大跨度斜拉橋鋼混疊合加勁梁制造線形研究

劉斌

(長沙理工大學 土木工程學院，湖南 長沙 410114)

對于懸臂拼裝施工的疊合梁斜拉橋，由于鋼主梁在鋼結構制造廠家事先預制完成，現場懸拼時節段之間的轉角不可隨意調整，只能進行切向安裝，制造預拱度計算對懸拼鋼梁至關重要。制造預拱度是給鋼結構廠家下達的線形加工指令，即鋼梁的無應力制造線形，若鋼梁的制造預拱度有誤差，將導致鋼梁斜拉橋梁段安裝時前后梁段間轉角與制造線形不一致，影響結構受力，甚至影響全橋的運營。以往較多采用零初始位移法(將新生成節點的初始位移指定為零，以該點為零點記錄節點的累計位移值)計算預拱度，該方法的計算結果是安裝線形，無法直接得到制造線形，基于零初始位移法的計算模型需結合各節點豎向位移和轉角位移才能計算出制造預拱度。切線位移法是將新節點初始位移指定到沿著已成梁段懸臂端切線上，把到節點偏移零位置的距離作為累計位移值，其計算結果為制造預拱度，且計算中不存在預拱度之間的轉化。

1 制造預拱度的計算原理

在現場施工過程中，鋼梁是按照前一個橋梁節段的切線方向用高強度螺栓拼裝，這種獨特的施工方式會帶來不可忽視的假想位移(也稱虛位移)，故結構的實際位移(也稱為總位移)由結構荷載產生的純位移和虛位移組成。計算鋼梁的制造預拱度是為了向鋼梁制造廠家下達制造線形指令，鋼梁制造完成后在廠內預拼裝，達到構件精度和線形要求后將鋼梁運輸到現場，在現場按鋼主梁的切線方向進行拼裝，使成橋后實際橋梁線形與成橋理論線形基本一致。制造預拱度等于施工過程中各施工階段總位移的反方向的值。

以3個節段的懸臂拼裝梁施工為例，為了形象直觀，令梁段在變形后仍為直線節段。如圖1所示，在懸臂拼裝完第1個梁段后，節點1處產生的位移為δ11，節點2和節點3處分別產生假想位移δ21、δ31；在懸臂拼裝完第2個梁段后，節點1和節點2處產生的位移分別為δ12、δ22，節點3處產生假想位移δ32，這3個位移全都不包含懸臂拼裝梁段1時的假想位移；在懸臂拼裝完第3個梁段后，節點1和節點2處產生的位移分別為δ13、δ23，節點3處產生的位移為δ33，這3個位移全都不包含懸臂拼裝梁段1和梁段2的位移。

圖1 懸臂拼裝各梁段時的位移

懸臂拼裝完第3個梁段后各點的總位移為：

節點1的總位移=δ11+δ12+δ13

節點2的總位移=δ21+δ22+δ23

節點3的總位移=δ31+δ32+δ33

各節點的純位移為：

節點1的純位移=δ11+δ12+δ13

節點2的純位移=δ22+δ23

節點3的純位移=δ33

如圖2所示，制造預拱度是一條連續線形，中間沒有出現突變，如果嚴格按施工預拱度進行施工，拼裝鋼主梁時只需按照制造預拱度與前一個橋梁節段連接，再利用斜拉索對鋼主梁線形進行微調，即可使實際成橋線形與理論成橋線形基本一致。

圖2 制造預拱度曲線

2 制造線形實例研究

某疊合梁斜拉橋全長866 m，為雙向坡雙塔雙索面混合式疊合梁斜拉橋(主跨480 m)，設計速度80 km/h。索塔為江魚拱形砼橋塔，總高182.922 m，橋面以上索塔高度為128.6 m。承臺頂面至塔冠頂面采用承臺+群樁基礎。為減小索塔拉應力，塔柱設置井字形水平預應力鋼束，局部范圍內設置豎向預應力鋼束。中跨采用鋼箱疊合梁，邊跨采用預應力砼梁，鋼混結合段位于中跨索塔附近。下面以該橋為例，研究懸臂拼裝鋼梁的制造線形。

2.1 模型建立

采用MIDAS/Civil軟件進行建模計算。邊界條件如下：主塔樁基礎由土彈簧約束，橋墩底部固結；梁端及輔助墩處豎向約束，縱向不約束；主梁與主塔豎向、橫向約束。計算模型見圖3。

圖3 MIDAS計算模型

2.2 軟件計算特點

利用MIDAS軟件計算鋼梁制造預拱度時，在施工階段分析控制數據對話框中選擇構件沿初始切線位移方向激活選項并選擇需激活該選項的結構組，施工新的橋梁節段時，新節段按照上一個橋梁節段的切線方向安裝，在后處理模式分析時，可在分析結果中分別提取鋼梁的切線位移和預拱度。其中鋼梁的切線位移包含結構受力、至竣工階段的收縮徐變、切線拼裝引起的位移總和，預拱度考慮的是成橋10年后收縮徐變和0.5倍活載引起的位移。

2.3 制造線形計算結果與分析

該橋制造線形計算結果見表1、圖4。

表1 某疊合梁斜拉橋制造線形計算結果

圖4 鋼梁制造線形

由圖4可知：鋼梁的制造線形為一條連續光滑的曲線。但在實際制造過程中，將梁段制造為光滑曲線既費時費力，又無實際工程意義，多采用以直代曲的方式制造。制造過程中誤差是不可避免的，故懸臂拼裝施工時應以安裝線形來定位梁段標高，以更好地進行線形控制，確保最終達到設計線形。

3 結語

該文根據現有疊合梁斜拉橋制造線形計算理論，采取適用于疊合梁的切線位移法計算鋼梁的制造預拱度，并以某疊合梁斜拉橋為例，依據該橋結構特點和參數建立橋梁空間有限元計算模型，通過對整個施工過程的模擬，獲得其懸臂拼裝鋼梁的制造線形，為該橋提供合理的線形數據。