多跨矮塔斜拉桥合拢顺序对主梁内力及线形的影响

戴祖生，林文强

（1.广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510620；2.广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 510101）

多跨矮塔斜拉桥合拢顺序对主梁内力及线形的影响

戴祖生1，林文强2

（1.广东省长大公路工程有限公司，广东 广州 510620；2.广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 510101）

以江肇高速公路西江特大桥为背景，研究合拢顺序对主梁内力及线形的影响。通过设计两种不同的主梁合拢方案，分别计算其所需的顶推力和相应结构的变形，从顶推的可操作性及线形的可控制性等角度进行比选，得到了该桥较为合理的合拢方案，并在此基础上制定相应的合拢措施。

矮塔斜拉桥；合拢顺序；顶推；线形

1 工程简介

江肇高速公路是珠江三角洲经济区外环公路的西环段，位于珠江三角洲西部地区。路线起于江门市杜阮镇，终于肇庆市四会市东城区。西江特大桥是江肇高速公路建设难度最大的控制性工程，也是江肇高速公路的标志性工程。大桥位于永安镇与沙浦镇之间，桥位跨越西江主干流，主桥为四塔五跨单索面脊骨梁预应力混凝土矮塔斜拉桥，跨径布置为128 m+3×210 m+128 m=886 m，采用墩、塔、梁固结刚构体系，见图1。

图1 西江特大桥主桥

大桥主梁为预应力混凝土结构，采用变高度斜腹板单箱三室宽幅脊梁断面。顶板宽38.3 m，悬臂长8.15 m，两侧设5.15 m宽后浇带，底板宽度由16 m变化到19.072 m。。跨中梁高3.8 m，主塔根部梁高6.8 m，梁底曲线按1.8次抛物线变化。

2 主桥合拢方案

西江特大桥为一座四塔五跨斜拉桥，主梁采用挂篮悬臂对称浇筑施工，全桥共有2个边跨合拢段、2个次中跨合拢段、1个中跨合拢段。由于结构体系复杂，施工期的体系转换方式对结构的初始成桥受力状态影响较大。本文通过对比不同合拢顺序下桥梁结构的受力状态，寻求结构最优的合拢顺序及合拢措施，以保证成桥结构施工期间的安全性。

合拢工艺主要涉及到长联结构的后期主墩受剪（受弯是同原因的副产品），为了使后期营运阶段结构的受力条件得到改善，必须解决顶推力的施加问题，由此产生了两种合拢顺序的选择以及各自面临的优缺点，见图2、图3[1-8]。

图2 多塔矮塔斜拉桥合拢顺序

图3 合拢施工流程图

两种合拢方案如下：

（1）方案A：边跨合拢，然后次中跨合拢前顶推，最后正中跨合拢前施加顶推；

（2）方案B：边跨合拢，然后正中跨合拢前顶推；最后次中跨合拢前施加顶推。

3 方案A施工顺序结构受力状态分析

3.1 方案A施工顺序下顶推力设计

方案A采用先边跨合拢，然后次中跨合拢，最后正中跨合拢，见图4。

图4 方案A主墩剪力成分图解

在制定顶推力时，采用惯用的处理方法，即将收缩徐变的50%剪力和预应力次剪力全部顶开，即边墩17 000～18 000 kN，中间墩平均约3 800 kN左右基本消除。为达到这样的目的，两次顶推力分别是600 t和1 800 t，即次中跨合拢后顶推600 t，正中跨合拢后再顶推1 800 t。

3.2 方案A顶推关键技术

3.2.1 第一次顶推

第一次顶推时，顶推处梁端会产生上翘的现象，同时塔柱出现剪切变形，边跨由于已经合拢，因此变形较双侧均自由的中间塔柱和主梁来得小，无论A还是B流程，都需要在次边跨合拢处注意顶推端的位移差，如果不经干预，可能影响到顶推操作的施工安全。

