大跨度懸索橋落梁法成橋施工技術(shù)研究

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1前言
　　
　　懸索橋由于其自身的美觀和經(jīng)濟(jì)性在大跨度橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，其中的自錨式懸索橋由于不需要建設(shè)巨大的錨錠，且其橋型優(yōu)美在大跨城市橋梁建設(shè)中開始得到廣泛的應(yīng)用。
　　
　　2自錨式懸索橋施工流程
　　
　　大跨度橋梁的分段施工時(shí)都要經(jīng)歷一個(gè)結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換過(guò)程，體系轉(zhuǎn)換過(guò)程前后兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)和變形特點(diǎn)均不相同，但最終將轉(zhuǎn)化成永久的結(jié)構(gòu)體系-成橋狀態(tài)[1]。
　　自錨式懸索橋由于其自身固有的特點(diǎn)，其上部結(jié)構(gòu)的施工順序?yàn)椋合炔捎庙斖?、分段預(yù)制吊裝或支架現(xiàn)澆方法施工懸索橋的加勁梁，在主塔及加勁梁均施工完成后進(jìn)行主纜的安裝，然后進(jìn)行吊索安裝，最終完成全橋的體系轉(zhuǎn)換。自錨式懸索橋的體系轉(zhuǎn)換過(guò)程，通常采用張拉吊索法來(lái)完成[2-3]。張拉吊索法通過(guò)在安裝吊索的過(guò)程中不斷調(diào)整吊索的連接長(zhǎng)度從而使加勁梁的恒載作用逐漸轉(zhuǎn)移由主纜承受，通常張拉吊索法需分三級(jí)進(jìn)行，且需對(duì)每根吊桿進(jìn)行張拉調(diào)整，因此施工作業(yè)周期長(zhǎng)，對(duì)于施工機(jī)具的占用多，且施工費(fèi)用較高。落梁法則依靠進(jìn)行加勁梁施工的臨時(shí)墩先頂升加勁梁，然后無(wú)應(yīng)力安裝所有吊索，最后一次落梁形成體系。顯然，落梁法與張拉吊索法相比具有施工周期短，施工機(jī)具占用少，施工費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。
　　本文結(jié)合長(zhǎng)沙市三汊磯大橋的施工情況，對(duì)一次落梁法成橋的施工技術(shù)中需要進(jìn)行控制的施工參數(shù)進(jìn)行了研究和探討，對(duì)落梁法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換的施工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用具有參考價(jià)值。
　　
　　3三汊磯大橋落梁法施工情況
　　
　　3.1 三汊磯大橋工程簡(jiǎn)介
　　三汊磯湘江大橋是湖南省長(zhǎng)沙市二環(huán)線上跨越湘江的重點(diǎn)工程。該橋的主跨為五孔的雙塔雙索面自錨式懸索橋，其總體布置示意見圖1；主孔跨徑328m，兩邊孔132m，兩次邊孔70m。成橋狀態(tài)矢跨比：中跨為1/5，邊跨為1/10.6。加勁梁型式為單箱五室扁平閉口鋼箱梁，采用Q345d鋼。全橋箱梁分標(biāo)準(zhǔn)梁段、索塔附近區(qū)段、主錨錨固段及壓重節(jié)段。吊索與主纜連接方式為上下銷接式，吊索在鋼箱梁上的錨固采用通過(guò)錨拉板的銷接連接。顯然，吊索的這種連接方式最為簡(jiǎn)單，但無(wú)法進(jìn)行吊索的張拉施工，因此無(wú)法應(yīng)用張拉吊索法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。
　　
　　3.2 三汊磯大橋臨時(shí)墩跨徑布置
　　在三汊磯大橋施工期間，為了滿足湘江的通航要求，結(jié)合考慮標(biāo)準(zhǔn)鋼箱梁的重量（約200t），對(duì)鋼箱加勁梁采用多點(diǎn)連續(xù)頂推方法使其到位，考慮到頂推鋼箱梁施工中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，全橋設(shè)置了6個(gè)臨時(shí)墩（編號(hào)依次為L(zhǎng)SD1～LSD6），其跨徑布置見圖1。根據(jù)滑道布置情況，橫橋向設(shè)置了2個(gè)單獨(dú)的臨時(shí)墩，其中心距為22.8m。每個(gè)臨時(shí)墩采用4根Φ1.5m鉆孔樁作為基礎(chǔ)，再用4根Φ1200×12mm鋼管接長(zhǎng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，4根鋼樁之間通過(guò)型鋼、節(jié)點(diǎn)板連接成整體共同受力。為了進(jìn)行加勁鋼箱梁的起頂，在鋼樁頂先設(shè)置橫橋向分配梁，然后分配梁頂設(shè)置縱向滑道梁，分配梁及滑道梁均采用鋼板焊接制作。在滑道梁兩側(cè)設(shè)置起頂牛腿，以便在鋼箱梁被頂推就位后，可起頂較大高度來(lái)安裝吊桿。
