叠合梁斜拉桥主梁拼装工艺对钢梁应力的影响分析

2018-02-28沈卢明秦建均

西部交通科技 2018年11期

沈卢明，秦建均

（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川成都610071）

0 引言

叠合梁是分两次浇捣混凝土的梁，第一次在预制场做成预制梁，第二次在施工现场进行，当预制梁吊装安放完成后，再浇捣上部的混凝土使其连成整体。叠合梁按受力性能又可为“一阶段受力叠合梁”和“二阶段受力叠合梁”两类［1］。前者是指施工阶段在预制梁下设有可靠支撑，能保证施工阶段作用的荷载全部传递给支撑；后者则是指施工阶段在简支的预制梁下不设支撑，施工阶段的全部荷载完全由预制梁承担。当叠合梁应用于大跨径斜拉桥主梁时，因斜拉桥主梁架设施工工艺流程设计的不同，相应的预制钢梁支撑连接与上部混凝土浇筑前后的传递顺序有直接关系，其主梁的施工工艺设计关系到主梁下部钢结构的应力状态［2］［3］。

1 背景工程

宜宾南溪长江大桥主桥为（280＋572＋189）m双塔混合梁斜拉桥。主桥结构型式为双塔、双索面、密索体系，主跨跨径为572m，两岸边跨分别为280m和189m，北岸为辅助通航孔区，南岸边跨布置3个辅助墩，主桥全长1 041m。桥塔采用钻石形塔，塔高190．2m，上塔柱为单箱双室等截面，中下塔柱均为单箱单室变截面，桥塔基础为承台＋桩基础（如图1所示）。

北岸边跨和主跨采用了钢－混叠合梁的结构形式，其中叠合梁为双工字形钢主梁与混凝土桥面板结合的形式。标准节段叠合梁斜拉索锚固处高为3．3m，钢梁高2．9m，由2根主纵梁、3根横梁及6根小纵梁构成（如图2所示）。其中主纵梁重31t，横梁重17．9t，标准节段钢梁重118t。

图1 南溪长江公路大桥成桥效果图

图2 主梁结构示意图

2 主梁拼装工艺

行不同组合，将得到多种节段拼装成梁工艺。主要拼装工艺有四种：

第一种：索二张在湿接缝前（本桥设计提供工艺），即钢梁拼装、成索及一张、安装桥面板、二张调索、浇筑湿接缝并等强、三张调索。

第二种：索二张在湿接缝后，即钢梁拼装、成索及一张、安装桥面板、浇筑湿接缝并等强、二张调索、三张调索。

第三种：湿接缝双节段循环施工，即n段钢梁拼装、成索及一张、安装桥面板、二张调索、三张调索、桥面吊机行走、n＋1段钢梁拼装、成索及一张、安装桥面板、二张调索、浇筑两节段湿接缝并等强、三张调索。

第四种：湿接缝滞后一节段施工，即n段钢梁拼装、成索及一张、安装桥面板、浇筑n－1节段湿接缝并等强、n节段二次及三次调索、桥面吊机行走。

根据现场实际操作经验，第一种施工工艺每一个节段大约需要9d；第二种施工工艺每一个节段大约需要10d。第三种施工工艺每一个节段大约需要8．5d；第四种施工工艺每一个节段大约需要8d。通过上述分析，不同的施工工艺对吊装时间影响较大，合理调整吊装工艺对缩短工期有重大意义。

3 主梁应力分析

以上叠合梁主梁安装顺序有多种组合形式，在施工阶段和成桥阶段钢梁及桥面板各自发挥作用，在拼装阶段叠合梁形成前，主要由钢梁承受外部荷载和索力；钢梁和桥面板叠合后将共同承担外部荷载，所以主梁叠合时机将直接影响钢梁的内应力。以宜宾南溪长江公路大桥为例建立模型，对以上施工步骤进行模拟分析，计算各种主梁吊装顺序下主梁所承受的应力（如图3～6所示）。

图3 设计工序（索二张在湿接缝前）主梁应力曲线图

叠合梁拼装成梁施工步骤多，对各个施工步骤进

图4 索二张在湿接缝后主梁应力曲线图

图5 湿接缝双节段循环浇筑主梁应力曲线图

图6 滞后浇筑湿接缝循环浇筑主梁应力曲线图

按照设计安装步骤，成桥阶段主梁最大应力控制在139 MPa左右；将索力二张放到主梁叠合之后的施工流程，索二张产生的力由主梁叠合承受，主梁应力有所减小，在135 MPa左右；实施湿接缝双节段循环施工工艺时，由于第一节段湿接缝未浇筑，主梁未叠合，在第二节段自重和施工临时荷载均由第一节段钢梁单独承受，钢梁应力明显增加，最大达到200 MPa；实施滞后一个节段浇筑工艺时，从模型成桥阶段模拟分析看，钢梁最大应力和设计较为接近，为139 MPa左右。

对各种工艺成桥阶段进行模拟分析，湿接缝双节段循环施工工艺主梁应力增幅较大，主梁应力可控，最优的施工步骤为滞后一个节段浇筑湿接缝工艺。