李永

（貴州公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

鋼桁梁斜拉橋作為一種新型組合梁橋，具有承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、跨度大等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁建設(shè)中得到大規(guī)模應(yīng)用。目前，常用的鋼桁梁拼裝方式較多，包括頂推法、懸臂拼裝法等，其中對(duì)于作業(yè)空間受限的條件下，懸臂拼裝法具有十分突出的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題。如待拼裝梁段吊裝時(shí)，已拼裝與待拼裝梁體正交異性鋼橋面板易產(chǎn)生變形不匹配問(wèn)題，影響成橋質(zhì)量。為此，該文章以某鋼桁梁斜拉橋?yàn)橐劳?，系統(tǒng)分析了懸臂段施工階段橋面板產(chǎn)生變形的原因，并指出相應(yīng)對(duì)策，對(duì)保證橋梁建設(shè)的順利完成具有重要意義。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

某斜拉橋采用獨(dú)塔雙跨鋼桁梁結(jié)構(gòu)，跨徑組合形式為2×206m，全長(zhǎng)為412m。主梁為雙桁雙層框架結(jié)構(gòu)，斜拉索采用抗拉強(qiáng)度為1860MPa 的鋼絲，索塔為門架式混凝土塔，該橋梁項(xiàng)目鋼桁梁斷面示意如圖1所示。

圖1 某大橋主橋鋼桁梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

1.2 施工工藝

斜拉橋整體劃分成33 段，索塔段主要采用鋼管支架與履帶吊實(shí)施組拼，而邊跨合龍段與標(biāo)準(zhǔn)段均利用全回轉(zhuǎn)式吊機(jī)懸臂組拼方式進(jìn)行施工作業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)段工藝流程如圖2 所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)梁段懸臂拼裝流程

標(biāo)準(zhǔn)梁段采用整體對(duì)稱式懸臂組拼方式進(jìn)行作業(yè)，其施工機(jī)械為80t 全回轉(zhuǎn)式吊機(jī)，其支點(diǎn)縱、橫向距離均為12m。由于標(biāo)準(zhǔn)梁段重量大，實(shí)際施工時(shí)將主桁與鋼橋面板分開吊裝。同時(shí)，由于橋梁提梁站高度有限，吊裝點(diǎn)布設(shè)于距橋梁中心線8.88m 位置處。

2 鋼桁梁斜拉橋有限元分析

2.1 有限元模型建立

該斜拉橋?yàn)檎划愋凿摌蛎?，主要包含面板、中隔板、U 型肋板三部分。根據(jù)相關(guān)研究理論，通常將此種形式的橋面板分成30 結(jié)構(gòu)體系，具體為第一（主梁）體系、第二（橋面）體系、第三（蓋板）體系。結(jié)合該橋梁工程實(shí)際情況，主要對(duì)第二（橋面）體系實(shí)施探究。借助ANSYS 系統(tǒng)構(gòu)建梁段有限元模型。為降低邊界效應(yīng)影響，在靠近索塔側(cè)的梁段位置設(shè)置錨固約束。標(biāo)準(zhǔn)段有限元模型如圖3 所示[1]。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)梁段的局部有限元模型

2.2 計(jì)算結(jié)果與分析

懸臂段梁體在自身重力作用下產(chǎn)生下?lián)犀F(xiàn)象，其豎向變形情況如圖4 所示。

圖4 梁段自重作用下懸臂梁段豎向變形（單位：m）

從圖4 可知：第一，橋面板呈現(xiàn)整體下?lián)犀F(xiàn)象，且豎向變形由兩端向中間逐漸增大；第二，撓度最大處位于下層橋面板中心線位置，最大豎向位移為-19.7mm。懸臂段施工時(shí)，上層橋面板受橋面吊機(jī)荷載作用，產(chǎn)生較大豎向變形，而下層橋面板結(jié)構(gòu)無(wú)外部荷載作用，因此其變形相對(duì)較小，橋面吊機(jī)作用下懸臂梁豎向變形情況如圖5 所示。

圖5 橋面吊機(jī)荷載作用下懸臂梁段豎向變形（單位：m）

從圖5 可知：第一，該工況下橋面板豎向變形最大部位，位于上橋面懸臂端中心線位置；第二，兩種橋面吊機(jī)作用下，橋面板中線位置產(chǎn)生的豎向位移依次為-15.4mm、-35.6mm。待拼裝梁段在其自身重力作用下，梁體兩端及其中心線部位產(chǎn)生豎向變形，通過(guò)數(shù)值模擬求出橋面中心線及懸臂端相對(duì)吊點(diǎn)位置的豎向位移，其值分別為-1.0mm 和-3.2mm，其位移最大處位于懸臂端兩側(cè)。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算求出懸臂段與待拼裝段正交異性鋼橋面板豎向位移，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，懸臂段橋面板豎向位移顯著高于待拼裝段，并且待拼裝段在梁體自身重力及吊點(diǎn)拉力聯(lián)合作用下的豎向位移較小。

