文章依托江漢四橋拓寬工程項目，針對獨塔雙索面非對稱斜拉橋邊跨的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合該橋的特殊環(huán)境，采用有限元軟件Midas Civil建立實橋模型，對邊跨現(xiàn)澆梁進(jìn)行各施工階段受力分析，驗證了施工順序安排的合理性和可行性。

有限元模型；異形結(jié)構(gòu)；獨塔斜拉；現(xiàn)澆梁

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作者簡介：

何振華（1988—），碩士，工程師，研究方向：路橋施工。

0" 引言

斜拉橋在造型、跨距、剛度、通航等方面具有比較優(yōu)異的表現(xiàn)，故廣泛應(yīng)用于我國橋梁工程的建設(shè)之中［1-2］。由于受地形、地物限制，斜拉橋主跨需要更大跨徑去跨越山川、河流，而為了節(jié)約造價一般將主塔設(shè)置在河流岸邊或淺灘上［3-4］。這使主塔兩側(cè)主梁跨徑不對等，故也導(dǎo)致主跨主梁需采用比較輕盈材料和截面，邊跨主梁需采用厚重的材料和截面。即主跨采用鋼結(jié)構(gòu)，邊跨采用混凝土結(jié)構(gòu)以平衡主塔兩側(cè)的重量。邊跨采用混凝土結(jié)構(gòu)不僅可以平衡主塔兩側(cè)自重，同時還降低了工程造價、讓斜拉橋主墩設(shè)置于更加合理的位置。

本文依托江漢四橋拓寬工程月湖橋為研究背景，采用有限元軟件Midas Civil建立實橋模型，以橋梁邊跨結(jié)構(gòu)本身因素（預(yù)應(yīng)力、混凝土自重，彈性模量、斜拉索）和施工順序為主要研究對象，分析驗證橋梁施工順序的合理性，確保月湖橋保質(zhì)保量順利施工，以期為類似斜拉橋的邊跨現(xiàn)澆施工提供參考與借鑒。

1" 工程背景

江漢四橋拓寬工程在距既有月湖橋6.75 m位置新建一幅跨江大橋作為復(fù)線橋，外觀型式與既有橋梁保持一致，為獨塔雙索面非對稱斜拉橋。主塔2#墩位于漢口江灘，呈鉆石型，塔高為114.5 m，主橋全長為362 m，主跨與邊跨比值為1.785∶1，其中主跨232 m為鋼混疊合梁。橋面寬23.5 m，分為28個節(jié)段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長8 m；邊跨130 m為異形截面混凝土梁，跨徑由橋墩劃分為70 m+40 m+20 m，邊跨混凝土橋面寬23.5～32 m，左右側(cè)為非對稱結(jié)構(gòu)；主跨和邊跨分別設(shè)有26對平行鋼絲斜拉索。主橋立面如圖1所示。

主橋邊跨位于漢口商業(yè)中心，道路連接線起點距離城市主干道轉(zhuǎn)盤較近，因此邊跨較主跨長度短了102 m。主跨采用工字鋼梁與橋面預(yù)制板結(jié)合而成，梁高1.6 m，重量輕。邊跨上跨沿河大道及防洪墻段，受通行凈高限制采用π梁，遠(yuǎn)離主塔端為異形截面箱梁，箱室內(nèi)澆筑

1 870 t配重混凝土。2#主墩塔梁為固結(jié)結(jié)構(gòu)，3#、4#、5#墩采用拉壓支座，3#墩和4#墩的左右幅支座承載力分別為8 000 kN、9 000 kN，5#墩的左右幅支座承載力分別為5 000 kN、6 000 kN。

2" 邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁簡介

主橋邊跨現(xiàn)澆混凝土由2#主塔往5#墩方向分為四個節(jié)段，其中Ⅰ節(jié)段為塔梁固接段，Ⅱ節(jié)段為π梁，Ⅲ、Ⅳ節(jié)段為箱梁。原設(shè)計施工順序為Ⅰ節(jié)段→Ⅳ節(jié)段→Ⅲ節(jié)段→Ⅱ節(jié)段（見圖2）。

