六律邕江大桥施工过程优化分析

杜海龙 韩玉 秦大燕 罗小斌

摘要：不同的封铰时机，对钢管混凝土拱桥拱圈受力性能及拱圈线形会产生影响。为了研究钢管混凝土拱桥最佳封铰时机，文章以六律邕江大桥在建工程为依托，采用“过程最优，结果可控”的斜拉扣挂一次张拉施工优化计算方法，从钢管混凝土拱桥拱圈应力、拱圈线形、白噪声误差实验三方面对七种封铰方案进行对比分析研究。结果表明：六律邕江大桥7种封铰方案均可行，最佳封铰时机为封铰方案三;小跨径钢管混凝土拱桥扣索力、线形优化前后基本无差别。

关键词：封铰;应力;线形;钢管混凝土拱桥

中图分类号：U445 文献标识码：A 130I：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.020

文章编号：1673-4874（2019）07-0061-03

0引言

近年来，钢管混凝土拱桥越来越受到人们的青睐，不管是跨径还是划分的节段数都呈现出上升的趋势。跨径越大，节段越重，对钢管混凝土拱桥合拢要求就越高，而合理的封铰时机对拱圈的合拢起着至关重要的作用。因此，对钢管混凝土拱桥合理封铰时机进行研究是非常有必要的。本文以在建工程六律邕江大桥为依托工程，利用Midas Civil有限元软件_2_对大桥斜拉扣挂进行整体建模，通过施工阶段划分分别建立了第一节段拱肋吊装完成后封铰到第七节段拱肋吊装完成后封铰共七种封铰方案模型，并采用“过程最优，结果可控”的斜拉扣挂一次张拉施工优化计算方法对七种封铰方案模型从拱圈应力、拱圈线形、白噪声误差实验方面进行了对比分析研究，旨在找出六律邕江大桥最佳封铰时机，优化施工过程，同时也为后续同类型桥梁建造提供封铰方案参考。

1工程概况

六律邕江大桥是泉州至南宁高速公路的一座下承式钢管混凝土系杆拱桥。其主桥拱肋与基础采用固结体系，通过拱脚间张拉系杆平衡拱肋水平推力。拱轴线采用悬链线，拱轴系数1.352，拱肋计算跨径265m，计算矢高58.89m，矢跨比1/4.5。全桥拱肋共分14个节段，共设置9道横撑。弦杆采用Ф1000×28mm、Ф000×24am、Ф000×22mm、Ф1000×20mm刚管，腹杆采用Ф610×16（12）mm、Ф450×12mm钢管，弦杆内灌注C55微膨胀混凝土。桥型布置如下页图1所示。

2封铰方案计算分析

本文通过Midas Civil有限元软件对六律邕江大桥进行建模分析，按照设计图纸及施工组织设计方案对吊装拱肋建立空间有限元模型。模型中拱肋采用梁单元模拟，扣索采用桁架单元模拟。Midas Civil拱肋吊装空间有限元建模如图2所示。

本次计算采用两岸对称安装的计算方法，即南北两岸同时安装、张拉扣索，然后安装节段间的横联，最终实现全桥合龙。七种封铰方案计算模型通过划分施工阶段实现，分别为封铰方案一到封铰方案七。

以下将通过“过程最优，结果可控”的斜拉扣挂一次张拉施工优化计算方法从钢管混凝土拱圈应力、拱圈线形、白噪声误差实验三个方面分别对七种封铰方案进行研究。

2.1拱圈应力分析

钢管混凝土拱圈应力同拱圈刚度有着密切的联系，而拱圈刚度同封铰时机又紧密相连。因此，保证拱圈小应力合拢需要选择合适的封铰时机。采用“过程最优，结果可控”的斜拉扣挂一次张拉施工优化计算方法对每一种封铰方案进行计算，提取施工阶段分析过程中出现的最大拉应力和最大压应力，结果如表1和图3所示。

