混合梁獨(dú)塔單索面城市斜拉橋橋塔施工階段分析

榮立新

(國(guó)省干線公路管理站，黑龍江 賓縣 150400)

混合梁獨(dú)塔單索面城市斜拉橋橋塔施工階段分析

榮立新

(國(guó)省干線公路管理站，黑龍江 賓縣 150400)

以在建的某斜拉橋?yàn)檠芯勘尘埃接懥藙判怨羌軐?duì)橋塔偏位的影響，分析了勁性骨架施工安全性問題。

混合梁斜拉橋；施工階段；勁性骨架

1 工程概況

研究背景為一在建的城市斜拉橋，主橋結(jié)構(gòu)是跨徑為(130+85) m的混合梁獨(dú)塔單索面斜拉橋，斜拉索布設(shè)在橋梁中心線的位置，斜拉索的拉引為塔梁固結(jié)體系，邊、主跨之比為0.59。主跨、邊跨設(shè)置縱向放坡分別為為2.25%和3.306%，主邊跨之間通過半徑為1 800 m的豎向曲線平滑過渡連接。

主橋索塔類型是獨(dú)柱式“人”字形弧型塔，由主塔及副塔兩部分構(gòu)成。塔柱總高度為89.5 m。橋塔為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，拉索區(qū)設(shè)置的鋼錨箱除了用于塔端錨固外，亦在施工時(shí)綁扎鋼筋和提載塔柱模板時(shí)起到關(guān)鍵作用。

2 橋塔施工階段分析

2.1 下塔柱根部應(yīng)力施工階段分析

由應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化情況，表明下塔柱根部在整個(gè)施工過程中始終處于受壓狀態(tài)，在CS6即塔梁固結(jié)段澆筑完成前，因?yàn)楦彼幸欢ń嵌鹊膬?nèi)傾，所以在每一節(jié)段副塔施工完成后，副塔根部邊跨側(cè)的壓應(yīng)力變小，而主跨側(cè)則相應(yīng)的變大。在塔梁固結(jié)段澆筑完成后，因?yàn)樗旱淖灾?、施工荷載主要由滿堂支撐架承擔(dān)，塔梁自身強(qiáng)度不足。因此，下塔柱主塔及副塔底部應(yīng)力變化不大。總體來說，整個(gè)橋塔施工階段下塔柱根部的壓應(yīng)力相對(duì)較小，且始終沒有拉應(yīng)力產(chǎn)生，也就是說橋塔施工過程中下塔柱受力一直處于安全狀態(tài)。

2.2 中塔柱根部應(yīng)力施工過程分析

當(dāng)塔梁固結(jié)段與下塔柱澆筑完成后，結(jié)構(gòu)剛度將大大提高，而在進(jìn)行橋面上的中塔柱施工時(shí)，可以將中塔柱視為一端固結(jié)，另一端為自由結(jié)構(gòu)。

中塔柱主塔靠近主跨側(cè)在8#段橋塔饒筑(CS14)后，出現(xiàn)0.06 MPa拉應(yīng)力，在9#橋塔節(jié)段澆筑完成，勁性骨架8安裝定位后達(dá)到0.30 MPa，但伴隨主塔副塔的合并，拉應(yīng)力則呈減小趨勢(shì)。當(dāng)施加張拉臨時(shí)橋塔預(yù)應(yīng)力C1(CS26)時(shí)使主跨側(cè)產(chǎn)生0.05 MPa，施加張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力C2(CS33)后，使主跨側(cè)產(chǎn)生0.06 MPa的拉應(yīng)力，而隨著橋塔節(jié)段澆筑逐漸呈現(xiàn)處于壓應(yīng)力狀態(tài)。主跨側(cè)最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在張拉橋塔豎向預(yù)應(yīng)力(CS38)后，達(dá)到了0.49 MPa。中塔柱主塔靠近邊跨側(cè)位置應(yīng)力在橋塔澆筑過程中始終處于壓應(yīng)力狀態(tài)，在橋塔主塔、副塔合并后應(yīng)力的浮動(dòng)趨于平緩。

由圖1可以看出，中塔柱副塔主跨側(cè)均呈現(xiàn)受壓狀態(tài)，而邊跨側(cè)則處于拉應(yīng)力狀態(tài)，在9#橋塔節(jié)段澆筑完成后，勁性骨架8安裝定位后達(dá)到極值，0.09 MPa。伴隨著橋塔節(jié)段的澆筑逐過程的進(jìn)行逐漸變小。而副塔全部呈現(xiàn)為受壓狀態(tài)的始點(diǎn)是在橋塔豎向預(yù)應(yīng)力張拉后。綜上所述，即使中塔柱施工過程中在副塔柱底部有處于拉應(yīng)力過程，但其值較小，且在豎向預(yù)應(yīng)力張拉后整體受壓，因此施工過程中中塔柱受力滿足要求。

