徐羊敏

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通強(qiáng)國的建設(shè)，沿海省市陸續(xù)開展了多項(xiàng)跨海高速、鐵路工程建設(shè)。因其惡劣的環(huán)境，跨海工程對工程質(zhì)量、結(jié)構(gòu)耐久性及施工方案都提出了更高的要求。

對于在海域或大面積發(fā)育的河岸淤積區(qū)、沿海灘涂區(qū)段的大型連續(xù)高架，出于結(jié)構(gòu)力學(xué)性能及全生命周期成本考慮，往往以混凝土箱梁為主，主要采用整孔預(yù)制、節(jié)段預(yù)制拼裝、移動模架等方案。綜合考慮大型施工設(shè)備及臨建設(shè)施的成本，此類橋梁建設(shè)上部梁板架設(shè)施工工作面往往有限，其較長的線路往往成為控制工期的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。因此，整孔預(yù)制架設(shè)方案因其較好的預(yù)制質(zhì)量、較快的架設(shè)速度成為具有規(guī)模優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)型式。

若橋梁位于灘涂區(qū)或淺海域，大型浮吊船難以進(jìn)入，則可通過架橋機(jī)采用梁上運(yùn)梁方式進(jìn)行安裝。由于箱梁荷載較大，采用梁上運(yùn)梁方案的工序各個施工步驟都應(yīng)準(zhǔn)確計算，尤其對于梁端臨時支座位置，往往受力較為復(fù)雜，需進(jìn)行實(shí)體模型精細(xì)化分析。本文正是在前人研究基礎(chǔ)上，以浙江寧波某沿海高速工程海域高架為例，利用有限元軟件ANSYS 模擬運(yùn)架梁工況下不同臨時支座方案，對比各方案優(yōu)劣性，并對設(shè)置要點(diǎn)提出相關(guān)建議。

1 工程概況

某海域高架工程位于寧波灘涂圍墾區(qū)，上部結(jié)構(gòu)采用50 m 跨徑為主的單箱單室整孔預(yù)制箱梁，梁寬16.5 m，梁高3.2 m，以5 跨一聯(lián)為主，下部結(jié)構(gòu)采用花瓶墩，承臺樁基礎(chǔ)，梁重約1 700 t，橫向設(shè)置兩個支座。箱梁在預(yù)制梁場進(jìn)行生產(chǎn)，通過提梁站提升上橋，利用運(yùn)梁車運(yùn)送至架橋機(jī)進(jìn)行逐孔架設(shè)。架梁主要分為4 個步驟：（1）架橋機(jī)就位，運(yùn)梁車將梁運(yùn)至架橋機(jī)尾部，喂梁；（2）架橋機(jī)后支腿支撐于運(yùn)梁車，前后起重小車到達(dá)取梁位；（3）前后起重小車同時起吊,并同步吊梁前行至待架跨上方；（4）起重小車橫移對位落梁。箱梁可在簡支及連續(xù)狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)架，在運(yùn)架間隙進(jìn)行負(fù)彎矩段施工，完成簡支變連續(xù)體系轉(zhuǎn)換。經(jīng)過整體模型計算，最不利架設(shè)工況為步驟（3）中架橋機(jī)前后起重小車吊梁向前，中支腿位于前后起重小車中間時，如圖1 所示。

圖1 最不利運(yùn)架工況示意

最不利工況下，中支腿所在橋墩最大支座反力達(dá)11 000 kN，而設(shè)計非連續(xù)墩處永久支座設(shè)計噸位為8 000 kN。考慮施工功效，非連續(xù)墩永久支座需在箱梁架設(shè)時便安裝就位，因此需結(jié)合墩頂空間在非連續(xù)墩永久支座內(nèi)側(cè)增設(shè)臨時支座，如圖2 所示。

圖2 非連續(xù)墩臨時支座布置情況

運(yùn)架梁支反力最大工況為架橋機(jī)前后天車共同吊運(yùn)箱梁至架橋機(jī)中支腿正上方，此時架橋機(jī)中支腿產(chǎn)生最大荷載4×296.4 t，如圖3 所示。

圖3 最不利工況架橋機(jī)中支腿布置情況

2 模型建立

由于4 個支座距離較近，施工時支座高度控制不精確易導(dǎo)致支座脫空，形成難以預(yù)計的受力狀態(tài)，產(chǎn)生較大次內(nèi)力，對混凝土梁產(chǎn)生不利影響。因此，選取架梁工況三種典型情況建模：（1）僅永久支座受力，臨時支座脫空；（2）僅臨時支座受力，永久支座脫空；（3）永久支座、臨時支座共同受力，如圖4所示。

圖4 永久及臨時支座共同受力模型

3 計算結(jié)果

計算結(jié)果如圖5～圖10 所示。

圖5 方案一橫向正應(yīng)力（單位:MPa）

圖6 方案二橫向正應(yīng)力（單位:MPa）

圖7 方案三橫向正應(yīng)力（單位:MPa）

圖8 方案一豎向正應(yīng)力（單位:MPa）

圖9 方案二豎向正應(yīng)力（單位:MPa）

圖10 方案三豎向正應(yīng)力（單位:MPa）

由計算結(jié)果可知，架梁工況僅考慮永久支座的支撐情況下，橫向正應(yīng)力最大為1.86 MPa，出現(xiàn)在箱梁頂板上緣；豎向正應(yīng)力最大為1.68 MPa，位于橫隔板上部倒角附近。

僅考慮臨時支座受力情況下，箱梁頂板上緣橫向正應(yīng)力最大達(dá)4.67 MPa，橫隔板上部倒角橫向正應(yīng)力最大為1.13 MPa；豎向正應(yīng)力最大為3.22 MPa，位于橫隔板上部倒角附近。

架梁工況考慮永久支座和臨時支座共同受力情況下，箱梁頂板上緣橫向正應(yīng)力最大達(dá)2.08 MPa，橫隔板上部倒角處橫向正應(yīng)力最大為0.06 MPa，豎向正應(yīng)力最大為1.45 MPa。

經(jīng)過對比分析，架梁期間增設(shè)臨時支座，除箱梁頂板上緣外，對其余部位受力均有不同程度改善，實(shí)際施工中臨時支座以鋼砂筒及千斤頂居多。其中，鋼砂筒標(biāo)高精度控制較難，若使得永久支座脫空，將對箱梁受力產(chǎn)生較為不利的影響。

4 結(jié)語

本文研究了大型整孔預(yù)制箱梁運(yùn)架期間不同支座布置方案的受力特性，得出以下結(jié)論：

（1）增設(shè)臨時支座對箱梁自身受力有一定改善。

（2）施工期間要注意永久支座及臨時支座標(biāo)高的控制，混凝土結(jié)構(gòu)受力情況對不均勻沉降較為敏感。

（3）根據(jù)支座廠家試驗(yàn)報告，支座極限承載力往往可達(dá)設(shè)計值的1.15～1.3 倍。若設(shè)置臨時支座或標(biāo)高精度控制難度較大，可經(jīng)過試驗(yàn)研究等手段確定永久支座極限承載力。由于架梁工況為一次性荷載，可結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步研究僅采用永久支座受力方案合理性，可大幅提高施工功效，同時避免因復(fù)雜支撐狀態(tài)而導(dǎo)致的次生裂縫。