Ⅱ節(jié)段為等高等寬邊主梁，梁高2.1 m，梁頂寬23.5 m，梁底寬24 m。橋面頂板厚30 cm，邊梁寬220 cm。Ⅲ、Ⅳ節(jié)段為變高變寬單箱單室箱型截面主梁，標(biāo)準(zhǔn)梁高2.1 m，在3#、4#、5#墩處局部加高至2.7 m，梁頂寬23.5～27.011 m，梁底寬24～27.511 m。除兩端施工節(jié)段線處頂?shù)装搴?0 cm外，其余部分頂?shù)装搴駷?5 cm，標(biāo)準(zhǔn)邊梁寬為220 cm。

縱向預(yù)應(yīng)力采用12-s15.2、5-s15.2和扁5-s15.2，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用群錨錨固?？v向預(yù)應(yīng)力按張拉順序大致分為兩類：一類是隨主梁分塊現(xiàn)澆逐段張拉錨固、逐段接長的預(yù)應(yīng)力束，一類是主梁Ⅰ、Ⅱ號塊澆注完成后再統(tǒng)一穿索張拉的預(yù)應(yīng)力束。張拉方式有單端張拉和兩端張拉。橫梁內(nèi)布置有橫向預(yù)應(yīng)力，采用12-s15.2、15-s15.2、17-s15.2和19-s15.2鋼絞線，部分橫梁預(yù)應(yīng)力在主梁分塊現(xiàn)澆完成時張拉，其余部分待邊跨主梁橫向落架后再張拉，所有橫梁預(yù)應(yīng)均采用兩端張拉。如圖3～4所示。

整個邊跨均在現(xiàn)澆支架上實施，主塔封頂前完成鄰近塔梁固結(jié)的Ⅱ節(jié)段π梁現(xiàn)澆及預(yù)應(yīng)力張拉，然后逐節(jié)段安裝跨江段的鋼混結(jié)合梁，同步對稱安裝主跨和邊跨的斜拉索，利用斜拉索和邊跨作為配重保證鋼混疊合梁懸臂拼裝時期的體系平衡。

獨塔雙索面非對稱斜拉橋邊跨現(xiàn)澆梁各施工階段受力研究/何振華，李湘華，羅" 國，李登武

3" 按原設(shè)計施工順序?qū)吙绠愋谓Y(jié)構(gòu)混凝土梁進(jìn)行受力分析

邊跨所處位置地質(zhì)情況：地表往下依次為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉細(xì)砂、中粗砂、粉質(zhì)黏土，荷載持續(xù)作用下易產(chǎn)生沉降，現(xiàn)澆支架地基需實施鉆孔灌注樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)進(jìn)行處理，確保支架零沉降。其中Ⅱ節(jié)段所處位置地下管線復(fù)雜且有防洪墻，所跨越的道路為交通主干道，無法封閉施工，故Ⅱ節(jié)段所處位置無法實施大面積的地基處理。若支架地基不進(jìn)行加強處理鋼管支架持續(xù)承載時間超過2個月后地基沉降量可＞20 mm。

經(jīng)驗算，若支架地基不進(jìn)行加強處理，地基沉降20 mm時Ⅱ節(jié)段主梁下緣拉應(yīng)力達(dá)到3.3 MPa，出現(xiàn)開裂，臨近的3#橋墩支座承載力將達(dá)到22 000.8 kN，超出3#橋墩的設(shè)計支座承載力17 000 kN，嚴(yán)重影響橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全。如圖5～6所示。

4" 調(diào)整施工順序后對邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁進(jìn)行受力分析

4.1" 邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁調(diào)整后施工順序簡介

為確保主梁施工質(zhì)量及橋墩安全，研究減少混凝土梁在支架上的壓載時間，將45 m長Ⅱ節(jié)段分5個小節(jié)段澆筑，減輕壓重，并迅速完成現(xiàn)澆、養(yǎng)護(hù)、張拉、掛索，使得支架盡快脫空。即將原施工順序調(diào)整為Ⅰ節(jié)段→Ⅳ節(jié)段→Ⅲ節(jié)段→Ⅱ-1梁段→Ⅱ-2梁段→Ⅱ-3梁段→Ⅱ-4梁段→Ⅱ-5梁段。見表1及圖7。

