悬索桥钢箱梁吊装相邻截面下缘开口距离的研究

姚增峰 彭 樵

(重庆交通大学研究生部，重庆 404100)

1.引言

悬索桥的加劲梁在吊装过程中，随着主缆线形的不断变化，其线形也在不断变化。在吊装初期，梁段上缘顶紧，下缘开口较大，此时梁段之间一般对顶板实行临时连接。待梁段吊装到一定阶段，已吊装的梁段底板开口距缩小到设计焊缝宽度以内时，再进行底板的临时连接，最后进行梁段之间的焊接，去除临时连接，完成吊装。吊装方案不合理会在加劲梁节点处产生较大次应力，大大影响结构安全，因此研究在加劲梁吊装施工过程中各相邻加劲梁截面之间开口距离的变化规律，以及加劲梁施工中临时连接的变化情况，为加劲梁的合理吊装施工提供依据是十分重要的。

龙江大桥主桥为320m+1196m+320m的双塔单跨钢箱梁悬索桥，主缆采用预制平行钢丝索股 (PPWS)，中跨矢跨比为1/10.5，设单向1%的纵坡，两根主缆横桥向中心间距为25.5米，设双向2%的横坡。除两岸处长吊索距离桥塔中心15.2米外，其余吊索间距均为12.4米。全桥采用简支结构体系。主桥桥型总体布置图如图1所示。

主桥钢箱梁全宽33.5m(含两侧各2.5m的检修道)，高3.0m，全桥钢箱梁分A、B、C三种类型，共97段。A梁段为标准梁段，长12.4m，全桥共95段;B、C梁段各一块，分别为腾冲、保山侧塔区无吊索梁段。钢箱梁吊装工程量如表1所示，钢箱梁标准段横断面如图2所示。

表1 梁段安装工程数量表

钢箱梁的总体吊装顺序是:从保山向腾冲方向吊装B2～T2梁段后，再对称向两侧索塔方向交替吊装B3～B44、T3～T44梁段，然后从索塔向跨中方向完成B48～B46、T48～T46梁段，最后吊装B45、T45合拢段。

2.有限元模型

采用桥梁结构非线性计算软件MIDAS对龙江悬索桥建立了空间有限元模型，如图3所示。悬索桥的主要结构构件是主缆、吊索、索鞍、桥塔、加劲梁和锚碇，可根据各构件的受力情况不同而离散为不同的单元。其中主缆和吊索采用索单元进行模拟，主塔及加劲梁采用空间三维梁单元进行模拟。

边界条件的处理为:

(1)主塔塔底全部固结，限制对应节点所有的自由度;

(2)主缆锚固点全部固结，限制对应节点所有的自由度;

(3)主缆与主塔在塔顶通过节点自由度耦合的形式模拟主索鞍;

(4)在加劲梁的一端限制横向及纵向位移，另一端也限制横向及纵向位移;

(5)在加劲梁端采用一般弹性连接约束其竖向位移来模拟梁端支座;

(6)在索塔与加劲梁端采用刚性连接;

(7)加劲梁与吊杆下部节点采用刚性连接，在跨中位置限制0号梁段的横向位移;

3.加劲梁相邻截面开口距离分析

相邻截面开口角度如图4所示，产生转角θ，其值为:θ=θ1+ θ2;

如图4所示，确定加劲梁相邻截面间开口角度θ，令i、j及i+1三点的竖向位移分别为:△i、△j及△i+1，相邻点的相对竖向位移分别为:

△1=△i－△j;

△2=△i+1－△j;

由于△1及△2值相对L1、L2较小，则θ1、θ2可由如下公式计算为:

则加劲梁相邻截面下缘两点之间的开口距离为:

式中，L0为开口距离;θ为开口角度;h为梁截面高度。

加劲梁吊装施工过程中，除了要求成桥状态下加劲梁梁段截面获得较小的应力以外，还需在未固结前各加劲梁梁段相邻截面之间不能出现较大的开口距离。为了研究梁段下缘开口在整桥纵向上的分布规律，现将第8、15、25、35、45施工阶段的下缘开口分布图取出，如图5～图9所示。

从上图可以发现，截面开口沿桥纵向分布有如下特点:

(1)开口在整个梁段上是对称均匀变化的，随着吊装梁段的增多，变化幅度在逐渐减小，故在梁段全部吊装后，实行其间的焊接是最理想的;

(2)新吊装梁段与相邻已吊装梁段间上缘的开口总是闭合的;

(3)新吊装梁段与相邻已吊装梁段间下缘开口的距离普遍较大;

(4)新吊装梁段会改变已吊装梁段间的开口分布规律，且与新开口之间的距离越远，所受的影响越小;

(5)中跨相邻梁段的下缘开口距离对比其他已吊装梁段的开口距离要大，这是因为跨中主缆刚度较其他部分小，故自身线形变化大，引起相应主梁线形变化大。

4.结语

本文以龙江大桥为背景，在现有施工方案中对加劲梁在吊装过程中梁段相邻截面下缘的开口距离变化做了相应研究，证实了采用施工方案规定的钢箱梁吊装顺序时，梁段下缘的开口变化是逐渐趋于稳定的，开口变化值是逐渐变小的。加劲梁之间在吊装过程中采用临时铰接，随着吊装梁段的增多，加劲梁的线形逐渐接近于设计线形。

[1]韦世国，吴建强，文武.润扬大桥悬索桥钢箱梁吊装技术 [J].桥梁建设，2004.

[2]钟继卫.大跨度悬索桥钢箱梁吊装精细化分析 [J].桥梁建设，2010.

[3]姜军，忻刚明，孙胜江.大跨悬索桥加劲梁吊装阶段的施工控制 [J].公路，2009.

[4]潘永仁，范立础.大跨度悬索桥加劲梁架设过程的倒拆分析方法 [J].同济大学学报，2001.

[5]谭永高.大跨径悬索桥桁架加劲梁节段的安装研究[J].公路，2007.

[6]王峻，梁进达.泰州大桥悬索主桥钢箱梁吊装施工顺序的确定 [J].中国工程科学，2012.