2.3 上塔柱根部應(yīng)力施工階段分析

上塔柱包含鋼錨箱段，重心向外偏移，為防止橋塔主跨側(cè)表面放生拉應(yīng)力過載，因此在施工開展是應(yīng)對(duì)橋塔施加臨時(shí)預(yù)應(yīng)力。由圖2中可以得到，在張拉臨時(shí)橋塔預(yù)應(yīng)力C1(CS28)后，主跨側(cè)壓應(yīng)力由-0.12 MPa增大到-0.73 MPa，張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力C2(CS33)后，主跨側(cè)由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變成壓應(yīng)力，從0.25 MPa變成-0.35 MPa，為隨后進(jìn)行的塔段澆筑施工提供足夠的預(yù)應(yīng)力。

圖1 中塔柱副塔根部應(yīng)力

圖2 上塔柱根部應(yīng)力

3 勁性骨架分析

3.1 勁性骨架構(gòu)造說明

橋塔內(nèi)勁性骨架的結(jié)構(gòu)形式是傳統(tǒng)的三角形桁架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)材料主要是Q235鋼。整體骨架由加勁柱、主弦和桿間組合而成。加勁柱包括三角加勁柱和矩形加勁柱兩種。構(gòu)件截面規(guī)格如表1所示。

表1 勁性骨架構(gòu)件規(guī)格

3.2 勁性骨架對(duì)橋塔偏位的影響

選取每一段橋塔澆筑完成后該節(jié)段頂部的實(shí)際位移，即由自重及外荷載引起的位移與由切向施工而引起的虛擬位移疊加，進(jìn)行分析對(duì)比。其中，由于10#塔段主塔與副塔已經(jīng)合并為一個(gè)剛度較大的結(jié)構(gòu)，可以視為一個(gè)整體，因此副塔只需只選取1#～9#節(jié)段進(jìn)行對(duì)比分析?？v向橋塔偏離的位移在有勁性骨架比無勁性骨架的情況下相對(duì)較小，可以看出勁性骨架在一定程度上可以增強(qiáng)橋塔縱向剛度，但增強(qiáng)量效果不明顯，其主要作用還是作為臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，在橋塔澆筑時(shí)，用以提升鋼筋、模板、波紋管、預(yù)埋構(gòu)件自重及承擔(dān)工人等施工活荷載。因此在建立全橋模型的時(shí)，可以忽略勁性骨架對(duì)橋塔剛度的有利影響。

在實(shí)際橋塔澆筑過程中會(huì)對(duì)橋塔進(jìn)行預(yù)偏，并在主塔副塔之間設(shè)置臨時(shí)支撐，以避免橋塔偏位過大。

3.3 勁性骨架施工安全性分析

橋塔勁性骨架施工在混凝土橋塔節(jié)段攀升之前進(jìn)行，此時(shí)已完成搭建的勁性骨架的構(gòu)造、剛度及施工期間穩(wěn)定性將對(duì)橋塔的施工質(zhì)量與安全有直接影響，因此，必須對(duì)橋塔勁性骨架開展精確的射設(shè)計(jì)與施工。并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋塔施工過程中勁性骨架的應(yīng)力。

在每一節(jié)段橋塔澆筑完成后，繼而進(jìn)行勁性骨架施工，并將各種施工荷載施加在勁性骨架上，選取該工況狀態(tài)下結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及組合應(yīng)力進(jìn)行分析，以驗(yàn)證這一狀態(tài)下勁性骨架的安全性。

圖3 勁性骨架應(yīng)力

每一節(jié)段勁性骨架施工時(shí)的應(yīng)力如圖3所示。根據(jù)分析可知，當(dāng)?shù)谒墓?jié)段勁性骨架安裝后勁性骨架出現(xiàn)最大剪應(yīng)力，為37.42 MPa；在第三節(jié)段副塔勁性骨架安裝后，出現(xiàn)最大軸向應(yīng)力、最大彎曲應(yīng)力及最大組合應(yīng)力，分別為50.82 MPa、133.00 MPa、140.50 MPa。同時(shí)，該節(jié)段副塔內(nèi)傾角度相對(duì)較大，且橋面以上橋塔橋截面寬度變小，加勁柱根數(shù)相對(duì)其他截面也較少，因此該截面為結(jié)構(gòu)此狀態(tài)下的最不利截面。根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，Q235鋼的軸向容許應(yīng)力[σ]=140 MPa，容許彎曲應(yīng)力[σw]=145 MPa,容許剪應(yīng)力[γ]=85 MPa，此時(shí)勁性骨架施工全程應(yīng)力值都較規(guī)范要求容許值小。另外，本模擬計(jì)算的結(jié)果都處于偏安全考慮，也就是說，第三節(jié)段勁性骨架出現(xiàn)的較大應(yīng)力也將會(huì)在該節(jié)段混凝土澆筑完成后減小。因此勁性骨架在施工過程中受力滿足要求。

[1] 姚玲森.橋梁工程(第二版)[M]．人民交通出版社，2010.

[2] 秦順全．橋梁施工控制一無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實(shí)踐[M]．北京：人民交通出版社，2007.

[3] 祖祥勝．鋼絞線拉索與鋼絲拉索體系的比較[J]．安徽建筑，2010.

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2017-08-10