保證施工安全，需對(duì)懸臂拼裝法及頂推施工法進(jìn)行模擬分析[5-6]。滬杭甬抬升改造工程中，錢塘江新建大橋采用的公軌兩用大跨長(zhǎng)聯(lián)剛性懸索加勁鋼桁梁是新型結(jié)構(gòu)，有效解決多種交通工具過江的通道資源問題，有效節(jié)約建設(shè)用地，大幅度降低工程造價(jià)，對(duì)城市綜合交通橋梁建設(shè)具有借鑒意義。錢塘江新建大橋?yàn)樯舷码p層布置，上層為8車道一級(jí)公路，下層為雙線機(jī)場(chǎng)快線軌道交通，主橋跨徑布置為(72+122+4×240+122+72)m，如圖1所示。本橋剛性懸索加勁鋼桁梁結(jié)構(gòu)由華倫式鋼桁梁和變截面箱型上加勁弦組成，上加勁弦在結(jié)構(gòu)總體受力中發(fā)揮重要作用，有利于改善主桁受力，如圖2所示。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算理論的正確性，保證經(jīng)濟(jì)性和安全性，有必要對(duì)錢塘江大橋關(guān)鍵施工技術(shù)及合龍方案進(jìn)行研究。

圖1 錢塘江新建大橋總體布置(單位：m)

圖2 剛性懸索加勁鋼桁梁結(jié)構(gòu)

1 施工工法研究

1.1 施工工法簡(jiǎn)述

本橋施工擬采用懸臂拼裝法或頂推施工法，由于該公軌兩用大跨長(zhǎng)聯(lián)剛性懸索加勁鋼桁梁結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，空間效應(yīng)突出，難以判定使用不同施工工法及成橋后的受力情況，因此需模擬分析2種不同施工工法。

1.2 懸臂拼裝法

1)模型建立

采用梁?jiǎn)卧⒅鳂蚪Y(jié)構(gòu)，懸臂按10,12m節(jié)段進(jìn)行拼裝，全過程共18個(gè)施工節(jié)段，以各主塔處為起始，0號(hào)塊同時(shí)向兩邊，按照安裝主橋節(jié)段→移動(dòng)掛籃→安裝下一節(jié)段的順序循環(huán)拼裝，直至所有主橋節(jié)段懸臂拼裝完畢，全橋模型如圖3所示。

圖3 全橋模型

2)模擬分析結(jié)果

在懸臂拼裝模擬全過程中，隨主橋節(jié)段不斷安裝，結(jié)構(gòu)內(nèi)力也不斷增加，安裝邊跨第6節(jié)段(DZ-17號(hào)塊)時(shí)，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在主橋下橋面與下弦桿連接處，達(dá)364.3MPa，結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖4所示。最大豎向位移出現(xiàn)在主橋上橋面處，最大位移為-661.0mm。

從試評(píng)價(jià)結(jié)果的分析看，一是選用的8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)還值得進(jìn)一步斟酌和優(yōu)化。因?yàn)槲覈?guó)幅員遼闊，各省區(qū)的自然地理?xiàng)l件，生態(tài)環(huán)境差異較大，有的指標(biāo)可能對(duì)一些省區(qū)欠公平。二是對(duì)子系統(tǒng)（A）、（B）、（C）應(yīng)賦予合適的權(quán)重，弱化子系統(tǒng)（A）得分對(duì)區(qū)域水資源綜合評(píng)價(jià)得分的影響。

圖4 懸臂拼裝法結(jié)構(gòu)應(yīng)力(單位：MPa)

懸臂拼裝施工模擬結(jié)果與成橋模型受力情況差別較大，在懸臂拼裝過程中，結(jié)構(gòu)內(nèi)力不斷積累，難以消除。同時(shí)大跨長(zhǎng)聯(lián)的特點(diǎn)導(dǎo)致采用懸臂拼裝法施工時(shí)所需設(shè)備量大，難以平衡經(jīng)濟(jì)性與施工效率。綜合考慮以上因素，懸臂拼裝法施工不具有優(yōu)勢(shì)，不推薦采用該方法。

