大跨徑斜拉橋主梁與索塔臨時固結(jié)關(guān)鍵技術(shù)
2017-03-20
1 工程概述
1.1 主梁拼裝方案
中朝鴨綠江界河公路大橋?yàn)?6+229+636+229+86=1266m五跨連續(xù)半漂浮體系雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。索塔與主梁間設(shè)置豎向支座和橫向抗風(fēng)支座，縱向設(shè)置粘滯阻尼器；輔助墩設(shè)置豎向拉壓支座，鋼箱梁邊跨內(nèi)同時設(shè)置壓重；過渡墩設(shè)置豎向抗壓支座和橫向抗風(fēng)支座。
主梁為流線型扁平鋼箱梁，梁高3.5m（中心線），梁寬33.5m，橋面設(shè)2%的雙向橫坡。鋼箱梁內(nèi)設(shè)置兩道縱腹板，其距離鋼箱梁中心線間距為8.8m，鋼箱梁橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為3.2m。共計87片，由中交一公局海威工程建設(shè)有限公司承建1/2主橋及中跨合龍段鋼箱梁架設(shè)安裝，共計44片。鋼箱梁共分為11類（A～J、E1、E2、E3），大橋主橋鋼箱梁總體施工步驟如下：索塔區(qū)01～03（A、B、C）共5個梁段采用墩旁支架施工，最大起吊重量約262t。利用浮吊將梁段吊放與支架上，精確定位焊接后，與下橫梁臨時固結(jié)。阻尼器連接件在施工過程中作為臨時拉索在主梁上的錨固裝置。然后張拉C梁段拉索，對稱拼裝橋面架梁吊機(jī)，準(zhǔn)備吊裝后續(xù)梁段。
對于索塔，次邊跨和中跨的標(biāo)準(zhǔn)梁段采用橋面吊機(jī)雙懸臂依次吊裝，對稱掛設(shè)、張拉斜拉索，直至主梁合龍。對位于河床較淺的邊跨梁段，采用高支架拼裝，用浮吊和滑移結(jié)合將梁段起吊滑移到位，然后再利用橋面吊機(jī)逐段起吊安裝。
1.2 塔梁縱向限位及臨時錨固構(gòu)造
1.2.1 縱向限位構(gòu)造
根據(jù)鋼箱梁設(shè)計資料，在鋼箱梁架設(shè)施工過程中，在鋼箱梁01號段的索塔塔柱兩側(cè)的設(shè)置縱向限位裝置，構(gòu)造見圖1～圖2。
1.2.2 阻尼器連接構(gòu)件處的臨時錨固構(gòu)造
塔梁固結(jié)的臨時拉索可采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1670MPa的鉸銷式吊桿體系，計算長度為9.095米。臨時拉索每個阻尼器連接構(gòu)件處設(shè)置一根，全橋8根計72.76米長，推薦采用PES7-61絲吊桿。設(shè)計建議臨時拉索張拉力為150kN。（如圖3）
1.2.3 橫向臨時固結(jié)
為了限制主梁拼裝過程中的橫橋向位移，對于中方側(cè)索塔，擬在索塔抗風(fēng)支座兩側(cè)設(shè)置主梁橫向臨時固結(jié)措施。橫向臨時固結(jié)的一端通過預(yù)埋件與塔柱相連接，另一端與01號鋼箱梁段的腹板相連接。橫向臨時固結(jié)措施在鋼箱梁上下游側(cè)對稱布置，見圖4。橫向臨時固結(jié)構(gòu)件為雙拼2[40槽鋼或雙拼2H450×200型鋼。
2 計算工況
鋼箱梁01節(jié)段的鋼牛腿主要抵抗主梁拼裝施工過程中的縱向不平衡荷載，橫向風(fēng)荷載引起的主梁水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，以及豎直面內(nèi)的主梁轉(zhuǎn)動。橫向臨時抗風(fēng)支座抵抗主梁在橫向風(fēng)荷載作用的位移。對主梁架設(shè)的最大雙懸臂和最大單懸臂工況進(jìn)行計算，分析塔梁臨時錨固肯能承受的最大內(nèi)力值。
2.1 最大雙懸臂工況
在主梁A12/J12節(jié)段懸臂拼裝完畢，主梁尚未與輔助墩支架的合龍梁段連接時，主梁處于最大雙懸臂狀態(tài)，懸臂長度為201m，見圖5。
2.1.1 最大豎向不平衡力
當(dāng)鋼箱梁A12/J12梁段安裝完畢，江測懸臂端單獨(dú)起吊J13梁段。橋面吊機(jī)重量按實(shí)際重量選取，J13號梁段重量乘以動力系數(shù) 1.20。
2.1.2 橫向風(fēng)荷載的對稱加載和不對稱加載
?。?）對稱橫向風(fēng)荷載作用下的產(chǎn)生的水平力；（2）邊跨和中跨兩側(cè)不平衡橫向風(fēng)荷載作用下，對兩側(cè)主梁產(chǎn)生的不平衡力。
根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》（JTG/T D60-01-2004），對于A類地表，主梁高程（43.875m）風(fēng)速高度修正系數(shù)取K1=1.40。施工階段風(fēng)速重現(xiàn)期按20年考慮，風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)η=0.88。施工階段，主梁高度處的基準(zhǔn)風(fēng)速為VZ=K1V10η=1.40×32.6m/s×0.88= 40.22m/s。
