應(yīng)海峰，韋躍

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇交科交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223001）

隨著我國高速公路網(wǎng)的不斷建設(shè)，跨越既有高速公路的橋梁工程建設(shè)不可避免。為了盡可能減小施工對(duì)既有高速公路運(yùn)營安全的影響，保障施工安全，最大限度地縮短跨線作業(yè)時(shí)間，轉(zhuǎn)體施工被廣泛采用。

獨(dú)塔斜拉橋不僅有斜拉橋所具有的跨越能力大、結(jié)構(gòu)簡潔明快、塔柱高聳挺拔、造型輕巧美觀、型式多樣化等特點(diǎn)。除此以外，獨(dú)塔斜拉橋主梁長度比雙塔短，無索區(qū)較長，一般造價(jià)略低；而且整體剛度較大，抗風(fēng)抗震動(dòng)力性能均比雙塔斜拉橋要好。在橋梁設(shè)計(jì)總體布置中，由于獨(dú)塔斜拉橋僅有一座塔墩，其橋墩選擇在地質(zhì)條件好的一側(cè)；或者根據(jù)河流主航道位置、橋下交通道路要求以及地形地貌的特征情況來進(jìn)行確定[1]。

轉(zhuǎn)體施工的獨(dú)塔斜拉橋結(jié)合了上述特點(diǎn)，在實(shí)際工程中已越來越多得到應(yīng)用。

1 工程概況

擬建政和大道西延跨越滬寧高速，路線線位與滬寧高速斜交角度為33.3°。根據(jù)規(guī)劃要求，滬寧高速后期有拓寬改造為雙向十車道的需求。本次上跨滬寧高速處橋梁設(shè)計(jì)為（175+175）m 獨(dú)塔中央索面鋼箱梁斜拉橋，采用轉(zhuǎn)體法施工，轉(zhuǎn)體部分跨徑為（166+166）m。在大樁號(hào)側(cè)設(shè)置輔助墩，輔助墩與主塔間距88.3m。

圖1 滬寧高速節(jié)點(diǎn)橋立面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 橋塔

橋塔呈“風(fēng)帆”造型，造型別致，景觀優(yōu)美，由主塔和附塔兩部分組成。主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由下塔墩，中、上塔柱及塔冠幾部分組成。標(biāo)準(zhǔn)段塔柱截面順橋向?qū)挾葹?.5m，橫橋向?qū)挾葹?.5m，采用單箱單室截面，順橋向壁厚為1.2m，橫橋向壁厚為1.0m。附塔采用鋼結(jié)構(gòu)箱型截面，縱橋向根部寬度4m，塔頂寬度2m；橫橋向根部寬度5m，塔頂寬度2.5m。截面尺寸由根部到塔頂呈均勻變化。在索錨區(qū)沿拉索方向在主塔和附塔之間設(shè)置索套管。主塔和附塔通過底部、頂部以及中間索套管連接，形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)。

主塔基礎(chǔ)采用承臺(tái)接群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用六邊形，長邊16.25m，短邊13.08m，高5.5m。承臺(tái)下梅花形布置24 根鉆孔灌注樁，樁徑2.2m。

圖2 橋塔結(jié)構(gòu)圖

2.2 主梁

主梁采用全焊接扁平流線型封閉鋼箱梁。主梁標(biāo)準(zhǔn)截面采用單箱五室，中心線處梁高3.2m。箱梁頂板寬31.5m（含風(fēng)嘴），底板寬15.4m。鋼箱梁頂面設(shè)雙向2.0%的橫坡，底面平行布置。斜拉索采用中央索面布置，橫橋向采用雙排索。斜拉索呈扇形布置，梁上錨固點(diǎn)索距12m，塔上豎向索距分3.0m、2.5m 和2m 三種。

圖3 鋼主梁結(jié)構(gòu)圖

2.3 拉索

采用中央索面布置，橫橋向采用雙排索。斜拉索呈扇形布置，在梁上錨固點(diǎn)間距12m，在塔上豎向間距分3m、2.5m 和2m 三種。橫向每排拉索在梁上錨固點(diǎn)處橫向間距4.3m，在塔上錨固點(diǎn)處橫向間距0.9m 左右。

采用φ15.2PE 包裹的填充型環(huán)氧涂層鋼絞線斜拉索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，公稱直徑為15.2mm。斜拉索外包雙層熱擠PE 護(hù)套，拉索自由段由雙螺旋線HDPE 外護(hù)套管進(jìn)行整體防護(hù)，以減小風(fēng)雨振發(fā)生的可能。全橋共4×13=52 根斜拉索，根據(jù)拉索力的不同，共選擇四種規(guī)格，分別為43-φs15.2、55-φs15.2、61-φs15.2 和73-φs15.2。

2.4 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)

橋梁采取平面轉(zhuǎn)體施工法跨越既有滬寧高速，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由上轉(zhuǎn)盤、球鉸、下轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)等部分組成。

轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸采用成套產(chǎn)品，分上下兩片，其豎向承載力180000kN。球面投影直徑φ4200mm，球鉸是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)體系的核心，其加工制作及安裝精度均要求較高，必須精心制作和安裝。

圖4 轉(zhuǎn)體體系布置圖

3 有限元模型的建立

根據(jù)滬寧高速節(jié)點(diǎn)橋施工圖，采用Midas/Civil 軟件建立全橋單梁桿系模型。主塔、主梁用梁單元進(jìn)行模擬，斜拉索采用桁架單元進(jìn)行模擬，承臺(tái)簡化為剛體，所有承臺(tái)底約束六個(gè)方向的自由度。主塔與主梁縱向分別按不同縱向體系進(jìn)行全固結(jié)、縱向彈性連接（縱向彈簧剛度為2×104kN/m），橫向約束采用固結(jié)。整體有限元模型見圖5。

圖5 橋梁整體有限元模型

4 結(jié)構(gòu)體系的確定

由于本橋采用平面轉(zhuǎn)體施工法，為減輕轉(zhuǎn)體階段上部結(jié)構(gòu)自重，主梁采用鋼箱梁。綜合考慮主塔的造型、整體剛度和施工便易性等因素，主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

混凝土橋塔與鋼主梁常采用半飄浮體系或塔梁墩固結(jié)體系。采用半飄浮體系時(shí)，結(jié)構(gòu)通過支座約束體系傳遞荷載，不需設(shè)置鋼-混凝土過渡段，構(gòu)造簡單且傳力明確，施工便利。采用塔梁墩固結(jié)體系時(shí)，結(jié)構(gòu)整體剛度好，便于懸臂施工，能夠減小橋塔壓桿自由長度；另一方面，塔梁墩固結(jié)處構(gòu)造復(fù)雜，需設(shè)置鋼-混凝土過渡段，受力不明確，施工難度較大。下面比較兩種結(jié)構(gòu)體系的主梁和主塔內(nèi)力、位移，具體結(jié)果見表1。

表1 兩種結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力和變形比較表

由上表可以看出，對(duì)主梁彎矩而言，半漂浮體系比塔梁墩固結(jié)體系更小，正負(fù)彎矩也更均勻，主要是因?yàn)樗憾展探Y(jié)體系在塔梁固結(jié)處存在鋼-混凝土過渡段，此范圍內(nèi)主梁剛性約束且受力復(fù)雜，彎矩較大。對(duì)主梁變形而言，塔梁墩固結(jié)體系比半漂浮體系稍小，主要是因?yàn)樗憾展探Y(jié)體系結(jié)構(gòu)整體剛度更大。對(duì)主塔彎矩而言，兩種結(jié)構(gòu)體系基本一致，半漂浮體系稍大。

考慮墩塔梁固結(jié)體系中需要設(shè)置塔梁固結(jié)構(gòu)造、鋼-混凝土過渡段構(gòu)造等。同時(shí)，墩塔梁固結(jié)體系結(jié)構(gòu)自重較大，縱橋向抗震性能較半漂浮體系差；轉(zhuǎn)體施工時(shí)結(jié)構(gòu)自重也比半漂浮體系大約4000t。綜上所述，本橋設(shè)計(jì)考慮采用半漂浮體系。

5 輔助墩的設(shè)置

斜拉橋在邊跨設(shè)置輔助墩，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度。當(dāng)橋梁主跨作用活載時(shí)，輔助墩的設(shè)置可以明顯約束塔身變形，從而改善橋塔和主跨的內(nèi)力，提高橋梁的整體剛度。同時(shí)輔助墩的設(shè)置還可以明顯改善邊跨的內(nèi)力和變形，特別是對(duì)輔助墩附近主梁斷面的內(nèi)力有明顯改善。下面將本橋設(shè)置輔助墩前后的主要計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤? 所示。

表2 輔助墩設(shè)置前后結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)表

通過計(jì)算對(duì)比分析，橋梁設(shè)置輔助墩后，對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)整體剛度提高較大。在汽車活載作用下，主塔縱橋向變形和塔底內(nèi)力均得到明顯減?。恢髁鹤冃魏蛢?nèi)力也有一定減小。橋梁在滬寧高速西南側(cè)也有設(shè)置輔助墩的空間，因此本橋設(shè)計(jì)考慮設(shè)置輔助墩。

6 結(jié)論

政和大道西延線滬寧高速節(jié)點(diǎn)橋?yàn)?175+175)m 獨(dú)塔中央索面鋼箱梁斜拉橋，采用轉(zhuǎn)體施工方法。本文采用有限元分析程序?qū)υ摌蛄航Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，從橋梁結(jié)構(gòu)體系確定、輔助墩設(shè)置與否、轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了深入的探討和研究，為類似工程提供了借鑒和參考。