懸索橋鋼箱梁吊裝相鄰截面下緣開口距離的研究

姚增峰 彭 樵

(重慶交通大學研究生部，重慶 404100)

1.引言

懸索橋的加勁梁在吊裝過程中，隨著主纜線形的不斷變化，其線形也在不斷變化。在吊裝初期，梁段上緣頂緊，下緣開口較大，此時梁段之間一般對頂板實行臨時連接。待梁段吊裝到一定階段，已吊裝的梁段底板開口距縮小到設計焊縫寬度以內時，再進行底板的臨時連接，最后進行梁段之間的焊接，去除臨時連接，完成吊裝。吊裝方案不合理會在加勁梁節點處產生較大次應力，大大影響結構安全，因此研究在加勁梁吊裝施工過程中各相鄰加勁梁截面之間開口距離的變化規律，以及加勁梁施工中臨時連接的變化情況，為加勁梁的合理吊裝施工提供依據是十分重要的。

龍江大橋主橋為320m+1196m+320m的雙塔單跨鋼箱梁懸索橋，主纜采用預制平行鋼絲索股 (PPWS)，中跨矢跨比為1/10.5，設單向1%的縱坡，兩根主纜橫橋向中心間距為25.5米，設雙向2%的橫坡。除兩岸處長吊索距離橋塔中心15.2米外，其余吊索間距均為12.4米。全橋采用簡支結構體系。主橋橋型總體布置圖如圖1所示。

主橋鋼箱梁全寬33.5m(含兩側各2.5m的檢修道)，高3.0m，全橋鋼箱梁分A、B、C三種類型，共97段。A梁段為標準梁段，長12.4m，全橋共95段;B、C梁段各一塊，分別為騰沖、保山側塔區無吊索梁段。鋼箱梁吊裝工程量如表1所示，鋼箱梁標準段橫斷面如圖2所示。

表1 梁段安裝工程數量表

鋼箱梁的總體吊裝順序是:從保山向騰沖方向吊裝B2～T2梁段后，再對稱向兩側索塔方向交替吊裝B3～B44、T3～T44梁段，然后從索塔向跨中方向完成B48～B46、T48～T46梁段，最后吊裝B45、T45合攏段。

2.有限元模型

采用橋梁結構非線性計算軟件MIDAS對龍江懸索橋建立了空間有限元模型，如圖3所示。懸索橋的主要結構構件是主纜、吊索、索鞍、橋塔、加勁梁和錨碇，可根據各構件的受力情況不同而離散為不同的單元。其中主纜和吊索采用索單元進行模擬，主塔及加勁梁采用空間三維梁單元進行模擬。

邊界條件的處理為:

(1)主塔塔底全部固結，限制對應節點所有的自由度;

(2)主纜錨固點全部固結，限制對應節點所有的自由度;

(3)主纜與主塔在塔頂通過節點自由度耦合的形式模擬主索鞍;

(4)在加勁梁的一端限制橫向及縱向位移，另一端也限制橫向及縱向位移;

(5)在加勁梁端采用一般彈性連接約束其豎向位移來模擬梁端支座;

(6)在索塔與加勁梁端采用剛性連接;

(7)加勁梁與吊桿下部節點采用剛性連接，在跨中位置限制0號梁段的橫向位移;

3.加勁梁相鄰截面開口距離分析

相鄰截面開口角度如圖4所示，產生轉角θ，其值為:θ=θ1+ θ2;

如圖4所示，確定加勁梁相鄰截面間開口角度θ，令i、j及i+1三點的豎向位移分別為:△i、△j及△i+1，相鄰點的相對豎向位移分別為:

△1=△i－△j;

△2=△i+1－△j;

由于△1及△2值相對L1、L2較小，則θ1、θ2可由如下公式計算為:

則加勁梁相鄰截面下緣兩點之間的開口距離為:

式中，L0為開口距離;θ為開口角度;h為梁截面高度。

加勁梁吊裝施工過程中，除了要求成橋狀態下加勁梁梁段截面獲得較小的應力以外，還需在未固結前各加勁梁梁段相鄰截面之間不能出現較大的開口距離。為了研究梁段下緣開口在整橋縱向上的分布規律，現將第8、15、25、35、45施工階段的下緣開口分布圖取出，如圖5～圖9所示。

從上圖可以發現，截面開口沿橋縱向分布有如下特點:

(1)開口在整個梁段上是對稱均勻變化的，隨著吊裝梁段的增多，變化幅度在逐漸減小，故在梁段全部吊裝后，實行其間的焊接是最理想的;

(2)新吊裝梁段與相鄰已吊裝梁段間上緣的開口總是閉合的;

(3)新吊裝梁段與相鄰已吊裝梁段間下緣開口的距離普遍較大;

(4)新吊裝梁段會改變已吊裝梁段間的開口分布規律，且與新開口之間的距離越遠，所受的影響越小;

(5)中跨相鄰梁段的下緣開口距離對比其他已吊裝梁段的開口距離要大，這是因為跨中主纜剛度較其他部分小，故自身線形變化大，引起相應主梁線形變化大。

4.結語

本文以龍江大橋為背景，在現有施工方案中對加勁梁在吊裝過程中梁段相鄰截面下緣的開口距離變化做了相應研究，證實了采用施工方案規定的鋼箱梁吊裝順序時，梁段下緣的開口變化是逐漸趨于穩定的，開口變化值是逐漸變小的。加勁梁之間在吊裝過程中采用臨時鉸接，隨著吊裝梁段的增多，加勁梁的線形逐漸接近于設計線形。

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