多跨矮塔斜拉橋合攏順序對主梁內力及線形的影響

戴祖生，林文強

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510101）

多跨矮塔斜拉橋合攏順序對主梁內力及線形的影響

戴祖生1，林文強2

（1.廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 510620；2.廣東省南粵交通投資建設有限公司，廣東 廣州 510101）

以江肇高速公路西江特大橋為背景，研究合攏順序對主梁內力及線形的影響。通過設計兩種不同的主梁合攏方案，分別計算其所需的頂推力和相應結構的變形，從頂推的可操作性及線形的可控制性等角度進行比選，得到了該橋較為合理的合攏方案，并在此基礎上制定相應的合攏措施。

矮塔斜拉橋；合攏順序；頂推；線形

1 工程簡介

江肇高速公路是珠江三角洲經濟區外環公路的西環段，位于珠江三角洲西部地區。路線起于江門市杜阮鎮，終于肇慶市四會市東城區。西江特大橋是江肇高速公路建設難度最大的控制性工程，也是江肇高速公路的標志性工程。大橋位于永安鎮與沙浦鎮之間，橋位跨越西江主干流，主橋為四塔五跨單索面脊骨梁預應力混凝土矮塔斜拉橋，跨徑布置為128 m+3×210 m+128 m=886 m，采用墩、塔、梁固結剛構體系，見圖1。

圖1 西江特大橋主橋

大橋主梁為預應力混凝土結構，采用變高度斜腹板單箱三室寬幅脊梁斷面。頂板寬38.3 m，懸臂長8.15 m，兩側設5.15 m寬后澆帶，底板寬度由16 m變化到19.072 m。。跨中梁高3.8 m，主塔根部梁高6.8 m，梁底曲線按1.8次拋物線變化。

2 主橋合攏方案

西江特大橋為一座四塔五跨斜拉橋，主梁采用掛籃懸臂對稱澆筑施工，全橋共有2個邊跨合攏段、2個次中跨合攏段、1個中跨合攏段。由于結構體系復雜，施工期的體系轉換方式對結構的初始成橋受力狀態影響較大。本文通過對比不同合攏順序下橋梁結構的受力狀態，尋求結構最優的合攏順序及合攏措施，以保證成橋結構施工期間的安全性。

合攏工藝主要涉及到長聯結構的后期主墩受剪（受彎是同原因的副產品），為了使后期營運階段結構的受力條件得到改善，必須解決頂推力的施加問題，由此產生了兩種合攏順序的選擇以及各自面臨的優缺點，見圖2、圖3[1-8]。

圖2 多塔矮塔斜拉橋合攏順序

圖3 合攏施工流程圖

兩種合攏方案如下：

（1）方案A：邊跨合攏，然后次中跨合攏前頂推，最后正中跨合攏前施加頂推；

（2）方案B：邊跨合攏，然后正中跨合攏前頂推；最后次中跨合攏前施加頂推。

3 方案A施工順序結構受力狀態分析

3.1 方案A施工順序下頂推力設計

方案A采用先邊跨合攏，然后次中跨合攏，最后正中跨合攏，見圖4。

圖4 方案A主墩剪力成分圖解

在制定頂推力時，采用慣用的處理方法，即將收縮徐變的50%剪力和預應力次剪力全部頂開，即邊墩17 000～18 000 kN，中間墩平均約3 800 kN左右基本消除。為達到這樣的目的，兩次頂推力分別是600 t和1 800 t，即次中跨合攏后頂推600 t，正中跨合攏后再頂推1 800 t。

3.2 方案A頂推關鍵技術

3.2.1 第一次頂推

第一次頂推時，頂推處梁端會產生上翹的現象，同時塔柱出現剪切變形，邊跨由于已經合攏，因此變形較雙側均自由的中間塔柱和主梁來得小，無論A還是B流程，都需要在次邊跨合攏處注意頂推端的位移差，如果不經干預，可能影響到頂推操作的施工安全。