1.3 頂推施工法

1)模型建立

采用梁?jiǎn)卧⒅鳂蚪Y(jié)構(gòu)，考慮對(duì)稱施工僅取一半模型進(jìn)行頂推施工模擬，臨時(shí)墩跨徑取120m，鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)度取0.6倍臨時(shí)墩跨徑，無加勁弦頂推。頂推結(jié)構(gòu)包括鋼導(dǎo)梁、主橋結(jié)構(gòu)等，主要施工步驟為頂推主橋結(jié)構(gòu)→拼裝下一節(jié)段→頂推主橋結(jié)構(gòu)交替循環(huán)，直至所有主橋節(jié)段頂推到位。頂推模型如圖5所示。

圖5 頂推模型(帶加勁弦頂推時(shí))

2)模擬分析結(jié)果

在頂推施工模擬全過程中，各最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力最不利，在第2次最大懸臂工況時(shí)，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在最前端支點(diǎn)附近，達(dá)904.7MPa。在第1次最大懸臂工況時(shí)，最大豎向位移值出現(xiàn)在鋼導(dǎo)梁前端，最大位移為-967.6mm。

通過頂推法施工，局部結(jié)構(gòu)受力較大，其他部位受力較小,頂推施工所需設(shè)備量較小，可兼顧經(jīng)濟(jì)性與施工效率。該方法施工最大應(yīng)力值及最大豎向位移值雖過大，但可通過減小臨時(shí)墩跨徑、比選有無加勁弦頂推及增設(shè)墩旁托架等易操作的方式優(yōu)化頂推施工方法。

3)減小臨時(shí)墩跨徑

將頂推臨時(shí)墩跨徑減小為80m，無加勁弦頂推。在頂推施工模擬全過程中，各最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力最不利，在第5次最大懸臂工況時(shí)，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在2號(hào)輔助墩支點(diǎn)附近，達(dá)568.7MPa，結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖6a所示；在第5次最大懸臂工況之后最大豎向位移值出現(xiàn)在上橋面處，最大位移為-531.0mm，豎向位移如圖6b所示。

圖6 減小臨時(shí)墩跨徑模擬結(jié)果

由以上分析可知，減小臨時(shí)墩跨徑能有效降低最大應(yīng)力值及最大豎向位移值，但增加措施成本。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，取80m頂推臨時(shí)墩跨徑較合適。

4)有無加勁弦頂推比選

頂推臨時(shí)墩跨徑80m，帶加勁弦頂推。在頂推施工模擬全過程中，各最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力最不利，在第4次最大懸臂工況時(shí)，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在前端第2支點(diǎn)附近，達(dá)661.9MPa，結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖7a所示。在第4次最大懸臂工況時(shí)，最大豎向位移值出現(xiàn)在上橋面處，最大位移為-533.6mm，豎向位移如圖7b所示。

圖7 帶加勁弦頂推模擬結(jié)果

由以上分析可知，帶加勁弦頂推導(dǎo)致最大應(yīng)力值及最大豎向位移值有所增大，不利于結(jié)構(gòu)受力，因此頂推時(shí)無加勁弦頂推較合適。

5)增設(shè)墩旁托架

頂推臨時(shí)墩跨徑保持為80m，無加勁弦頂推并增設(shè)墩旁托架。在頂推施工模擬全過程中，各最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)受力最不利，在第5次最大懸臂工況時(shí)，最大應(yīng)力值出現(xiàn)在3號(hào)輔助墩支點(diǎn)附近，達(dá)262.8MPa，結(jié)構(gòu)應(yīng)力如圖8a所示。在第5次最大懸臂工況時(shí)，最大豎向位移值出現(xiàn)在上橋面，最大位移為-530.3mm，豎向位移如圖8b所示。

