馬嶺河斜拉橋塔梁同步施工可行性研究

熊邵輝,卓 靜

(重慶交通科研設(shè)計院國家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心,重慶 400067)

1 工程概況

馬嶺河特大橋主橋為(155+360+155)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面斜拉橋,半漂浮體系。主梁采用π型截面,縱橫雙向預(yù)應(yīng)力體系。主塔采用寶石型結(jié)構(gòu),上下兩個橫系梁[1]。大橋以跨中為界分為兩個不同的施工合同段。由于種種原因造成兩個合同段施工進度相差 6個月。為了縮小兩岸的施工進度差距,8號墩改變了原來的施工方案,在主梁 1～9號節(jié)段施工期間采用塔梁同步施工。9號墩仍然采用先主塔后主梁的非塔梁同步施工。

2 塔梁同步施工可行性分析

在設(shè)計者已經(jīng)確定合理成橋狀態(tài)的前提下,一旦確定了施工方法,就可以確定與此施工方法相對應(yīng)的合理施工狀態(tài)[2]。對于這兩種不同的施工方法,當然就有與之相對應(yīng)的兩種合理施工狀態(tài)。我們最關(guān)心的是這兩種合理施工狀態(tài)之間的差異,因為這種差異決定了是否能夠達到設(shè)計者所確定的合理成橋狀態(tài)。為此筆者分別建立了這兩種施工方法的空間有限元施工模擬計算模型[3],通過這兩種計算模型計算結(jié)果的對比來分析塔梁同步施工的技術(shù)可行性。圖 1和圖 2分別是這兩種不同施工方法的計算模型。

圖1 塔梁同步施工計算模型

圖2 塔梁非同步施工計算模型

2.1 主梁成橋索力、線型和應(yīng)力比較

索力和主梁應(yīng)力息息相關(guān),成橋索力是否合理決定了主梁應(yīng)力能否達到合理成橋應(yīng)力狀態(tài);預(yù)拱度是主梁線型控制的重要參數(shù),所以預(yù)拱度是否合理決定了主梁能否達到合理成橋狀態(tài)下的線型[4]。圖 3～圖 5分別給出了兩種不同模型計算出的成橋索力差值、預(yù)拱度差值和主梁應(yīng)力差值。

從圖 3～圖 5可以看出,兩種施工方法的成橋索力差值、預(yù)拱度差值和主梁節(jié)段應(yīng)力差值分別為為 3.3 kN、4mm和0.001 MPa。由此可見,塔梁同步施工對成橋索力、主梁線型和應(yīng)力影響都非常小。

2.2 主塔應(yīng)力位移比較

圖3 同歩施工 -非同步施工成橋索力差值變化

圖4 同歩施工 -非同步施工主梁節(jié)段預(yù)拱度差值變化

圖5 同歩施工 -非同步施工主梁應(yīng)力差值變化

1、2號索在塔上的錨固位置在上橫梁下面,所以其索力對上塔柱的位移和應(yīng)力影響不大。3～9號拉索在塔上的錨固位置都在上橫梁上面,索力沿三維方向的分力會對上塔柱底面截面應(yīng)力、塔支頂端的順橋向和橫橋向位移產(chǎn)生重大影響。此外同步施工的壓應(yīng)力儲備較小也會影響上塔柱底面截面的應(yīng)力安全。表 1給出了兩種施工方法的上塔柱底面截面應(yīng)力、塔支頂端順橋向和橫橋向位移的模擬計算結(jié)果。

從表 1可以看出同步施工的上塔柱底面截面最小壓應(yīng)力為 0.18MPa,非同步施工的最小壓應(yīng)力為 1.21 MPa。塔梁同步施工塔支頂端最大順橋向、橫橋向位移都發(fā)生在 9號索張拉完工況,其值分別為 4.8mm和 26 mm。非塔梁同步施工塔支頂端順橋向、橫橋向位移都很小。

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從前面理論計算結(jié)果看,塔梁同步施工對主塔的影響遠大于對主梁的影響。與非塔梁同步施工相比,塔梁同步施工除了要對主梁線型、應(yīng)力和索力控制之外,還必須對主塔最不利截面應(yīng)力、塔支頂端位移和垂直度進行控制[4、5]。

3 塔梁同步施工控制措施[6、7]