為了制定合理的壓載措施，在另一側測試了豎向力為100 t的力對作用下結構的變形。見表1。

合攏段濕重為2×68 t，即單側A邊、A中為置換澆注期間的濕重，需要預先分別加載水箱68 t，利用該重量系統，可以發現：頂推過程A中有3.34 cm的向上位移差需要消除，根據該點剛度反推A中處需18.14 t額外的壓載系統。

本方案頂推要求：

（1）次中跨合攏頂推操作之前，在靠近邊跨懸臂端A邊處準備68 t水箱系統；在靠近中跨懸臂端A中處準備86 t水箱系統；

（2）將頂推力分為5級完成（每級30%→50%→80%→90%→100%），每頂推一級，每側水箱就各自按照設計的總壓載噸位依分級重量施加（例如第一級就是A邊處20.4 t；A中處25.8 t）；

（3）頂推完成后，壓載系統到其設計壓載噸位，鎖住合攏勁性骨架；

（4）按設計的溫度要求澆注合攏段混凝土，澆注過程置換重量，此時A邊、A中每側置換的總噸位均為68 t；

（5）合攏段混凝土達到設計要求的強度后，張拉部分次邊跨預應力系統，然后在適當時刻將A中處的18 t釋放；

按照上述合攏順序，塔頂被頂開的水平位移量分別為B邊的2.92 cm和B中的3.67 cm。而兩側支頂面懸臂端絕對位移量幾乎沒有（均為向下0.15 cm），相對位移量為零。

3.2.2 第二次頂推

由于結構基本上是對稱的，因此頂推過程中正中跨兩側懸臂端上翹的位移量基本相同，頂推完畢后，梁端相對轉角為2×6.46E-04弧度，即4.44分。由于該處合攏仍然有重量置換的68 t水箱系統，如果利用其與頂推同步施加，則頂推工藝上的安全性更有保證。頂推完成后上翹的絕對位移量降至向上1.9 cm，相對位移量為零；靠中跨塔頂水平位移則為4.7 cm，見表2。

表1 方案A第一次頂推結構變形表

表2 方案A第二次頂推結構變形表

4 方案B施工順序結構受力狀態分析

4.1 方案B施工順序下頂推力設計

方案B采用先邊跨合攏，然后正中跨合攏，最后次中跨合攏，見圖5。

圖5 方案B主墩剪力成分圖解

將收縮徐變的50%剪力和預應力次剪力全部頂開，邊墩留下約9 000～10 000 kN，中間墩平均留下約3 500 kN左右，為達到這樣的目的，兩次頂推力分別是860 t和1 600 t。即正中跨合攏后頂推860 t，次中跨合攏后再頂推1 600 t。

4.2 方案B頂推關鍵技術

4.2.1 第一次頂推

與方案A類似，方案B第一次頂推時，頂推處梁端會產生明顯的上翹現象，同時塔柱呈現剪切變形。不同的是：方案B頂推前結構均為外部靜定結構，位移量較方案A的邊跨側大；同時由于結構對稱，兩側頂推面上翹的位移量值基本相同，見表3。

表3 方案B第一次頂推結構變形

由于結構是基本上對稱的，因此實施860t（測試荷載為400 t）頂推過程中正中跨兩側懸臂端上翹的位移量基本相同，頂推完畢后，梁端相對轉角為2×14.7E-04弧度，即10.1分，由于該處合攏仍然有重量置換的68 t水箱系統，如果利用其與頂推同步施加，則頂推工藝上的安全性更有保證：頂推完成后上翹的絕對位移量降至向上3.2 cm，相對位移量為零；塔頂水平位移則為5.0 cm。

4.2.2 第二次頂推

方案B第二次頂推結構變形見表4。

表4 方案B第二次頂推結構變形

方案B第二次頂推過程在合攏段懸臂端兩側產生的豎向位移差17.1 cm，為消除該現象，需要壓載，考慮68 t原壓載置換合攏段濕重配載，實際需要消除16.8 cm，這樣需在靠近邊跨的懸臂端端部附加壓載179 t，即便這樣，頂推與配重壓載系統同級施加后，懸臂端絕對位移量還有向下的6.9 cm，懸臂端之間相對位移量為零；塔柱被頂開了6.2 cm。