圖8 增設(shè)墩旁托架模擬結(jié)果

由此可知，增設(shè)墩旁托架能有效降低最大應(yīng)力值及最大豎向位移值，因此頂推時(shí)宜增設(shè)墩旁托架。

為在同一條件下比選不同施工工法，上述計(jì)算應(yīng)力值均為點(diǎn)約束邊界條件下的結(jié)果。在實(shí)際工程中，支點(diǎn)與結(jié)構(gòu)間的接觸面積更大，且支點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)有所補(bǔ)強(qiáng)，因此該處實(shí)際應(yīng)力應(yīng)小于計(jì)算值。

2 合龍方案研究

2.1 合龍方案簡(jiǎn)述

由于該橋自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，合龍時(shí)所需控制點(diǎn)位較多，合龍難度大，因此有必要對(duì)合龍方案進(jìn)行模擬分析。主要考慮加勁弦與鋼桁梁合龍先后順序、對(duì)中合龍與非對(duì)中合龍比較等因素。采用梁?jiǎn)卧⒅鳂蚪Y(jié)構(gòu)，頂推法施工并增設(shè)墩旁托架，臨時(shí)墩跨徑取80m。

2.2 加勁弦與鋼桁梁的合龍先后順序

采用對(duì)中合龍方式，對(duì)加勁弦與鋼桁梁的合龍先后順序進(jìn)行對(duì)比模擬分析。先合龍加勁弦后合龍鋼桁梁的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與豎向位移結(jié)果如圖9所示，最大應(yīng)力值達(dá)248.3MPa，最大豎向位移為-125.9mm；先合龍鋼桁梁后合龍加勁弦的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與豎向位移結(jié)果如圖10所示，最大應(yīng)力達(dá)到188.0MPa，最大豎向位移為-129.5mm。

圖9 先合龍加勁弦后合龍鋼桁梁

圖10 先合龍鋼桁梁后合龍加勁弦

由以上分析可知，先合龍鋼桁梁后合龍加勁弦的最大應(yīng)力值小于先合龍加勁弦后合龍鋼桁梁，結(jié)構(gòu)受力更有利。另外，2種合龍順序的最大豎向位移值差別不大，因此在合龍時(shí)宜先合龍鋼桁梁后合龍加勁弦。

2.3 對(duì)中合龍與非對(duì)中合龍比較

采用先合龍鋼桁梁后合龍加勁弦的順序，模擬分析比較對(duì)中合龍與非對(duì)中合龍。對(duì)中合龍的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與豎向位移結(jié)果如圖11所示，最大應(yīng)力值達(dá)188.0MPa，最大豎向位移為-129.5mm。非對(duì)中合龍結(jié)構(gòu)應(yīng)力與豎向位移結(jié)果如圖12所示，最大應(yīng)力值達(dá)394.7MPa，最大豎向位移為-129.5mm。

圖11 對(duì)中合龍模擬結(jié)果

圖12 非對(duì)中合龍模擬結(jié)果

由以上分析可知，對(duì)中合龍最大應(yīng)力值小于非對(duì)中合龍，結(jié)構(gòu)受力更有利。另外，2種合龍順序的最大豎向位移值沒有差別，因此宜采用對(duì)中合龍的方式。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以滬杭甬抬升改造工程錢塘江新建大橋?yàn)楸尘?，?duì)公軌兩用大跨長(zhǎng)聯(lián)剛性懸索加勁鋼桁梁橋的施工工法及合龍方案進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論。

1)公軌兩用大跨長(zhǎng)聯(lián)剛性懸索加勁鋼桁梁橋中的懸臂拼裝法施工不具有優(yōu)勢(shì)，不推薦采用該方法施工。

2)結(jié)合模擬分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)條件，采用頂推法施工時(shí)，取80m臨時(shí)墩跨徑較合適，宜采用無加勁弦頂推方式，并增設(shè)墩旁托架。

3)合龍時(shí)，宜采用對(duì)中合龍的方式，并先合龍鋼桁梁、后合龍加勁弦。