額外施工荷載對連續梁-拱組合橋吊桿內力的影響

況宇亮，徐營營

(1.江蘇華通工程檢測有限公司，江蘇 南京 210000；2.東南大學建筑設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

連續梁-拱組合橋是結合了梁橋和拱橋受力特點的一類組合體系橋梁[1]，因其跨越能力強、結構剛度大、上部結構施工方便，擁有連續梁、鋼管混凝土的共同優點[2]，被廣泛應用于公路和鐵路橋中。在拱橋施工過程中，吊桿內力控制是施工監控工作中的一個重點[3]。常用的吊桿內力分析方式有倒裝法、正裝法、無應力長度法[4]，其中有限元軟件進行正裝法計算適合于施工及成橋全過程的吊桿內力計算[5]。在施工過程中，由于諸多限制因素，現場實際施工荷載往往會超出設計圖紙預計值[6]。對連續梁拱橋進行額外(吊車)施工荷載下的吊桿內力分析，進而有效控制張拉過程，對于保證施工質量來說十分必要。以兩輛自重55 t的吊車為例，嘗試通過分析連云港市東海特大橋跨G311國道連續梁-拱組合橋在施工過程中的吊桿內力，提出施工方案的優化措施。

1 橋梁概況

連云港市此鐵路橋跨徑布置為(39.55+168+39.55)m，結構為下承式連續梁拱組合橋，全長248.7 m(含兩側梁端至支座中心線各0.8 m)。橋梁全寬13.6 m，計算矢高為39 m(下拱圈)和45 m(上拱圈)；吊桿采用8 m等間距布置，單面共18根吊桿；主梁采用門式支架分段現澆施工。主拱圈由鋼管混凝土雙拱肋與K形鋼管風撐及綴板組成，其中拱肋管徑1 400 mm，K撐管徑600～700 mm，采用支架法施工。

2 連續梁拱橋模型

2#連續梁拱橋模型采用橋梁博士軟件(v4.3)建立有限元模型(見圖1)，其中：梁單元模擬拱圈和主梁、索單元(僅受拉)模擬吊桿、剛性連接模擬拱梁固結。主梁和吊桿為普通截面、拱肋使用鋼-混凝土組合截面。全橋共分為37個施工階段，主要包括：主梁分段澆筑、拱肋拼裝、灌注鋼管內混凝土、吊桿安裝(見表1)、吊桿張拉(見表2)、拆除支架、二期恒載、10年收縮徐變。材料彈性模量等參數(見表3)按鐵路橋涵混凝土結構設計規范取值。

圖1 連續梁拱橋模型(空間桿系)

表1 吊桿安裝順序及初張力 單位：kN

表2 吊桿張拉順序及二次張拉力 單位：kN

表3 材料強度及彈性模量

3 吊桿張拉過程內力分析

在施工階段模擬中，吊桿內力的變化過程主要包括：全部吊桿安裝完成時(見圖2曲線a)、吊桿二次張拉結束時(見圖2曲線b)、橋面二期恒載施工后(見圖2曲線c)。從圖2可以看出：雖然采用了相近的初張拉力，但在逐一安裝吊桿之后，各吊桿內力分布并不均勻，先張拉的吊桿受力較大，后張拉的吊桿受力較??；而如果采用表2所給出的拉力值進行二次張拉，就可以得到一個相對均勻分布的吊桿內力；再加上二期恒載，在最終的成橋狀態下，各吊桿受力均勻，有效地共同承受恒載。

圖2 施工過程中的吊桿內力

4 額外(吊車)施工荷載下的影響分析

根據施工組織計劃，施工過程中將有兩輛吊車在主梁上進行作業(見圖3)。吊車重量荷載參考公路-Ⅰ級汽車荷載進行布置(見圖4)從吊桿安裝開始，持續至二期恒載施工結束。從計算結果可以看出：當有吊車在橋面時，安裝完全部吊桿時的吊桿內力(見圖5曲線a)與無額外(吊車)施工荷載下(見圖2曲線a)差別不明顯；但如果按照表2所給出的拉力進行二次張拉，結束時吊桿內力(見圖5曲線b)已經非常不均衡；二期恒載施工后(見圖5曲線c)，即使吊車撤離(見圖5曲線d)，吊桿內力已經和原方案(見圖3曲線c)相去甚遠(見表4)。

圖3 吊車上橋施工示意圖

圖4 吊車荷載計算圖示

圖5 吊車荷載下施工過程中的吊桿內力

表4 兩種施工方式下的最終成橋內力對比表

5 結 論

(1)有限元計算表明，在額外(吊車)施工荷載下，吊桿成橋內力發生巨大變化(見表4)，其中變化最大的7A吊桿，其內力僅有設計內力的7%。

(2)由于吊車位置會經常移動，現場實際情況比本模型模擬條件更加復雜，也已不可能通過調整二次張拉力進行有效控制，必須在吊車撤離后進行第三次吊桿張拉。