南广铁路桂平郁江特大桥主桥钢梁预拱度设置

陈建峰，余 浪，杨国静

(中国中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031)

1 工程背景

桂平郁江特大桥是南广铁路一座双线特大桥，主桥采用(36+96+228+96+36)m五跨双塔双索面钢桁斜拉桥，主桥采用半漂浮体系，主塔与主梁间设置竖向支承，纵向采用阻尼约束，主塔采用花瓶式，塔高为103.5 m，斜拉索采用 φ7环氧涂层钢丝，主梁采用钢桁梁，三角形桁架，两片主桁，桁间距15 m，桁高14 m，节间长度12 m，桥面系采用正交异性钢板的整体道砟桥面结构，钢桥面板与带整体节点的主桁下弦杆通长连接［1］。主桥布置见图 1。

图1 桂平郁江大桥主桥布置(单位:cm)

2 预拱度设置方法及比较

2.1 设置原则

下承式钢桁梁预拱度设置方法通常是伸长或缩短上弦杆件拼接缝尺寸，增加或减少上弦节间长度。具体实现分以下三步:从整体计算中提取恒载和静活载工况的下弦杆件各节点处竖向位移;恒载与一半静活载竖向位移之和得到预拱度值;通过某一计算方法推出预拱度值与上弦长度变化值之间关系，得出各个上弦节间拼接缝的伸长值或缩短值。

以上第一步可以通过有限元程序计算得到，第二步可以直接计算得到，预拱度最终实现的关键在于第三步采用何种计算方法，针对这个关键点，本文提出了三种计算方法:几何法、温度法，以及在前两者基础上的混合法。

2.2 几何法［2］

几何法:根据主桁几何关系推出预拱度值与上弦长度变化值之间关系，以郁江桥为例，钢桁梁形式为三角形桁架。

假设以下参数，fi为各下弦节点竖向拱度;L为节间长;H为桁高;α，β为下弦杆与竖直线夹角;γ为下弦杆与腹杆夹角;θ为腹杆间夹角;Δ为上弦拼接缝变化值。各参数见图2。

图2 各参数关系图

可推出如下公式:

Δ=2(L2+H2)0.5sin(θ/2)－L，其中拼接缝变化值Δ伸长为正，缩短为负。

几何法的优点是计算时间短，且可编制excel表格来计算，但缺点是未考虑各主桁杆件的伸长和缩短，求出的拼缝值有一定误差，需要进行修正。

2.3 温度法［3］

先假设上弦拼接缝的伸长值或缩短值，而后利用升温或降温来使上弦杆件长度发生变化，通过有限元程序计算反推下弦各节点预拱度值，如与预设拱度不符则重新假设拼接缝变化值，如相符则得到最终变化值Δ为

其中，L为桁长;Δt为温度变化值;a为线膨胀系数;Δ为上弦杆件拼缝变化值。

温度法的优点是计算结果准确，但缺点是因为反推的关系，需要计算者有丰富的设计经验，且需经过多次试算才能得到准确结果，计算时间长。

2.4 混合法

几何法和温度法都有其优缺点，在上述两种方法基础上，本文提出一种混合法，具体分以下两步:①通过几何法初步得出各个上弦拼接缝的伸长值或缩短值Δ;②利用温度法对几何法求得的拼缝变化值Δ进行修正，得出准确结果。

混合法综合了几何法和温度法的优点，先用几何法初步算出Δ值，而后利用温度法，通过若干次试算，很快可以得到准确的计算结果。

2.5 三种方法比较

上述三种方法的优缺点见表1。从表1可以看出，这三种方法都能用于下承式钢桁梁预拱度设置，都能取得计算结果，而混合法是综合了几何法和温度法的优点，能较快地得到准确的计算结果，是更好的计算方法。

表1 三种方法优缺点比较

3 本桥钢桁梁预拱度设置

郁江主桥钢桁梁预拱度设置分别采用上述三种方法，其计算结果和计算次数见表2。从表2可以看出，采用几何法求得的拼缝变化值Δ计算结果有一定误差，但计算次数只有一次，很快可得到结果;温度法计算结果准确，但计算次数很多，工作量大，计算时间长;混合法计算结果准确，计算时间短。通过比较，混合法具有较大优势。

表2 计算结果比较表

预拱度设置除了计算方法外，还需注意以下三点:

1)为了杆件不产生较大附加应力，支座处预拱度值需接近于零，计算时可先确定支座位置处拼接缝变化值，再调整其它位置处的值。

2)拼接缝变化值应为整数，设计预拱度值与理论预拱度值有差别，考虑到中活载比实际列车活载大，计算竖向位移大，故设计预拱度值宜比理论预拱度值偏小，但误差需控制在一定范围内。

3)温度法和混合法采用有限元程序计算时，计算模型采用单片主桁即可，不用考虑拉索、主塔和钢桥面板。

郁江主桥钢桁梁预拱度设置成果已用于郁江主桥施工图的设计。

4 结论

下承式钢桁梁预拱度设置的三种方法:几何法、温度法，以及在前两者基础上的混合法。混合法综合了几何法和温度法的优点，具有较大的优势，能较快得到准确的计算结果，是更为理想的计算方法。

［1］中铁二院工程集团有限责任公司.南广铁路桂平郁江特大桥设计［R］.成都:中铁二院工程集团有限责任公司，2009.

［2］刘玉清，李金权.40 m后张法预应力混凝土 T形公路梁预拱度设计［J］.铁道建筑，2001(8):6-8.

［3］曾永平.大跨度钢桁斜拉桥预拱度设置［J］.铁道工程学报，2010(10):78-81.

［4］王海良.悬臂拼装连续箱梁施工过程控制［J］.铁道建筑，2008(5):1-3.