大跨徑斜拉橋主梁與索塔臨時固結關鍵技術
2017-03-20
1 工程概述
1.1 主梁拼裝方案
中朝鴨綠江界河公路大橋為86+229+636+229+86=1266m五跨連續(xù)半漂浮體系雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。索塔與主梁間設置豎向支座和橫向抗風支座，縱向設置粘滯阻尼器；輔助墩設置豎向拉壓支座，鋼箱梁邊跨內同時設置壓重；過渡墩設置豎向抗壓支座和橫向抗風支座。
主梁為流線型扁平鋼箱梁，梁高3.5m（中心線），梁寬33.5m，橋面設2%的雙向橫坡。鋼箱梁內設置兩道縱腹板，其距離鋼箱梁中心線間距為8.8m，鋼箱梁橫隔板標準間距為3.2m。共計87片，由中交一公局海威工程建設有限公司承建1/2主橋及中跨合龍段鋼箱梁架設安裝，共計44片。鋼箱梁共分為11類（A～J、E1、E2、E3），大橋主橋鋼箱梁總體施工步驟如下：索塔區(qū)01～03（A、B、C）共5個梁段采用墩旁支架施工，最大起吊重量約262t。利用浮吊將梁段吊放與支架上，精確定位焊接后，與下橫梁臨時固結。阻尼器連接件在施工過程中作為臨時拉索在主梁上的錨固裝置。然后張拉C梁段拉索，對稱拼裝橋面架梁吊機，準備吊裝后續(xù)梁段。
對于索塔，次邊跨和中跨的標準梁段采用橋面吊機雙懸臂依次吊裝，對稱掛設、張拉斜拉索，直至主梁合龍。對位于河床較淺的邊跨梁段，采用高支架拼裝，用浮吊和滑移結合將梁段起吊滑移到位，然后再利用橋面吊機逐段起吊安裝。
1.2 塔梁縱向限位及臨時錨固構造
1.2.1 縱向限位構造
根據鋼箱梁設計資料，在鋼箱梁架設施工過程中，在鋼箱梁01號段的索塔塔柱兩側的設置縱向限位裝置，構造見圖1～圖2。
1.2.2 阻尼器連接構件處的臨時錨固構造
塔梁固結的臨時拉索可采用標準強度為1670MPa的鉸銷式吊桿體系，計算長度為9.095米。臨時拉索每個阻尼器連接構件處設置一根，全橋8根計72.76米長，推薦采用PES7-61絲吊桿。設計建議臨時拉索張拉力為150kN。（如圖3）
1.2.3 橫向臨時固結
為了限制主梁拼裝過程中的橫橋向位移，對于中方側索塔，擬在索塔抗風支座兩側設置主梁橫向臨時固結措施。橫向臨時固結的一端通過預埋件與塔柱相連接，另一端與01號鋼箱梁段的腹板相連接。橫向臨時固結措施在鋼箱梁上下游側對稱布置，見圖4。橫向臨時固結構件為雙拼2[40槽鋼或雙拼2H450×200型鋼。
2 計算工況
鋼箱梁01節(jié)段的鋼牛腿主要抵抗主梁拼裝施工過程中的縱向不平衡荷載，橫向風荷載引起的主梁水平面內轉動，以及豎直面內的主梁轉動。橫向臨時抗風支座抵抗主梁在橫向風荷載作用的位移。對主梁架設的最大雙懸臂和最大單懸臂工況進行計算，分析塔梁臨時錨固肯能承受的最大內力值。
2.1 最大雙懸臂工況
在主梁A12/J12節(jié)段懸臂拼裝完畢，主梁尚未與輔助墩支架的合龍梁段連接時，主梁處于最大雙懸臂狀態(tài)，懸臂長度為201m，見圖5。
2.1.1 最大豎向不平衡力
當鋼箱梁A12/J12梁段安裝完畢，江測懸臂端單獨起吊J13梁段。橋面吊機重量按實際重量選取，J13號梁段重量乘以動力系數 1.20。
2.1.2 橫向風荷載的對稱加載和不對稱加載
（1）對稱橫向風荷載作用下的產生的水平力；（2）邊跨和中跨兩側不平衡橫向風荷載作用下，對兩側主梁產生的不平衡力。
根據《公路橋梁抗風設計規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004），對于A類地表，主梁高程（43.875m）風速高度修正系數取K1=1.40。施工階段風速重現期按20年考慮，風速重現期系數η=0.88。施工階段，主梁高度處的基準風速為VZ=K1V10η=1.40×32.6m/s×0.88= 40.22m/s。