將邊跨支架一次性安裝完成，按照現(xiàn)澆梁工序施工Ⅱ-1梁段鋼筋、模板、混凝土、張拉、壓漿，完成后立即進(jìn)行掛索，同步安裝主跨第一節(jié)段，張拉S1、M1斜拉索，依次安裝主跨第二節(jié)段，張拉S2、M2斜拉索，依次安裝主跨第三節(jié)段，張拉S3、M3斜拉索。每節(jié)段懸臂最前面一根索如依次安裝主跨第二節(jié)段張拉S2、M2斜拉索時，只做一次張拉，之后澆筑Ⅱ節(jié)段的下梁段混凝土，再進(jìn)行第二次拉張。例如Ⅱ-1梁段最前端索S3、M3先只進(jìn)行一次拉張，待Ⅱ-2梁段澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉完成后再對索S3、M3進(jìn)行第二次拉張。這樣可使當(dāng)前節(jié)段全部斜拉索以最快速度掛索，主梁受地基沉降影響最小。邊跨Ⅱ節(jié)段施工基本流程如表2所示。

4.2" 邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁邊跨Ⅱ節(jié)段各施工階段模擬分析

4.2.1" 支座反力

利用有限元軟件Midas Civil建立實橋模型模擬施工過程，計算各個施工階段的支架反力和混凝土梁應(yīng)力。

經(jīng)計算，S2～S9索位置的支架反力最大值為588.9 kN，由5根鋼管支架分?jǐn)偅瑔胃休d為117.78 kN；在現(xiàn)有地面澆筑2 m×3 m×0.6 m的支架基礎(chǔ)，要求地基承載力為44 kPa，位于道路車行道上，地基承載力能夠滿足要求；S1索支架反力1 367.7 kN為最大值，地基承載力要求最高，需要進(jìn)行地基處理。見圖8。

4.2.2" 邊跨Ⅱ節(jié)段施工階段混凝土主梁應(yīng)力

邊跨Ⅱ節(jié)段各施工階段混凝土主梁應(yīng)力如表3所示。

5" 結(jié)語

本文以江漢四橋拓寬工程中跨江斜拉橋（月湖橋）為現(xiàn)實依據(jù)，利用有限元軟件Midas Civil建立實橋模型模擬施工過程對獨塔斜拉橋邊跨主梁進(jìn)行分析。重點分析了斜拉橋邊跨Ⅱ節(jié)段在不同施工順序條件下的受力情況，得出以下結(jié)論：

（1）斜拉橋邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁按原施工順序施工時，由于支架受力持續(xù)時間長，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)不可避免會產(chǎn)生地基沉降。當(dāng)沉降量達(dá)到20 mm時，將導(dǎo)致支點反力超過支座設(shè)計承載力。故按原施工順序施工必須對支架基礎(chǔ)進(jìn)行地基處理以消除地基沉降。結(jié)合各種基礎(chǔ)特點，支架選取鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，然而整個支架位于沿河大道上，現(xiàn)場無條件進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，即按原有施工順序施工無法保證邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁的質(zhì)量和安全。

（2）斜拉橋邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁按調(diào)整后的施工順序施工時，支架支反力較小，僅S1索支架反力達(dá)到1 367.7 kN，需對基礎(chǔ)進(jìn)行處理?？紤]到該位置位于江灘，緊鄰圍堰且有鉆孔灌注樁作業(yè)空間，故采用鉆孔灌注樁基進(jìn)行處理以滿足承載要求，與原有施工順序?qū)Ρ日{(diào)整后的施工順序基礎(chǔ)處理工程量減少了90%。

（3）斜拉橋邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁按調(diào)整后的施工順序施工時，主梁應(yīng)力最小值為-0.8 MPa，整個施工過程中均為壓應(yīng)力，有利于邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁質(zhì)量控制，可以有效防止主梁裂縫的產(chǎn)生。

（4）通過對邊跨異形結(jié)構(gòu)混凝土梁施工順序調(diào)整前后的對比可知，調(diào)整后的施工順序支架基礎(chǔ)處理工程量大大減少，施工順序更加合理，且可以滿足設(shè)計要求。

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20240320