为了制定合理的压载措施，在另一侧测试了竖向力为100 t的力对作用下结构的变形。见表1。

合拢段湿重为2×68 t，即单侧A边、A中为置换浇注期间的湿重，需要预先分别加载水箱68 t，利用该重量系统，可以发现：顶推过程A中有3.34 cm的向上位移差需要消除，根据该点刚度反推A中处需18.14 t额外的压载系统。

本方案顶推要求：

（1）次中跨合拢顶推操作之前，在靠近边跨悬臂端A边处准备68 t水箱系统；在靠近中跨悬臂端A中处准备86 t水箱系统；

（2）将顶推力分为5级完成（每级30%→50%→80%→90%→100%），每顶推一级，每侧水箱就各自按照设计的总压载吨位依分级重量施加（例如第一级就是A边处20.4 t；A中处25.8 t）；

（3）顶推完成后，压载系统到其设计压载吨位，锁住合拢劲性骨架；

（4）按设计的温度要求浇注合拢段混凝土，浇注过程置换重量，此时A边、A中每侧置换的总吨位均为68 t；

（5）合拢段混凝土达到设计要求的强度后，张拉部分次边跨预应力系统，然后在适当时刻将A中处的18 t释放；

按照上述合拢顺序，塔顶被顶开的水平位移量分别为B边的2.92 cm和B中的3.67 cm。而两侧支顶面悬臂端绝对位移量几乎没有（均为向下0.15 cm），相对位移量为零。

3.2.2 第二次顶推

由于结构基本上是对称的，因此顶推过程中正中跨两侧悬臂端上翘的位移量基本相同，顶推完毕后，梁端相对转角为2×6.46E-04弧度，即4.44分。由于该处合拢仍然有重量置换的68 t水箱系统，如果利用其与顶推同步施加，则顶推工艺上的安全性更有保证。顶推完成后上翘的绝对位移量降至向上1.9 cm，相对位移量为零；靠中跨塔顶水平位移则为4.7 cm，见表2。

表1 方案A第一次顶推结构变形表

表2 方案A第二次顶推结构变形表

4 方案B施工顺序结构受力状态分析

4.1 方案B施工顺序下顶推力设计

方案B采用先边跨合拢，然后正中跨合拢，最后次中跨合拢，见图5。

图5 方案B主墩剪力成分图解

将收缩徐变的50%剪力和预应力次剪力全部顶开，边墩留下约9 000～10 000 kN，中间墩平均留下约3 500 kN左右，为达到这样的目的，两次顶推力分别是860 t和1 600 t。即正中跨合拢后顶推860 t，次中跨合拢后再顶推1 600 t。

4.2 方案B顶推关键技术

4.2.1 第一次顶推

与方案A类似，方案B第一次顶推时，顶推处梁端会产生明显的上翘现象，同时塔柱呈现剪切变形。不同的是：方案B顶推前结构均为外部静定结构，位移量较方案A的边跨侧大；同时由于结构对称，两侧顶推面上翘的位移量值基本相同，见表3。

表3 方案B第一次顶推结构变形

由于结构是基本上对称的，因此实施860t（测试荷载为400 t）顶推过程中正中跨两侧悬臂端上翘的位移量基本相同，顶推完毕后，梁端相对转角为2×14.7E-04弧度，即10.1分，由于该处合拢仍然有重量置换的68 t水箱系统，如果利用其与顶推同步施加，则顶推工艺上的安全性更有保证：顶推完成后上翘的绝对位移量降至向上3.2 cm，相对位移量为零；塔顶水平位移则为5.0 cm。

4.2.2 第二次顶推

方案B第二次顶推结构变形见表4。

表4 方案B第二次顶推结构变形

方案B第二次顶推过程在合拢段悬臂端两侧产生的竖向位移差17.1 cm，为消除该现象，需要压载，考虑68 t原压载置换合拢段湿重配载，实际需要消除16.8 cm，这样需在靠近边跨的悬臂端端部附加压载179 t，即便这样，顶推与配重压载系统同级施加后，悬臂端绝对位移量还有向下的6.9 cm，悬臂端之间相对位移量为零；塔柱被顶开了6.2 cm。