　　
　　3.3 三汊磯大橋的落梁法施工簡(jiǎn)介
　　對(duì)于三汊磯大橋，待全部鋼箱梁按照成橋線型標(biāo)高頂推施工就位后，通過(guò)起頂中跨的LSD2-LSD5這4個(gè)臨時(shí)墩頂上事先設(shè)置好的頂推滑道，根據(jù)空纜與成橋主纜線形的變化情況，將加勁鋼箱梁沿豎向起頂一定的高度，使得吊索能在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下安裝就位，待全部吊索安裝完成后，逐步落梁至各梁段的成橋設(shè)計(jì)標(biāo)高，使主纜和吊桿共同承受原本由4個(gè)臨時(shí)墩承受的鋼箱梁荷載，以達(dá)到完成體系轉(zhuǎn)換的目的。
　　

              
　　起頂時(shí)11、12號(hào)墩鋼箱梁豎向位置不變(事先在壓重梁段上壓重)。因臨時(shí)墩支反力較大，若采用千斤頂直接頂升鋼箱梁，則在滑道與箱梁結(jié)合部位處易產(chǎn)生應(yīng)力集中而造成鋼箱梁局部屈曲變形，故可通過(guò)起頂滑道梁上、下游兩側(cè)設(shè)置在分配梁位置的鋼牛腿(每一滑道梁設(shè)4個(gè))來(lái)起頂滑道梁，進(jìn)而起頂鋼箱梁，然后在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下安裝吊桿，安裝完畢后再逐步落梁。起頂過(guò)程中在滑道梁與分配梁之間加設(shè)鋼墊塊，以逐步將鋼箱梁起頂?shù)皆O(shè)計(jì)位置（鋼墊塊高度根據(jù)實(shí)際情況確定）。對(duì)每一滑道梁采用4臺(tái)千斤頂，每2個(gè)千斤頂共配1臺(tái)油泵，以盡量做到同步均勻地起頂滑道梁。
　　
　　4三汊磯大橋落梁法成橋的施工過(guò)程仿真分析
　　
　　4.1鋼箱梁起頂施工過(guò)程仿真分析模型
　　施工技術(shù)方法確定后，必須考慮具體施工過(guò)程中的控制操作流程，而決定操作流程的是結(jié)構(gòu)安全性，包括各臨時(shí)墩的起頂安全性、鋼箱梁的應(yīng)力及變形安全性等。為此建立施工過(guò)程的仿真分析模型，以確定每一頂升點(diǎn)的頂升量、頂升分級(jí)數(shù)及安全穩(wěn)定性等，從而能夠。運(yùn)用大型通用有限元分析軟件建立平面非線性有限元仿真模型，圖2為離散仿真分析模型。
　　
　　4.2鋼箱梁起頂點(diǎn)起頂量的確定
　　在鋼箱梁起頂施工過(guò)程中，處理的關(guān)鍵在于對(duì)各起頂點(diǎn)起頂量的確定。由于主纜自由懸掛狀態(tài)與成橋狀態(tài)的索夾節(jié)點(diǎn)存在一定的豎向位移差，各吊索的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度又是確定的，所以這意味著對(duì)鋼箱梁起頂量的確定至少需要滿足這種豎向位移差的變化要求，同時(shí)，還要兼顧鋼箱梁頂推后實(shí)際線形與理論線形間的誤差、主纜安裝誤差、溫度影響修正及橋面施工荷載的影響。通過(guò)數(shù)值分析方法，以理想化的頂推完成線形作為鋼箱梁無(wú)應(yīng)力線形，進(jìn)行鋼箱梁的起頂仿真分析，得到了主跨內(nèi)4個(gè)臨時(shí)墩（LSD2～LSD5）起頂量值的3個(gè)參考方案，見圖3。
　　4.2.13種頂升量方案下臨時(shí)墩的支反力分配
　　通過(guò)仿真計(jì)算模型，得到了3種不同起頂方案下各個(gè)臨時(shí)墩的支反力（見表2）。分析表1，可看到方案3中LSD1，LSD6的支反力已超過(guò)了臨時(shí)墩的設(shè)計(jì)承載力（1740t），不宜采用。
　　4.2.2 起頂點(diǎn)起頂量的確定
　　通過(guò)分析圖3，可看到：在方案2中，4個(gè)臨時(shí)墩的起頂量與中跨各吊索節(jié)點(diǎn)空纜與成橋狀態(tài)標(biāo)高差比較符合，且可以含括施工中部分誤差因素對(duì)吊索無(wú)應(yīng)力連接帶來(lái)的影響，因此，選擇方案2中的頂升量值(頂升量值:LSD2～LSD5依次為0.84，1.50，1.40，0.66m)作為實(shí)際的頂升控制數(shù)據(jù)。

轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論文下載中心 http://www.studa.net4.3 鋼箱梁頂升的操作流程安全性及可行性分析
　　4.3.1 臨時(shí)墩的安全性分析
　　當(dāng)4個(gè)臨時(shí)墩各自總的起頂量確定后，需要根據(jù)頂升用的千斤頂?shù)男谐檀_定頂升的級(jí)數(shù)，以及每級(jí)各頂升點(diǎn)的頂升控制量等實(shí)際施工控制性數(shù)據(jù)。在確定這些控制性數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證起頂施工中各支承墩(臨時(shí)墩和永久墩)的反力及鋼箱梁的應(yīng)力水平必須控制在允許范圍內(nèi)，因?yàn)檫@些均與起頂量的大小密切相關(guān)。為此，需要建立施工階段仿真分析模型來(lái)確定頂升分級(jí)數(shù)以及每一級(jí)起頂量。經(jīng)過(guò)多次模型試算分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)采用15級(jí)均勻分級(jí)頂升施工時(shí)，即使發(fā)生個(gè)別臨時(shí)墩頂升量不同步的情況，所引起的支墩反力也不會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)承載力，此時(shí)臨時(shí)墩在施工中處于安全狀態(tài)。分析結(jié)果見表2。
　　4.3.2 鋼箱梁的安全性分析
　　起頂前鋼箱梁最大正彎矩為58372KN·m，最大正應(yīng)力為33.15Mpa；最大負(fù)彎矩為-84911 KN·m，最大拉應(yīng)力為41.12Mpa。在起頂方案2中，最大正彎矩為173236KN·m，最大正應(yīng)力83.89MPa；最大負(fù)彎矩為-238337KN·m，最大拉應(yīng)力為115.41MPa。另外，LSD2～LSD5之間鋼箱梁段均承受負(fù)彎矩，形成大范圍的底板壓應(yīng)力區(qū)段。分析比較頂升前后，可發(fā)現(xiàn)鋼箱梁的應(yīng)力水平成倍增長(zhǎng)，但依然在許可應(yīng)力范圍之內(nèi)。
　　當(dāng)中跨鋼箱梁頂起后，根據(jù)數(shù)值分析可知：靠近兩主塔范圍邊跨的6個(gè)梁段(約60m長(zhǎng))會(huì)產(chǎn)生一定程度的下沉，下沉量最大約為70mm，不加調(diào)整的話，會(huì)對(duì)邊跨的吊桿安裝造成一定的困難。在實(shí)際操作過(guò)程中，可以對(duì)兩邊孔內(nèi)LSD1與LSD6這兩個(gè)臨時(shí)墩進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠痦?，以滿足邊孔吊桿安裝的需要。
　　
　　4.3.3 頂升梁的可行性分析
　　對(duì)安全性的分析表明：采用頂升梁法吊桿安裝形成體系的方法是可行的。但在實(shí)際操作過(guò)程中，要注意：①起頂前要對(duì)臨時(shí)墩的穩(wěn)定承載力進(jìn)行認(rèn)真校核；②起頂施工中千斤頂起落梁時(shí)盡量沿橋縱向，使4個(gè)臨時(shí)墩同步均勻進(jìn)行以確保安全。
　　
　　5結(jié)語(yǔ)
　　
　　自錨式懸索橋需先行完成加勁梁的施工，因此可以采用落梁法完成體現(xiàn)轉(zhuǎn)換。而落梁法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換的施工方法的核心是確定適合的加勁梁頂升量以及確定安全的頂升分級(jí)施工流程。在本問(wèn)中，結(jié)合三汊磯大橋落梁法施工操作，介紹了頂升加勁梁而后落梁完成體系轉(zhuǎn)換的具體操作過(guò)程。并通過(guò)具體的理論分析，介紹了確定頂升分級(jí)數(shù)和每級(jí)頂升量值，對(duì)每級(jí)頂升量下的各個(gè)臨時(shí)墩和鋼箱梁進(jìn)行了安全性分析的施工安全分析技術(shù)方法。對(duì)于采用落梁法進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換的施工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用具有參考價(jià)值。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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　　[3] 張?jiān)獎(jiǎng)P,肖汝誠(chéng), 金成棣.自錨式懸索橋的概念設(shè)計(jì)[J].公路，2002,(11)：46~48.