靜陣風(fēng)風(fēng)速：
=1.24×40.22=49.87 m/s
式中VZ――索塔基準(zhǔn)高度處的風(fēng)速；
CV――靜陣風(fēng)系數(shù)，A類地表，加載長度201m，取1.24。
主梁的靜風(fēng)荷載：
式中：
ρ――空氣密度（kg/m3），取1.25；
Vg――靜陣風(fēng)風(fēng)速；
CH――主梁的阻力系數(shù)，取1.3；
AH――主梁投影高度。
根據(jù)上式計算得到主梁的橫橋向靜風(fēng)荷載FH=8.0kN/m。江測和岸側(cè)主梁的不對稱系數(shù)取0.5。加載方式分別見圖6、圖7。
2.1.3 橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的豎向升舉力
橫向風(fēng)荷載對主梁產(chǎn)生的豎向升舉力 P參照以下公式進(jìn)行計算：
P=CLS2V2b/1.6
式中CL―升舉系數(shù)，由規(guī)范圖表按主梁寬/高比查取，此處取 0.35；
V―設(shè)計風(fēng)速，按10年一遇地面10米高處風(fēng)速換算至主橋高度（此處按40米計）為32.5m/s。施工階段風(fēng)速重現(xiàn)期按20年考慮，風(fēng)速重現(xiàn)期系數(shù)η =0.88。
S―陣風(fēng)系數(shù)，查表可得，岸側(cè)S=1.61，江側(cè)S=0.82；
b―鋼箱梁寬度，33.5m。 根據(jù)上式計算結(jié)果，岸側(cè)升舉力P1=33.8kN/m，江測升舉力為P2=8.5kN/m。加載方式見圖8。
2.2 最大單懸臂工況
在中跨主梁合龍前，主梁處于最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)，中跨最大懸臂長度達(dá)313m，見圖9。
2.2.1 最大豎向不平衡力
中跨合龍前，合龍段由合龍口兩側(cè)橋面吊機(jī)同時起吊，當(dāng)一側(cè)橋面吊機(jī)脫鉤，合龍段鋼箱梁重量由單側(cè)橋面吊機(jī)承受。橋面吊機(jī)重量按實(shí)際重量選取，合龍段鋼箱梁重量乘以動力系數(shù)1.20。
2.2.2 橫向風(fēng)荷載
?。?）對稱橫向風(fēng)荷載作用下的產(chǎn)生的水平力；（2）邊跨和中跨兩側(cè)不平衡橫向風(fēng)荷載作用下，對兩側(cè)主梁產(chǎn)生的不平衡力。加載方式分別見圖10、圖11。
3 塔梁臨時固結(jié)內(nèi)力計算結(jié)果
按照上述最大雙懸臂和最大單懸臂的各個工況進(jìn)行計算，得出主梁與索塔單側(cè)最大錨固力計算結(jié)果見表1。
在最大單懸臂架設(shè)狀態(tài)，主梁承受橫向?qū)ΨQ風(fēng)荷載時，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受橫橋向最大內(nèi)力為4496kN。在最大雙懸臂架設(shè)狀態(tài)，且江測懸臂端單獨(dú)起吊J13梁段時，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受縱橋向最大內(nèi)力為20519kN；承受的扭矩為97639kN*m。
4 塔梁臨時固結(jié)構(gòu)造受力驗(yàn)算
4.1 最大縱向力
主梁懸臂拼裝過程中，縱向不平衡力主要由鋼箱梁01號段的鋼牛腿承擔(dān)。根據(jù)鋼箱梁設(shè)計圖紙，單個鋼牛腿的截面面積為A=2×20×1610+2×20×1552=126480mm2。對于Q345鋼材，抗剪容許應(yīng)力為[τ]=120MPa，鋼箱梁縱向臨時固結(jié)兩個鋼牛腿的抗剪承載力為Q=120×126480×2=30355kN>主梁最大縱向不平衡力20519kN。
4.2 最大橫向力
主梁懸臂拼裝過程中，橫向風(fēng)荷載作用下，塔梁錨固結(jié)構(gòu)承受橫橋向最大內(nèi)力為4496kN。對于Q235鋼材，軸向容許應(yīng)力為[σ]=140MPa。單個橫向臨時固結(jié)構(gòu)件2[40槽鋼的截面面積為A=2×6150=12300mm2，則橫向固結(jié)的軸向抗壓承載力為：N=140×12300×4=6888kN>最大橫向內(nèi)力4496kN。
5 結(jié)語
?。?）在以上工況的荷載作用下，主梁和索塔臨時固結(jié)構(gòu)造措施的縱向抗剪承載力和橫向抗壓承載力滿足要求。（2）建議設(shè)計根據(jù)以上橫向內(nèi)力計算結(jié)果，考慮是否需要對橫向臨時固結(jié)接觸部位的鋼箱梁腹板進(jìn)行局部加強(qiáng)。
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