大跨度鋼桁架拱橋懸臂拼裝施工關鍵工序技術研究

霍振東 趙云鵬

(中交三航局第二工程有限公司)

清水塘大橋為主跨408m中承式鋼桁架系桿拱橋，上部結構施工采用爬拱吊機懸臂拼裝工藝[3]，為求得關鍵施工控制參數，建立清水塘大橋成橋模型，通過倒拆和正裝迭代分析進行施工階段計算，并輔以未知系數求解等分析手段，求得滿足拱肋無應力合龍條件下的施工控制參數。

1 工程概況

1.1 工程簡介

清水塘大橋主橋為中承式鋼桁架拱橋，跨徑布置為100+408+100m，邊中跨比為1/4。上層橋面寬為31.0m，下層為人非道。

圖1 清水塘大橋整體立面圖及平面圖

1.2 吊裝系統(tǒng)設計

清水塘大橋上部結構采用爬拱吊機施工工藝，通過扣掛系統(tǒng)和邊跨壓載以平衡主支點處不平衡力矩。扣掛系統(tǒng)由塔架、扣索和纜風組成，塔架鉸接于主支點處上弦桿，扣索錨固于塔架頂部和拱肋上弦桿之間，纜風索位于塔架中部。

采用MidasCivil建立成橋模型，進行倒拆和正裝迭代分析，得到最不利工況下的施工階段模型，即由拱肋合龍前的最大懸臂工況確定施工參數。

2 求解施工參數

采用未知系數法進行求解扣索初拉力和邊跨壓載值，通過Midas程序內部自動求解以及手動優(yōu)化求解兩部分內容，將扣索初拉力和壓載值設為未知系數并滿足下述條件：

（1）扣索在塔頂部的水平力基本平衡；

（2）拱肋合龍線形達到合龍要求；

（3）整體結構強度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

圖2 未知系數法求解扣索初張力和邊跨壓載系數

采用未知系數法進行求解，根據圖5 計算結果，邊跨壓載系數為30，并考慮1.3倍抗傾覆系數，邊跨壓載值為1237.5×30×1.3=48262.5KN。

利用3.3中未知系數法求得的初拉力系數，在正裝模型中輸入初拉力，得到合龍結構體系中扣索的索力，見圖6所示計算結果。根據扣索索力，考慮4倍的安全系數得到扣索和背索布置規(guī)格，詳見表1。

表1 扣索索力統(tǒng)計表

3 合龍分析

3.1 合龍位移分析

根基上述合龍工況計算結果，求得合攏口兩側拱肋位移豎向為+54mm，如圖7所示；單邊順橋向位移向76mm，上下弦桿偏差在1mm以內，滿足無應力合龍條件，即合龍時不產生次內力，計算結果如圖8所示。通過施工前主支點設置縱向預偏和邊支點進行預降可以達到主桁合龍要求。

4 總結

（1）通過有限元計算分析，從成橋階段迭代分析出施工階段模型，利用未知系數求解，求得滿足無應力合龍要求的扣索索力值、邊跨壓載值、合龍口預抬高值和主支點預偏值。

（2）大跨度鋼桁架拱橋采用爬拱吊機進行上部結構吊裝，和龍工況下的穩(wěn)定性滿足施工規(guī)范要求，和龍線性可通過施工控制措施最終達到設計線性，因此爬拱吊機施工工藝較為適宜本橋型施工。