连续钢桁架桥中跨临时墩设置位置研究

姜洋

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

连续钢桁架桥中跨临时墩设置位置研究

姜洋

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

连续钢桁架桥采用中跨桁架节段悬臂拼装施工时，对设置中跨临时墩与结构受力性能的关系进行了研究。分析表明：设置中跨临时墩可明显减小最大悬臂状态下的结构竖向挠度；随着临时墩向跨中方向移动，结构竖向挠度、临时墩支反力及其下部基础规模逐渐减小，而中跨跨中弦杆轴力逐渐增加；临时墩位置对中支点弦杆轴力影响很小。

钢桁架桥;临时墩;悬臂拼装;结构刚度

0　引言

钢桁架桥具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点，国外的早期铁道桥大多数采用悬臂钢桁架桥。1919年建成的主跨549 m的加拿大魁北克桥目前仍是世界上跨径最大的梁式桥。

常见的钢桁梁桥结构体系主要有两种：悬臂带挂孔钢桁梁和连续钢桁梁。两种体系在用材、施工方法上相差不大，出于提高行车舒适度、降低养护工作量并提高结构耐久性考虑，近年来国外建造的大跨径钢桁架桥均采用连续钢桁梁体系。

改革开放以来，我国钢桥建设的整体技术水平有了长足发展，逐步实现了结构形式多样化、桥梁规模大型化、连接方式焊接化。但目前我国已建成的超大跨径桥梁均采用缆索承重或拱式体系，钢桁梁桥跨径相对较小，其最大跨径尚未突破300 m，对超大跨径钢桁梁桥的设计和施工缺乏相应经验。

对于连续钢桁架桥，一般先在临时支架上拼装边跨，然后继续悬臂拼装中跨节段。为了提高悬臂拼装过程中的结构稳定性和安全性，往往需要设置中跨临时墩。在结构合拢前，可利用临时墩对结构进行临时加固，提高钢桁架桥的抗风性能；在悬拼过程中，还可将临时墩作为支点便于对结构的变形进行调整。而中跨临时墩的设置位置将影响结构在施工过程中和成桥时的受力状态以及钢桁架的制造和成桥线型。因此，对于采用悬臂施工工艺的连续钢桁架桥，对中跨是否设置临时墩以及临时墩设置位置等问题的研究具有非常重要的工程意义。

1　工程概况

三官堂大桥位于宁波市东部，是连接高新区院士路与镇海区明海大道的跨越甬江通道。由于要求一跨过江且桥位临近庄桥机场，桥梁建筑高度受限，因此主桥采用连续钢桁架桥，跨径布置为160 m+465 m+160 m=785 m，建成后将成为世界上跨径最大的连续钢桁架桥，见图1。

图1　宁波三官堂大桥总体布置图（单位：m）

桁架采用变高桁，桁式采用“N”形桁，跨中桁高14.5 m，边墩顶桁高15.0 m，中墩顶桁高42.0 m；设置双向八车道，两榀主桁中心间距33.7 m，中跨桥面宽度45.9 m；桁架基本节间距15.0 m，中墩顶附近为18.75 m。

三官堂大桥采用设置中跨临时墩进行中跨悬臂拼装的总体施工流程为：

（1）主桥基础和墩身施工；

（2）支架上散拼边跨和V撑节段；

（3）拆除边跨支架，安装中跨桥面吊机；

（4）整节段悬臂拼装中跨节段；

（5）中跨合拢，拆除桥面吊机，解除主墩支座临时锁定，完成体系转换；

（6）拆除中跨临时墩；

（7）二期恒载施工，主桥施工完成。

2　临时墩设置位置计算结果[1-4]

中跨临时墩位置有两个选择，见图2、图3，方案一为临时墩布置于V撑前端附近（距离中支点水平距离82.5 m），方案二为布置于悬臂吊装前部（距离中支点水平距离157.5 m）。每个临时墩设置位置处在横桥向布置两个临时墩，全桥共对称布置4个中跨临时墩。

图2　中墩墩顶处断面（单位：m）

图3　中跨临时墩设置位置示意图（单位：m）

采用有限元分析软件MIDAS/Civil程序，建立空间有限元计算模型，桥面板和边跨梁端钢箱梁采用板单元模拟，其他构件均采用空间梁单元模拟，见图4。

图4　空间分析有限元模型

临时墩位置变化计算结果见表1。

表1　临时墩位置变化计算结果

从上述计算结果可以看出，当临时墩位于V撑前端附近时，临时墩反力和跨中挠度均较大，且通过顶升临时墩墩顶桁架对跨中变形的影响较小，因此不推荐将临时墩设置于V撑附近。

为进一步研究临时墩设置位置对结构刚度和受力性能的影响，对无临时墩（考虑中跨合拢后两侧边墩同时顶升0.8 m）、临时墩距中支点112.5 m（方案一）、127.5 m（方案二）、157.5 m（方案三）四种方案进行分析比较。

各施工工况下的中跨最大竖向挠度见图5，体系转换后各方案的边界条件均与成桥状态一致。从图5中可以看出，设置中跨临时墩后，最大悬臂状态下的结构竖向挠度明显减小；随着临时墩向跨中方向移动（由方案一到方案三），结构竖向挠度逐渐减小，在体系转换工况下，与方案一相比，方案二和三分别减小4.3%和11.6%。

图5　对竖向挠度的影响（单位：m）

各施工工况下的临时墩支反力见图6，随着临时墩向跨中方向移动（由方案一到方案三），临时墩支反力逐渐减小，临时墩及其下部基础规模因此逐渐减小；在中跨合拢工况下，与方案一相比，方案二和三的临时墩支反力分别减小16.4%和31.2%。

图6　对临时墩支反力的影响（单位：kN）

各施工工况下的中支点和中跨跨中处弦杆轴力分别见图7、图8。

从图7、图8可以看出，在体系转化后，不同方案中支点弦杆的轴力相差较小；而随着临时墩向跨中方向移动（由方案一到方案三），跨中弦杆的轴力逐渐增加，与方案一相比，方案二和三的跨中弦杆轴力分别增加12.4%和21.8%。

图7　对中支点处弦杆受力的影响（单位：kN）

图8　对跨中处弦杆受力的影响（单位：kN）

3　结语

通过分析可以得到以下主要结论：

（1）当中跨临时墩位于V撑前端附近时，临时墩反力和跨中挠度均较大，且通过顶升临时墩墩顶桁架对跨中变形影响较小，临时墩设置位置应避开V撑区域；

（2）设置中跨临时墩后，最大悬臂状态下的结构竖向挠度明显减小；

（3）随着临时墩向跨中方向移动，结构竖向挠度、临时墩支反力及其下部基础规模逐渐减小；

（4）是否设置中跨临时墩以及临时墩的位置对中支点弦杆轴力影响很小，但对中跨跨中弦杆轴力影响很大，其轴力随临时墩向跨中方向移动而增加。

出于减小临时墩及其下部基础规模以及减小最大悬臂状态结构竖向挠度的考虑，中跨临时墩应向跨中方向布置，但同时增加了施工过程中的船撞风险，需设置相应的防船撞措施，且临时墩的设置对航道有一定影响，在施工过程中需引起重视。本文对连续钢桁架桥中跨临时墩设置与否及其设置位置的研究可为今后类似桥梁的设计和施工提供借鉴。

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U448.21+1

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1009-7716（2016）02-0092-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.023

2015-10-29

姜洋（1983-），男，黑龙江省齐齐哈尔人，工程师，从事桥梁结构设计和研究工作。