疊合梁斜拉橋主梁拼裝工藝對鋼梁應力的影響分析

沈盧明，秦建均

（四川公路橋梁建設集團有限公司，四川 成都610071）

0 引言

疊合梁是分兩次澆搗混凝土的梁，第一次在預制場做成預制梁，第二次在施工現場進行，當預制梁吊裝安放完成后，再澆搗上部的混凝土使其連成整體。疊合梁按受力性能又可為“一階段受力疊合梁”和“二階段受力疊合梁”兩類［1］。前者是指施工階段在預制梁下設有可靠支撐，能保證施工階段作用的荷載全部傳遞給支撐；后者則是指施工階段在簡支的預制梁下不設支撐，施工階段的全部荷載完全由預制梁承擔。當疊合梁應用于大跨徑斜拉橋主梁時，因斜拉橋主梁架設施工工藝流程設計的不同，相應的預制鋼梁支撐連接與上部混凝土澆筑前后的傳遞順序有直接關系，其主梁的施工工藝設計關系到主梁下部鋼結構的應力狀態［2］［3］。

1 背景工程

宜賓南溪長江大橋主橋為（280＋572＋189）m雙塔混合梁斜拉橋。主橋結構型式為雙塔、雙索面、密索體系，主跨跨徑為572m，兩岸邊跨分別為280m和189m，北岸為輔助通航孔區，南岸邊跨布置3個輔助墩，主橋全長1 041m。橋塔采用鉆石形塔，塔高190．2m，上塔柱為單箱雙室等截面，中下塔柱均為單箱單室變截面，橋塔基礎為承臺＋樁基礎（如圖1所示）。

北岸邊跨和主跨采用了鋼－混疊合梁的結構形式，其中疊合梁為雙工字形鋼主梁與混凝土橋面板結合的形式。標準節段疊合梁斜拉索錨固處高為3．3m，鋼梁高2．9m，由2根主縱梁、3根橫梁及6根小縱梁構成（如圖2所示）。其中主縱梁重31t，橫梁重17．9t，標準節段鋼梁重118t。

圖1 南溪長江公路大橋成橋效果圖

圖2 主梁結構示意圖

2 主梁拼裝工藝

行不同組合，將得到多種節段拼裝成梁工藝。主要拼裝工藝有四種：

第一種：索二張在濕接縫前（本橋設計提供工藝），即鋼梁拼裝、成索及一張、安裝橋面板、二張調索、澆筑濕接縫并等強、三張調索。

第二種：索二張在濕接縫后，即鋼梁拼裝、成索及一張、安裝橋面板、澆筑濕接縫并等強、二張調索、三張調索。

第三種：濕接縫雙節段循環施工，即n段鋼梁拼裝、成索及一張、安裝橋面板、二張調索、三張調索、橋面吊機行走、n＋1段鋼梁拼裝、成索及一張、安裝橋面板、二張調索、澆筑兩節段濕接縫并等強、三張調索。

第四種：濕接縫滯后一節段施工，即n段鋼梁拼裝、成索及一張、安裝橋面板、澆筑n－1節段濕接縫并等強、n節段二次及三次調索、橋面吊機行走。

根據現場實際操作經驗，第一種施工工藝每一個節段大約需要9d；第二種施工工藝每一個節段大約需要10d。第三種施工工藝每一個節段大約需要8．5d；第四種施工工藝每一個節段大約需要8d。通過上述分析，不同的施工工藝對吊裝時間影響較大，合理調整吊裝工藝對縮短工期有重大意義。

3 主梁應力分析

以上疊合梁主梁安裝順序有多種組合形式，在施工階段和成橋階段鋼梁及橋面板各自發揮作用，在拼裝階段疊合梁形成前，主要由鋼梁承受外部荷載和索力；鋼梁和橋面板疊合后將共同承擔外部荷載，所以主梁疊合時機將直接影響鋼梁的內應力。以宜賓南溪長江公路大橋為例建立模型，對以上施工步驟進行模擬分析，計算各種主梁吊裝順序下主梁所承受的應力（如圖3～6所示）。

圖3 設計工序（索二張在濕接縫前）主梁應力曲線圖

疊合梁拼裝成梁施工步驟多，對各個施工步驟進

圖4 索二張在濕接縫后主梁應力曲線圖

圖5 濕接縫雙節段循環澆筑主梁應力曲線圖

圖6 滯后澆筑濕接縫循環澆筑主梁應力曲線圖

按照設計安裝步驟，成橋階段主梁最大應力控制在139 MPa左右；將索力二張放到主梁疊合之后的施工流程，索二張產生的力由主梁疊合承受，主梁應力有所減小，在135 MPa左右；實施濕接縫雙節段循環施工工藝時，由于第一節段濕接縫未澆筑，主梁未疊合，在第二節段自重和施工臨時荷載均由第一節段鋼梁單獨承受，鋼梁應力明顯增加，最大達到200 MPa；實施滯后一個節段澆筑工藝時，從模型成橋階段模擬分析看，鋼梁最大應力和設計較為接近，為139 MPa左右。

對各種工藝成橋階段進行模擬分析，濕接縫雙節段循環施工工藝主梁應力增幅較大，主梁應力可控，最優的施工步驟為滯后一個節段澆筑濕接縫工藝。

4 結語

通過對疊合梁各種成梁階段進行組合，并采用模型進行施工階段計算，分析各種成梁階段對主梁應力的影響規律，可為優化施工組織、控制施工風險、提高施工質量提供科學依據。除此以外，還可為后續類似橋梁疊合梁斜拉橋主梁拼裝施工積累一定經驗，提供一定指導，具有較大的實際應用價值。