靜陣風風速：
=1.24×40.22=49.87 m/s
式中VZ――索塔基準高度處的風速；
CV――靜陣風系數，A類地表，加載長度201m，取1.24。
主梁的靜風荷載：
式中：
ρ――空氣密度（kg/m3），取1.25；
Vg――靜陣風風速；
CH――主梁的阻力系數，取1.3；
AH――主梁投影高度。
根據上式計算得到主梁的橫橋向靜風荷載FH=8.0kN/m。江測和岸側主梁的不對稱系數取0.5。加載方式分別見圖6、圖7。
2.1.3 橫向風荷載產生的豎向升舉力
橫向風荷載對主梁產生的豎向升舉力 P參照以下公式進行計算：
P=CLS2V2b/1.6
式中CL―升舉系數，由規(guī)范圖表按主梁寬/高比查取，此處取 0.35；
V―設計風速，按10年一遇地面10米高處風速換算至主橋高度（此處按40米計）為32.5m/s。施工階段風速重現期按20年考慮，風速重現期系數η =0.88。
S―陣風系數，查表可得，岸側S=1.61，江側S=0.82；
b―鋼箱梁寬度，33.5m。 根據上式計算結果，岸側升舉力P1=33.8kN/m，江測升舉力為P2=8.5kN/m。加載方式見圖8。
2.2 最大單懸臂工況
在中跨主梁合龍前，主梁處于最大單懸臂架設狀態(tài)，中跨最大懸臂長度達313m，見圖9。
2.2.1 最大豎向不平衡力
中跨合龍前，合龍段由合龍口兩側橋面吊機同時起吊，當一側橋面吊機脫鉤，合龍段鋼箱梁重量由單側橋面吊機承受。橋面吊機重量按實際重量選取，合龍段鋼箱梁重量乘以動力系數1.20。
2.2.2 橫向風荷載
?。?）對稱橫向風荷載作用下的產生的水平力；（2）邊跨和中跨兩側不平衡橫向風荷載作用下，對兩側主梁產生的不平衡力。加載方式分別見圖10、圖11。
3 塔梁臨時固結內力計算結果
按照上述最大雙懸臂和最大單懸臂的各個工況進行計算，得出主梁與索塔單側最大錨固力計算結果見表1。
在最大單懸臂架設狀態(tài)，主梁承受橫向對稱風荷載時，塔梁錨固結構承受橫橋向最大內力為4496kN。在最大雙懸臂架設狀態(tài)，且江測懸臂端單獨起吊J13梁段時，塔梁錨固結構承受縱橋向最大內力為20519kN；承受的扭矩為97639kN*m。
4 塔梁臨時固結構造受力驗算
4.1 最大縱向力
主梁懸臂拼裝過程中，縱向不平衡力主要由鋼箱梁01號段的鋼牛腿承擔。根據鋼箱梁設計圖紙，單個鋼牛腿的截面面積為A=2×20×1610+2×20×1552=126480mm2。對于Q345鋼材，抗剪容許應力為[τ]=120MPa，鋼箱梁縱向臨時固結兩個鋼牛腿的抗剪承載力為Q=120×126480×2=30355kN>主梁最大縱向不平衡力20519kN。
4.2 最大橫向力
主梁懸臂拼裝過程中，橫向風荷載作用下，塔梁錨固結構承受橫橋向最大內力為4496kN。對于Q235鋼材，軸向容許應力為[σ]=140MPa。單個橫向臨時固結構件2[40槽鋼的截面面積為A=2×6150=12300mm2，則橫向固結的軸向抗壓承載力為：N=140×12300×4=6888kN>最大橫向內力4496kN。
5 結語
（1）在以上工況的荷載作用下，主梁和索塔臨時固結構造措施的縱向抗剪承載力和橫向抗壓承載力滿足要求。（2）建議設計根據以上橫向內力計算結果，考慮是否需要對橫向臨時固結接觸部位的鋼箱梁腹板進行局部加強。
參考文獻：
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