自錨式懸索橋寬幅混凝土箱梁施工支架優(yōu)化設計
2018-03-05
一、工程概況
泓口大橋位于溧陽市泓口鎮(zhèn)，主橋為雙塔自錨式懸索橋結構，主橋跨布置為（52+102+52）m，主塔塔高為31.4m，全橋共2根主纜，吊桿順橋向間距4.5m，中跨共21個吊點，邊跨共8個吊點。主梁為雙向預應力混凝土結構，混凝土等級C55；截面為Π型箱梁形式，主梁頂面全寬38m，橫向設雙向2%橫坡。標準段橋梁中心線處梁高2.5m。梁端錨跨處梁高變化到4.2m，邊箱梁頂板厚25cm，底板厚25cm，腹板厚45cm，支點附近中腹板厚變寬至150cm，邊腹板厚變寬至95cm。錨跨段邊箱采用實體截面。
地層土性自上而下可分為：第1層，亞粘土，層厚1.4m，重度19 kN/m3，第2層，淤泥質亞粘土，層厚8.6m，重度17.1 kN/m3，第3層，亞粘土，層厚4m，重度19.1 kN/m3，第1層，亞粘土，層厚1.4m，重度19 kN/m3，第4層，亞粘土，層厚4.6m，重度17.9 kN/m3，第5層，亞粘土，層厚15.6m，重度19.7 kN/m3.
二、施工方案簡述
自錨式懸索橋結構體系是必須在主梁、橋塔做好之后再吊裝主纜、安裝吊桿，張拉吊桿并調索完成后才能拆除主梁臨時支架，其施工步驟受到了限制，需搭建臨時支架以安裝主梁。通常全橋一次性采用滿堂支架法或少支墩結合貝雷梁的膺架法完成主梁預制段的架設，支架及底模無法倒用，具有臨時支撐系統(tǒng)投入數(shù)量大，占用時間長的特點，對施工的成本控制不利。為克服自錨式懸索橋結構體系的這種缺點，結合本工程特點及所處環(huán)境，對混凝土箱梁軟弱土層施工支架優(yōu)化設計，混凝土主梁施工共分三個階段，首先采用落地支架原位分段預制，主梁的橫隔梁處為大號鋼管支撐，并直接打入地面以下25米，以滿足支點承載力要求，上設可滑動式貝雷梁膺架支撐。待本階段箱梁按設計張拉縱橫向預應力后，沙箱落架后縱向拖拉滑動貝雷梁膺架至下一箱梁澆注段，箱梁重由貝雷梁膺架面支撐轉換為橫隔梁處大號鋼管支墩少支點支撐，完成箱梁自重由面支撐到少支點支撐的第一次體系轉換，依此循環(huán)完成箱梁預制，再安裝主纜及吊桿，分批分階段張拉吊桿，完成箱梁自重由支墩支撐轉化為主纜懸吊方式的第二次體系轉換，根據(jù)主梁預應力位置和攪拌站的生產(chǎn)能力，將主梁分為13.7+25.28+27.45+22.65+29.24+22.65+27.45+25.28+13.7米9段澆筑，在錨跨與第四段之間設置一段長度為2m的合攏段。首先施工兩端錨跨段，長度為13.7m，一次性澆筑完成。然后施工主梁中間段，中間段從跨中向邊跨對稱澆筑，每個階段分兩次澆注完成。
三、結構分析
支架計算分三種工況：
1、工況一：混凝土澆注臨時支架設計
支架在吊索橫梁處設置鋼支墩。鋼支墩采用φ600*8螺旋鋼管，橫向位于箱梁腹板處，每排設4個鋼支墩，鋼支撐縱向間距同橫梁均為4.5m。基礎采用φ600打入鋼管樁，入土樁長25m；其上設可滑動貝雷梁膺架，貝雷梁膺架支撐在鋼支墩頂橫梁上，橫梁上設滾輪滑座。
在此工況下驗算貝雷梁膺架強度、剛度及穩(wěn)定性及基礎沉降控制計算。
2、工況二：縱橫向預應力張拉對第一次由面支撐體系轉換到少支點支撐的支墩受力影響
考慮橫梁張拉后中間橫梁及橋面板重量將分配到邊箱梁側，在兩側邊箱梁橫梁處設置兩個鋼支墩，鋼支墩采用2根φ600*10螺旋鋼管，縱向間距為4.5m，橫橋間距為5.52m。采用橋梁博士V3.1平面桿系程序建立模型，計算采用剛性支撐，對縱橫向預應力張拉后標準段進行驗算。
2.1、縱向施工鋼束張拉前后支撐反力變化情況
分析縱向施工過程中，縱向鋼束張拉前后各橫梁下支撐反力的變化。第一施工階段模型如下：
第一節(jié)段施工，鋼束張拉前后，支撐反力如下表：
2.2．標準段橫梁橫向計算
分析橫梁鋼束張拉前后，支撐樁頂反力的變化。主梁下設二根臨時支撐樁。此種模式計算模型如下，共60個單元，其中5、21、41、57為臨時支撐樁位置。由于結構、鋼束均對稱，僅比較5、21二個支撐臨時樁在橫梁鋼束張拉前后的反力變化情況，張拉前主梁中間段支架不拆，張拉后中間梁段之間可拆除。計算模型如下：
主梁應力能滿足規(guī)范要求。
綜上：單側梁下采用兩支撐，橫梁鋼束先張拉N1為最優(yōu)施工方案。按最大支撐反力確定鋼管樁入土樁長及樁徑。
工況三：第二次體系轉換對支墩影響
其特征是主纜上安裝吊桿，再分批分階段張拉吊桿，將混凝土主梁從鋼管支墩轉化為主纜懸吊方式。
吊桿張拉采用對稱、分級等張拉值法，并對至少四個編號以上吊桿同步張拉，張拉分級進行，逐步到位，吊桿張拉過程中，主梁重量通過吊桿逐步轉移到主纜上，由鋼支墩承重轉變到鋼支墩與主纜共同承重，最后全部重量都轉移給主纜承重模式。在此過程中，鋼支墩支點反力逐漸減小，對主梁臨時支撐不起控制作用。
四、結語
通過泓口大橋寬幅混凝土箱梁施工支架優(yōu)化設計的工程實踐，與以往此類橋梁常用臨時支架施工方案相比，節(jié)約工程費用140萬元，有效的解決了由于自錨式懸索橋型的特點所決定的占用臨時支架量大時長的弊端，為此類橋梁的施工做了有益的嘗試。
參考文獻：
[1] 張志華用貝雷梁支架系統(tǒng)進行自錨式懸索橋主梁施工 中國市政工程2006年第5期
[2] 張 哲 混凝土自錨式懸索橋 人民交通出版社 2005
[3] 石占良，陳長明自錨式懸索橋鋼筋混凝土主梁施工 橋梁建設 2004年第2期