由以上分析可知，七种封铰方案均可行，拱圈出现的最大应力均没有超过拱圈屈服强度，均满足规范要求。其中封铰方案二、封铰方案四、封铰方案五相较于其它封铰方案，拱圈应力较大。因此，对于六律邕江大桥，从拱圈应力分析角度出发，封铰方案宜选择封铰方案一、封铰方案三、封铰方案六、封铰方案七。

2.2拱圈线形分析

钢管混凝土拱圈安装线形控制，工程中偏重合拢松索后线形，而忽略安装过程中线形均匀性，这对拱圈安装是不利的。合龙松索后线形反映拱圈合龙松索后偏离目标线形的程度;安装过程线形反映拱圈安装过程中的线形均匀性。以下为七种封铰方案拱圈线形的对比分析结果，如图4、图5所示。

由分析结果可知，从松索合龙线形考虑，封铰方案二、方案四、方案五、方案七松索合龙后偏离目标线形较远，因此，宜选择封铰方案一、方案三、方案六;从安装过程中的线形均匀性考虑，封铰方案二、方案七在施工过程中线形波动较大，均匀性较差，因此，宜选择封铰方案一、方案三、方案四、方案五、方案六;综合合龙线形、安装过程线形均匀性两方面考虑，宜选择封铰方案一、方案三、方案六。

2.3白噪声误差实验分析

拱圈的线形除了索力控制外，还受到诸如拱圈的制造误差、施工中的测量误差以及温度产生的胀缩误差等影响。为模拟这些误差对拱圈吊装至合龙过程中线形的影响，对拱圈吊装过程中的安装标高加入幅值为30m的白噪声，并对七种封铰方案分别进行了1000次模拟实验分析，实验结果如图6所示。

由误差实验分析结果可得，白噪声实验误差放大值在封铰方案一时最大，被放大约70m，而随着封铰時间往后延迟，白噪声实验误差放大值逐渐减小，至封铰方案三时，基本没有被放大并趋于稳定。因此，过早地封拱铰对拱圈线形控制是不利的。对于六律邕江大桥，从白噪声实验误差放大值角度考虑，宜选择封铰方案三、方案四、方案五、方案六、方案七。

综上，对六律邕江大桥七种封铰方案对比分析可知，吊装过程中要得到较小的拱圈应力，应选择封铰方案一、方案三、方案六、方案七;吊装过程中要控制较好的拱圈线形，应选择封铰方案一、方案三、方案六;施工中要减小拱圈制造、测量等误差的影响，应选择封铰方案三、方案四、方案五、方案六。所以，对于六律邕江大桥宜选择封铰方案三和方案六，而且对于施工来说，在受力计算和线形控制均相同的情况下，越早封铰，越可以降低施工安全风险，因此，六律邕江大桥最佳封铰时机为封铰方案三。

3结语

本文以六律邕江大桥为依托工程，从拱圈应力、拱圈线形、白噪声误差实验三方面对比分析了七种封铰方案，得出的相关结论如下：

（1）在施工过程中进行七种封铰方案对比，拱圈应力均是满足规范要求的。从拱圈应力出发，封铰方案一、方案三、方案六、方案七的拱圈应力相较于其他封铰方案小，可作为最佳封铰时机。

（2）从拱圈线形方面考虑，既能保证合龙松索后拱圈线形偏离目标线形较小，又能保证施工过程中安装线形的均匀性，可选择封铰方案一、方案三、方案六作为最佳封铰时机。

（3）从白噪声误差实验分析可知，误差放大值随着封铰时间往后推迟而逐渐减小并最终趋于稳定。封铰方案三后，误差放大值基本稳定。因此，封铰方案三、方案四、方案五、方案六、方案七均可作为最佳封铰时机。

（4）从拱圈应力、拱圈线形、白噪声误差实验三方面对七种封铰方案进行对比分析研究，并综合三方面最佳封铰时机可得六律邕江大桥最佳封铰时机宜选择封铰方案三。