3 施工控制優(yōu)化措施

3.1 斜腹桿與下弦桿之間增設(shè)臨時(shí)支撐

鋼桁梁節(jié)段主桁下弦桿懸臂段長(zhǎng)度過(guò)大，下弦桿在梁體自身重力作用下產(chǎn)生較大豎向變形，給后期主桁拼裝帶來(lái)較大困難。為有效避免該問(wèn)題，保證施工安全，實(shí)際施工時(shí)，為防止下弦桿變形，在主桁下弦桿與斜腹板之間增設(shè)臨時(shí)支撐體系，見圖6。

圖6 鋼桁梁下弦桿臨時(shí)支撐布置示意圖

3.2 上下層橋面板之間增設(shè)臨時(shí)支撐

依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，橋面吊機(jī)主要固定于主桁或永久性結(jié)構(gòu)之上，但由于該斜拉橋上下層橋面板間未設(shè)置永久性連接裝置，造成上層橋面板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大豎向變形。為防止此類問(wèn)題出現(xiàn)，在斜拉橋上下層橋面板之間增設(shè)臨時(shí)支撐，將上、下層橋面板連接成整體，共同承受外部荷載作用，以有效控制上層橋面板豎向變形，如圖7 所示。

圖7 上下層臨時(shí)支撐布置示意圖

3.3 懸臂梁段優(yōu)化結(jié)果對(duì)比

增加設(shè)置臨時(shí)支撐之后，斜拉橋懸臂段受梁體自身重力影響，橋面板產(chǎn)生下?lián)犀F(xiàn)象，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，相較于布設(shè)支撐前，橋面板變形得到明顯下降，變形最大部位位于下層橋面板中線位置，其位移由最初的-19.7mm 降至-9.1mm，且下弦桿位置處的變形較小，可不予以考慮。增設(shè)臨時(shí)支撐后，斜拉橋懸臂段受橋面吊機(jī)重力作用，橋面板出現(xiàn)整體下?lián)犀F(xiàn)象，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，兩種橋面吊機(jī)作用下，其豎向變形最大部位位于上橋面懸臂端中心線位置，其豎向位移由最初的-15.4mm、-35.6mm 降至-6.4mm、-15.0mm[2]。

3.4 待安裝梁段匹配工藝分析

鋼桁梁懸臂施工時(shí)，待拼裝梁體鋼橋面板下方主桁架已施工完成，在對(duì)梁體實(shí)施匹配時(shí)，可先將橋面板與主桁架之間的橫隔板連接在一起，然后再卸除吊點(diǎn)荷載，以有效降低吊機(jī)錨固點(diǎn)處的支座反力，防止梁體匹配位置的變形。同時(shí)，有效改變待安裝梁體橋面板受力狀態(tài)，使其成為僅受自身重量作用的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)。待吊機(jī)對(duì)梁體的拉力作用全部卸除后，待拼裝梁體在自身重力影響下，在結(jié)構(gòu)中心線位置產(chǎn)生向下的撓度，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)待拼裝梁段匹配工藝實(shí)施優(yōu)化后，其豎向位移最大處位于結(jié)構(gòu)中心線位置，最大位移為-9.4mm[3]。

3.5 施工優(yōu)化后結(jié)果對(duì)比

匹配工藝優(yōu)化后斷面位置豎向變形情況如圖8所示。

圖8 施工優(yōu)化后匹配斷面豎向變形

從圖8 可知：匹配工藝優(yōu)化后，懸臂段所有部位豎向變形顯著下降，同時(shí)因待拼裝梁體受力形式變化，其變形情況也隨之發(fā)生變化，從吊裝階段的兩端豎向變形轉(zhuǎn)變?yōu)槠囱b狀態(tài)下的橋面中線豎向變形。吊機(jī)對(duì)梁體的拉力作用全部卸除后，懸臂段在工況及自身重量荷載共同作用下，其最大位移位于橋面中線位置，其值為-13.2mm，該條件下待拼裝梁體橋面中線處的豎向位移為-8.7mm，二者之間的偏差達(dá)4.5mm，拼裝過(guò)程中，可利用千斤頂及定位法進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)論

綜上所述，文章以某鋼桁架斜拉橋?yàn)橐劳?，系統(tǒng)探究雙層雙桁鋼桁架斜拉橋梁體懸臂安裝時(shí)橋面板變形不匹配的原因，并提出施工控制優(yōu)化措施，具體結(jié)論如下：第一，變形不匹配原因。一是主桁下弦桿懸臂長(zhǎng)度較大，造成懸臂段重力荷載顯著增大；二是上下層橋面板間缺少支撐裝置，在吊機(jī)荷載影響下，上、下橋面板變形差異較大；三是待拼裝梁體吊裝過(guò)程中，在自身重力荷載作用下變形相對(duì)較小。第二，施工控制優(yōu)化措施。一是主桁下弦桿、斜腹板間，增加設(shè)置臨支體系，以有效防止下弦桿變形；二是在斜拉橋上下層橋面板之間增設(shè)臨時(shí)支撐，將上、下層橋面板連接成整體，共同承受外部荷載作用，以有效控制上層橋面板豎向變形；三是完善施工工藝，改變待拼裝梁體橋面板受力形式，匹配安裝時(shí)，先將橋面板與主桁架之間的橫隔板連接在一起，然后再卸除吊點(diǎn)荷載，以有效降低吊機(jī)錨固點(diǎn)處的支座反力，防止梁體匹配位置的變形。