方案B的初衷就是在邊主墩實實在在留下需要的水平力，而作為支頂的中跨側利用結構對稱性起到一個后盾的作用，這樣的思路原則上是正確的，但是最大的缺點就是：

（1）所謂的“后盾”其實并不堅固，只有兩側頂推完全同步，才能得以體現，否則中間兩片主墩合起來的抗剪剛度是有限的，不同步會影響中間墩可能出現的往同側的剪力的出現，然而對于混凝土結構，即使不同步性的力素能糾偏回來，位型也未必能跟隨回來；

（2）次邊跨合攏處是頂推流程中著重需要解決的地方，方案B使得該處頂推力大大增加，無形中增加了控制難度；

（3）由于中跨結構已經合攏，頂推點的相對位移量進一步加大；

（4）由于流程的改變，使得先中后邊的合攏方案造成中墩（單壁墩）預應力次剪力明顯增大，這對于第一次頂推而言，需要的頂推力加大。

5 結論

本文以江肇高速公路西江大橋為背景，研究兩種不同主梁合攏順序對主梁內力及線形的影響，綜合比較兩種合攏方案，得到以下結論，見表5。

分析得到：

（1）兩種方案最終均能達到預期合攏的目的；

（2）對比兩種方案，方案A相對穩妥，方案B技術上也可行，但是施工風險和難度進一步增加。

表5 兩種合攏方案比較

[1]嚴國敏.試談部分斜拉橋-日本屋代南橋屋代北橋和小田原港橋梁[J].國外橋梁,1996(1)：47-50.

[2]陳亨錦,王凱,李承根.淺談部分斜拉橋[J].橋梁建設,2002(3)：23-26.

[3]申明文.部分斜拉橋靜力性能研究[D].上海：同濟大學碩士學位論文,2002.

[4]楊鴻波.E-D橋橋梁結構概念設計[D].上海：同濟大學碩士學位論文,2005.

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[6]陳虎成,石雪飛.部分斜拉橋結構性能研究[J].結構工程師,2004(3)：27-31.

[7]李映,徐利平.部分斜拉橋方案設計[J].結構工程師,2002(2)：6-10.

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福州洪山橋北半幅新橋擬2018年通車

福州市洪山橋至洪塘大橋拓寬改建工程（洪山橋至三環路段）計劃于今年7月開工，工程分為兩期，總工期約48個月。一期工程計劃7月份開始，先建北半幅（鼓樓往倉山方向），預計2018年5月底建成通車；二期拆除舊橋建新橋的南半幅（倉山往鼓樓方向），計劃2018年6月開工，2020年5月底建成通車。

福州洪山橋至洪塘大橋拓寬改建工程投標文件遞交截止時間為今年6月7日，工程起點位于洪山橋與楊橋西路、洪甘路的交叉口處，路線基本沿既有洪山橋至洪塘大橋段自東向西布設，進入倉山區與閩江大道、上下店路等交叉口，隨后途經妙峰路隧道明洞，終點與三環快速路洪塘互通銜接，路線總長2 km。主線采用設計速度60 km/h的雙向8車道標準建設，橋梁通航等級為內河IV級航道。

據介紹，施工范圍從楊橋西路、洪甘路交叉口進行拓寬改造，新建楊橋西路、洪甘路車行下穿通道425 m，新建非機動車及人行下穿通道132 m。先建洪山橋北幅橋，長469 m，現有洪山橋保持通行；對閩江大道、上下店路交叉口進行拓寬改造；新建妙峰路高架橋1座，橋長519.8 m；拼寬擴建閩江大道、上下店路；拆除重建交叉口處既有匝道橋，拆除重建既有公交停車場下穿通道，新建人行下穿通道，新建非機動車專用坡道3條；拆除妙峰山隧道明洞，新建框架結構隧道1座，長230 m；在妙峰路福建農林大學南門將新建農大天橋1座46 m。

U448.27

B

1009-7716（2016）05-0159-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.045

2016-01-20

戴祖生（1978-），男，海南人，高級工程師，從事橋梁施工工作。