由于塔梁同步施工對主梁的影響比較小,且該施工方法施工成橋后對索力、主梁線型和內(nèi)力影響都不大,完全可以達到合理成橋狀態(tài)。所以,可以按斜拉橋常規(guī)主梁施工方法進行主梁施工。

對主塔施工的控制是塔梁同步施工控制的重點和難點,所采取的控制措施應(yīng)該主要針對主塔。因此從某種意義上講,主塔施工控制的成敗也就決定了塔梁同步施工控制的成敗。為了能保障塔梁同步施工順利進行,結(jié)合本橋?qū)嶋H情況針對主塔施工所采取的控制措施有:

(1)塔梁同步施工時主塔整體剛度和橫向聯(lián)系都很弱,上塔柱底面截面壓應(yīng)力儲備也較少。對此采取的措施是在離上橫梁上方 10m處增設(shè) 1排共 2根橫向支撐,加強兩個塔支之間的橫向聯(lián)系和整體剛度,以限制塔支頂端產(chǎn)生過大位移。另外對每根橫向支撐施加 1000 kN預(yù)推力,以平衡索力的豎向分力在上塔柱底面截面產(chǎn)生的彎矩,確保上塔柱底面截面應(yīng)力安全。

(2)在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,塔梁同步施工的索力控制既要使主梁線型達到控制目標外,還要使主塔偏位也達到控制目標,這就大大增加了索力控制的難度。特別是 8、9號節(jié)段的梁段重量和索力都不對稱的情況下,通過調(diào)整索力來同時滿足這兩個控制目標必然會犧牲索力控制精度,但由此產(chǎn)生的索力誤差可以通過成橋后調(diào)索來消除。

(3)塔的垂直度影響斜拉橋的成橋運營狀態(tài),對主塔垂直度精度的控制是塔梁同步施工控制最為關(guān)鍵的部分。對此采取的措施是增加塔頂位移觀測頻率,在放樣時進行主塔偏位修正,確保主塔的垂直度符合施工精度要求。

通過修改施工模擬計算模型,建立了符合第一條控制措施的計算模型。表 2給出了采取控制強措施后塔梁同步施工上塔柱底面截面應(yīng)力實測值和塔支頂端位移模擬計算值。

在整個塔梁同步施工模擬計算中,上塔柱底面截面的最小壓應(yīng)力為 1.1MPa,塔支頂端的最大順橋向位移和橫橋向位移分別為 8mm和 6mm,基本和非塔梁同步施工相對應(yīng)的數(shù)據(jù)吻合。這些計算數(shù)據(jù)說明了針對主塔施工所采取的控制措施都可以發(fā)揮作用,避免塔支產(chǎn)生過大位移而失穩(wěn),確保上塔柱底面截面的應(yīng)力安全。另外,通過上述第 2條和第3條控制措施可以使主塔在垂直度方面精度得到很好控制[8]。

從總體上講,在采取以上三條控制措施后完全可以達到塔梁同步施工的控制目標,確保塔梁同步施工正常、安全、有效進行,成橋后完全可以達到合理成橋狀態(tài)。

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4 結(jié)束語

塔梁同步施工不同于一般的施工方法,通過計算分析可知:

(1)塔梁同步施工是完全可行的。成橋后對索力、主梁線型和內(nèi)力影響都不大,完全可以達到合理成橋狀態(tài)。

(2)塔梁同步施工對主梁的施工可以按斜拉橋常規(guī)施工方法進行施工。

(3)塔梁同步施工對主塔的影響要遠大于對主梁的影響。這就要求我們在進行塔梁同步施工時必須根據(jù)實際情況采取措施加強主塔的橫向聯(lián)系和整體剛度,確保主塔垂直度、塔支頂端偏位和最不利截面壓應(yīng)力都能得到有效控制。

(4)塔梁同步施工增加了施工平臺,能夠加快施工進度縮短工期,可以取得一定的經(jīng)濟效益。

[1]交通部第二公路勘察設(shè)計研究院.汕頭至昆明高速公路貴州境馬嶺河特大橋設(shè)計文件[R].武漢:交通部第二公路勘察設(shè)計研究院,2006

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[3]邵旭東,程翔云,李立峰.橋梁設(shè)計與計算[M].北京:人民交通出版社,2007

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[5]顧安邦,張永水.橋梁施工監(jiān)測與控制[M].北京:人民交通出版社,2001

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