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大跨度混合梁斜拉桥施工控制关键技术

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：王宇

[导读] 摘要：近年来，多处大型桥梁工程采用了组合梁斜拉桥的形式。

        天津市华盾工程监理咨询有限公司天津 300070
        摘要：近年来，多处大型桥梁工程采用了组合梁斜拉桥的形式。为了实现大跨组合梁斜拉桥的快速施工，需要采用适宜的桥梁施工技术。论文对组合梁斜拉桥进行了概述，对大跨度组合梁斜拉桥桥面板预制安装施工技术进行了研究，并结合案例加以分析。本文就该大桥的施工控制关键技术进行了探讨。
        关键词：大跨度；混合梁；斜拉桥；施工技术
        前言
        大跨度叠合混合梁斜拉桥主跨采用叠合梁体系，通过现浇接缝混凝土使桥面板与焊有剪力钉的钢梁格形成整体共同受力，边跨则采用自重较大的现浇混凝土主梁压重。结构体系受力明确，优势互补。但大跨度叠合混合梁斜拉桥存在结构体系复杂，施工步骤繁琐，施工周期长，施工技术要求高，施工控制难度大等问题，施工过程中对结构状态产生重要影响的参数众多，各类施工误差耦合作用，进而影响到斜拉桥成桥状态是否能达到所期望的目标，同时也会导致施工过程和结构运营安全性隐患。为了实现这一最终目标，必须系统研究关键结构参数对施工过程结构力学行为的影响，揭示结构施工期力学特性时变过程规律。
        1 工程背景
        本文所选取的依托工程是一座半漂浮体系的双塔叠合梁斜拉桥，全长 970 m，主跨500 m，主梁划分为20 个施工阶段，采用预制钢梁和预制桥面板，现浇混凝土湿接缝。两侧边跨设有辅助墩，采用活动支座并设置横向阻尼器。全桥整体有 1． 8% 的坡度，高程不对称，部分阶段有竖曲线设计。
        2 桥面板湿接缝浇筑时间合理性分析
        在叠合梁体系中，桥面板与钢梁通过现浇的混凝土湿接缝连接，从而形成一个完整的体系共同受力，而湿接缝浇筑顺序的不同也会对结构产生影响。根据湿接缝浇筑时间的不同即桥面板参与结构受力的时间不同，可分为以下三个方案，具体施工工序如下所示:
        方案一:吊装 n 号段钢梁→一次张拉 n 号索→安装 n 号桥面板→浇筑 n 号梁段湿接缝并进行养护→二次张拉 n 号索→吊机前移→吊装 n +1 号段钢梁。
        方案二:吊装 n 号梁段钢梁→一张 n 号索→安装 n 号段桥面板→浇筑 n － 1 号梁段湿接缝并养护→二张 n 号索→吊机前移→吊装 n +1 号梁段钢梁。
        方案三:吊装 n 号梁段钢梁→一张 n 号索→安装 n 号桥面板→二张 n 号索→吊机前移→浇筑 n 号段湿接缝→吊装 n +1 梁段，此过程中 n 号梁段湿接缝强度已达到规范要求→一张 n + 1号斜拉索。
        按上述施工工序循环施工至中跨合龙，在合龙后，方案一只需要浇筑合龙段的湿接缝，而方案二则需要同时浇筑合龙段以及前一阶段的湿接缝，方案三需要在安装合龙段钢梁时浇筑前一阶段湿接缝，合龙完成后再浇筑合龙段的湿接缝。采用 Midas civil 对三种施工方案进行对比分析，计算结果如表 1 所示。
        表 1 合龙前各方案最大应力对比MPa

        由表 1 可知，三种方案在施工过程中钢梁的拉应力与压应力均满足规范要求，相比较而言方案一的钢梁安全储备更大一些;桥面板应力方面，方案三的最大拉应力达到 2． 33 MPa，已超出规范要求的 1． 96 MPa(C60 混凝土)，而方案一和方案二均满足规范要求，与方案二相比，方案一仅在桥面板最大力应力这一项上稍微偏大，对抑制桥面板裂缝展开略微不利，但其他方面均优于方案二。成桥阶段，即合龙之后各方案一和方案二的钢梁及桥面板最大应力如表 2 所示。
        表 2 成桥后各方案最大应力对比MPa

        由计算结果可知，成桥以后两种方案的钢梁及桥面板最大应力基本一致，这也说明不同的施工工序对成桥以后的主梁应力状态影响较小。综上而言，方案三虽然节约工期，但是施工过程中桥面板拉应力过大，可能会造成桥面板裂缝的产生，故不可取。方案一和方案二均满足规范要求，均可以作为实际施工方案。
        3 双节段循环施工可行性研究
        在上一节中，针对混凝土湿接缝浇筑时间不同的三种方案进行了分析，但是三种方案均为单阶段循环施工，而如今多数大跨度叠合梁斜拉桥已经开始尝试进行双节段甚至多阶段循环施工，在上一节的基础上，本节对双节段循环施工的可行性进行分析计算。并与上节中的方案一进行对比。采用的双节段循环施工具体施工工序如下:
        方案四:吊装n号钢梁→安装n号斜拉索并初张拉→安装n号段桥面板→吊机前移→安装n+1号段钢梁→安装n+1号斜拉索并初张拉→吊装n+1号段桥面板→吊机后退→浇筑n及n+1号段湿接缝→二次张拉n，n+1号斜拉索→吊机前移。
        方案五:吊装n号钢梁→安装n号斜拉索并初张拉→吊机前移→安装n+1号段钢梁→安装n+1号斜拉索并初张拉→吊装n，n+1号段桥面板→吊机后退→浇筑n及n+1号段湿接缝→二次张拉n，n+1号斜拉索→吊机前移。
        按照方案一施工，完成双节段大致需要20d，而按照方案四或者方案五进行，仅需16d便可以完成双节段的施工，显著节省了工期。用 Midas civil 对方案四及方案五进行计算，施工过程中的钢梁及桥面板最大应力如表 3 所示。
        表 3 合龙前各方案最大应力对比MPa

        由计算结果知，双节段循环施工相比于单阶段循环施工会显著提高施工过程中的主梁拉应力，其中方案四桥面板最大拉应力为2.12MPa，已超出规范要求的C60最大拉应力1.96MPa，故不可取。而方案五虽然相比于方案一主梁拉应力仍旧偏大，但可以满足规范要求，故如果为了缩短工期可以采用方案五进行施工。
        4结语
        本章通过对几个方案的 Midas 模型进行计算分析，通过比较得出，单循环施工下桥面板与钢梁间混凝土湿接缝的最佳浇筑时机，即桥面板吊装后立即浇筑混凝土湿接缝。此方法虽然结构安全储备较高，但是施工工期较长，故在此基础上，继续研究了双节段循环施工的可行性，并得出了满足规范要求的最佳方案。此方案可以同时浇筑两个阶段的混凝土湿接缝，所以可以显著缩短工期，建议按此方案进行施工
        参考文献：
        [1]焦晖.预应力混凝土斜拉桥施工控制影响因素敏感性分析[D].西安:长安大学,2017.
        [2]李刚.非设计条件下混合梁斜拉桥的合龙技术研究[D].重庆:重庆交通大学,2017.