方案B的初衷就是在边主墩实实在在留下需要的水平力，而作为支顶的中跨侧利用结构对称性起到一个后盾的作用，这样的思路原则上是正确的，但是最大的缺点就是：

（1）所谓的“后盾”其实并不坚固，只有两侧顶推完全同步，才能得以体现，否则中间两片主墩合起来的抗剪刚度是有限的，不同步会影响中间墩可能出现的往同侧的剪力的出现，然而对于混凝土结构，即使不同步性的力素能纠偏回来，位型也未必能跟随回来；

（2）次边跨合拢处是顶推流程中着重需要解决的地方，方案B使得该处顶推力大大增加，无形中增加了控制难度；

（3）由于中跨结构已经合拢，顶推点的相对位移量进一步加大；

（4）由于流程的改变，使得先中后边的合拢方案造成中墩（单壁墩）预应力次剪力明显增大，这对于第一次顶推而言，需要的顶推力加大。

5 结论

本文以江肇高速公路西江大桥为背景，研究两种不同主梁合拢顺序对主梁内力及线形的影响，综合比较两种合拢方案，得到以下结论，见表5。

分析得到：

（1）两种方案最终均能达到预期合拢的目的；

（2）对比两种方案，方案A相对稳妥，方案B技术上也可行，但是施工风险和难度进一步增加。

表5 两种合拢方案比较

[1]严国敏.试谈部分斜拉桥-日本屋代南桥屋代北桥和小田原港桥梁[J].国外桥梁,1996(1)：47-50.

[2]陈亨锦,王凯,李承根.浅谈部分斜拉桥[J].桥梁建设,2002(3)：23-26.

[3]申明文.部分斜拉桥静力性能研究[D].上海：同济大学硕士学位论文,2002.

[4]杨鸿波.E-D桥桥梁结构概念设计[D].上海：同济大学硕士学位论文,2005.

[5]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,1997.

[6]陈虎成,石雪飞.部分斜拉桥结构性能研究[J].结构工程师,2004(3)：27-31.

[7]李映,徐利平.部分斜拉桥方案设计[J].结构工程师,2002(2)：6-10.

[8]石雪飞,孙建渊.三塔斜拉桥静力性能分析[A].中国公路学会桥梁和结构工程学会[C].2001.

福州洪山桥北半幅新桥拟2018年通车

福州市洪山桥至洪塘大桥拓宽改建工程（洪山桥至三环路段）计划于今年7月开工，工程分为两期，总工期约48个月。一期工程计划7月份开始，先建北半幅（鼓楼往仓山方向），预计2018年5月底建成通车；二期拆除旧桥建新桥的南半幅（仓山往鼓楼方向），计划2018年6月开工，2020年5月底建成通车。

福州洪山桥至洪塘大桥拓宽改建工程投标文件递交截止时间为今年6月7日，工程起点位于洪山桥与杨桥西路、洪甘路的交叉口处，路线基本沿既有洪山桥至洪塘大桥段自东向西布设，进入仓山区与闽江大道、上下店路等交叉口，随后途经妙峰路隧道明洞，终点与三环快速路洪塘互通衔接，路线总长2 km。主线采用设计速度60 km/h的双向8车道标准建设，桥梁通航等级为内河IV级航道。

据介绍，施工范围从杨桥西路、洪甘路交叉口进行拓宽改造，新建杨桥西路、洪甘路车行下穿通道425 m，新建非机动车及人行下穿通道132 m。先建洪山桥北幅桥，长469 m，现有洪山桥保持通行；对闽江大道、上下店路交叉口进行拓宽改造；新建妙峰路高架桥1座，桥长519.8 m；拼宽扩建闽江大道、上下店路；拆除重建交叉口处既有匝道桥，拆除重建既有公交停车场下穿通道，新建人行下穿通道，新建非机动车专用坡道3条；拆除妙峰山隧道明洞，新建框架结构隧道1座，长230 m；在妙峰路福建农林大学南门将新建农大天桥1座46 m。

U448.27

B

1009-7716（2016）05-0159-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.045

2016-01-20

戴祖生（1978-），男，海南人，高级工程师，从事桥梁施工工作。