空间曲梁单边悬索桥抬升方案分析

沈志勇 况中华

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 工程概况

迪士尼景观桥东桥（图1）位于上海迪士尼主题乐园度假区中心湖区，该桥为单边悬索桥，弧长120 m。该桥集半圆曲面索网结构与弯桥结构于一体，分为主桥、副桥，主桥外缘通过吊索与主缆连系，副桥为Y形臂构造，上肢与主桥内缘连系，下肢张拉环索通过法向索与主桥连系。这一特殊形式以及跨度为国内首创，具有极大的施工研究价值。

图1 东桥结构剖面

该桥采用落架施工方法，由于索桥连接情况将直接影响到桥梁线形和受力，故在吊索安装前采用千斤顶将主桥结构抬升一定距离，以保证吊索安装冗余量（即吊索的无应力长度减去主缆上吊点与对应主桥外缘吊点间距的差值）。

在施工过程中，主桥抬升高度不够将会导致挂索困难，而如果抬升太高，一方面需要提高千斤顶行程，另一方面影响施工工期。因此，需要通过计算分析来确定最优抬升量[1-4]。

2 计算内容及工况介绍

本文主要计算了全桥整体抬升及曲线抬升这2组不同的抬升工况，并分析了各吊索力针对该2组不同抬升工况的响应。

2.1 整体抬升

全桥沿弧长通过千斤顶均匀抬升，共计算分析31组抬升量，从1～60 cm按2 cm递增，即抬升量1 cm为工况1，抬升量2 cm为工况2，抬升量4 cm为工况3……抬升量60 cm为工况31。

2.2 曲线抬升

全桥对称布置8套千斤顶（图2），从桥台侧千斤顶（0或0＇）向跨中侧千斤顶（3或3＇）进行对称曲线抬升，共计算分析9组抬升量（表1）。

图2 千斤顶纵向布置

表1 曲线抬升工况（单位：cm）

3 计算模型

本报告采用有限元分析软件Midas/Civil进行全桥计算分析（图3）。全桥钢构件均采用Q345钢材，索采用Wire1670钢丝。

图3 计算模型示意

主桥采用板单元模拟；副桥的Y形臂和边梁采用梁单元模拟、平面斜撑采用桁架单元模拟；索塔采用桁架单元模拟；主缆、背索、吊索、法向索、环索用悬链线索单元模拟。

4 计算结果

考虑本桥的对称性，本文选取了全桥一侧的吊索（0#～16#）进行分析，计算分析了0#～16#吊索针对不同抬升量的响应，通过研究吊索力随抬升量的变化趋势来确定合适的抬升量。选取最优抬升量的原则为所有索力均达到10 kN以下，即在该状态下认为所有吊索均处于松弛状态，在安装过程中能保证一定的冗余量。

4.1 整体抬升

0#～16#吊索的内力随不同整体抬升量的变化趋势：

1）所有吊索力均呈现随抬升量的增大而减小的趋势，除了靠近边跨的吊索力（15#、16#）会在抬升量＞30 cm后出现突变。

2）当抬升量＞38 cm时，所有吊索力均能达到10 kN以下，除了15#边索力随抬升量的增大而发生无规律突变。

3）与索塔连接的吊索对抬升量的响应最为敏感，吊索力在抬升量增大的过程中最快达到10 kN以下。

4）各吊索力＜10 kN对应的抬升量呈现由跨中、边跨向索塔方向递增的趋势，即16#索→10#索递增，0#索→6#索递增（图4、图5）。

图4 吊索力随抬升量的变化趋势

图5 0#～16#吊索力达到10 kN时对应的抬升量

综上分析，在抬升全桥阶段，需将抬升量控制在38～40 cm范围内，避开边索突变区域，以确保各吊索在松弛状态下进行安装。

4.2 曲线抬升

依据4.1节各吊索力随抬升量的变化趋势，选定曲线抬升由跨中抬升40 cm逐渐向桥台侧降低，共选取9组曲线抬升工况，从（0-10-20-40）cm的抬升工况逐渐向（40-40-40-40）cm全桥抬升工况过渡（图6）。

图6 曲线抬升趋势

0#～16#吊索的内力随不同曲线抬升量的变化趋势：

1）随着曲线抬升的曲率逐渐减小，各吊索力均呈现逐渐减小的趋势；除了15#边索力在边跨抬升量＞35 cm时发生突变。

2）当曲线抬升达到（20-30-40-40）cm（工况5）时，各索力基本在10 kN以下。

3）曲线抬升趋势线超过4.1节中给出的“索力＜10 kN时对应抬升量”的部分索力均小于10 kN，而低于上述的“索力＜10 kN时对应抬升量”的部分索力均大于10 kN。

综上分析，考虑桥台处施工限制及主桥桥台处的受力合理性，可选用全桥曲线抬升，同时采用（20-30-40-40）cm的曲线抬升可确保各吊索在松弛状态下进行安装（图7）。

图7 吊索力随曲线抬升量的变化趋势

4.3 方案优化

主缆在空缆状态下与主桥外缘不在同一竖平面内，径向存在较大间距，对吊索安装施工不利。因此，吊索安装前，在主缆上选取部分关键点，利用临时牵引索连接关键点，并通过布置于主桥内缘的卷扬机将主缆拉近主桥外缘，以使吊索安装具有足够冗余量（主缆）能在松弛状态下进行安装。

4.3.1 整体抬升

依据4.1节计算结果，选取抬升40 cm作为整体抬升方案。同时，全桥对称布置9根牵引索，编号为14、11、5、2、0、2＇、5＇、11＇、14＇（图8）。

图8 牵引索布置

通过计算分析，得出各牵引索在保证吊索顺利安装状态下所需的拉力在4～17 kN范围内，并计算得出该状态下各吊索（除15#边索）在安装过程中的冗余量均大于2 cm（图9）。

图9 吊索冗余量

综上分析，安装吊索时，采用整体抬升40 cm，同时通过张拉9根牵引索加以辅助的方案，可以保证各吊索安装冗余量大于2 cm，从而确保吊索的顺利安装。

4.3.2 曲线抬升

依据4.2节计算结果，选取曲线抬升（20-30-40-40）cm作为曲线抬升方案。同时，全桥对称布置11根牵引索，编号为14、12、10、5、2、0、2＇、5＇、10＇、12＇、14＇（图10）。

图10 牵引索布置

通过计算分析，得出各牵引索在吊索安装过程中所需的拉力在4～15 kN范围内，并计算得出该状态下跨中各吊索在安装过程中的冗余量均大于5 cm，而边跨13#～16#吊索冗余量均小于0（图11）。

综上分析，安装吊索时，采用曲线抬升（20-30-40-40）cm，同时通过张拉11根牵引索加以辅助，可以保证跨中各吊索安装冗余量大于5 cm，但不能确保边跨吊索顺利安装。

5 结语

综上分析可得，整体抬升并张拉9根牵引索辅助，可以确保各吊索在安装过程中有足够的冗余量，能保证吊索顺利安装。因此，建议采用整体抬升40 cm作为全桥抬升方案，同时在吊索安装时采用加设牵引索辅助。