商合杭高铁矮塔斜拉桥主梁有索区施工工序优化

2020-03-22 03:55张光亮孙立新张建国
中国铁路 2020年6期
关键词:挂篮斜拉桥拉索

张光亮, 孙立新, 张建国

(1. 中交第三航务工程局有限公司,上海 200000;2. 京福铁路客运专线安徽有限责任公司,安徽合肥 230001)

0 引言

矮塔斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的过渡桥型,由于优越的结构性能和良好的经济指标,在高速铁路200~300 m 的跨径范围内有明显优势[1-2]。矮塔斜拉桥的斜拉索可看作体外预应力筋[3-4],主梁有索区梁段的施工步骤较多[5],包括挂篮行走、外锚块及横梁制作、索导管预埋、梁段的钢筋绑扎、混凝土浇筑、预应力钢束张拉、斜拉索挂索与张拉。施工工序不同,对桥梁的变形、受力和工期的影响也不同。在保证施工安全的前提下,选择合适的施工顺序,对桥梁质量和施工进度非常重要[6]。

目前国内外对于斜拉桥有索区梁段的施工顺序研究较少[1-7]。结合国内已建成的最大跨度半漂浮体系高铁矮塔斜拉桥—商合杭高铁跨颍河矮塔斜拉桥[7],对比分析2种有索区梁段施工顺序对主梁应力、变形及工期的影响。

1 工程概况

商合杭高铁颍上特大桥跨颍河主桥,设计为双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥(见图1)。采用塔梁分离的半漂浮结构体系,塔和梁设有纵向活动支座和多向活动支座,边支点采用双向活动拉压支座,并安装大型粘滞阻尼器和横向限位装置。主梁为预应力混凝土结构,箱梁分布纵横向及竖向预应力,采用菱形挂篮悬浇施工,单边挂篮质量155 t。桥塔采用纵向A形、横向H形的格构式钢筋混凝土结构,桥塔支座横梁布置横向预应力,主塔采用爬模施工。斜拉索设计扇形布置,为AT-55群锚体系[8-9]。桥跨布置为(94.2+220+94.2)m。

2 设计工序与优化工序

有索区梁段设计工序流程见图2。按设计工序施工时,斜拉索挂索张拉位于关键工序上,有索区梁段工期为15 d,工效不佳。设计工序的有索区梁段工效见表1。

在确保工程质量和安全的前提下,对有索区梁段的工序进行调整,优化后的工序见图3。

图1 颍上特大桥跨颍河主桥立面示意图

图2 设计工序流程图

表1 设计工序的有索区梁段工效表

在优化工序中,将挂篮行走前移到斜拉索挂索张拉之前,即先行走挂篮,挂索张拉与节段钢筋模板施工同步进行,优化工序的有索区梁段工效见表2。

由表2 可知,有索区梁段工期为11 d,可缩减4 d;8个有索区梁段可节省32 d。

表2 优化工序的有索区梁段工效表

3 结构受力影响

3.1 对结构内力和位移影响

采用Midas/Civil通用软件,将实际结构进行单元离散,全桥共划分节点555个,单元526个。计算模型见图4。

图3 优化工序流程图

图4 模型立体图

按设计工序和优化工序分别建立模型施工步骤。因A1斜拉索所在的节段为有索区梁段中质量最大,对主梁应力和位移影响最大,具有代表性。因此,以A1斜拉索张拉前后工况为例,针对2种工序分别进行计算分析,计算结果如下所示。

3.1.1 主梁应力

设计工序中的主梁应力见图5。

优化工序中的主梁应力见图6。

由图5 及图6 比较可知,挂篮行走工序前移到斜拉索张拉之前,主梁未出现张拉应力,结构处于安全状态,对主梁中的应力影响极小。

图5 设计工序中主梁应力

图6 优化工序中主梁应力

对主梁施工进行全过程仿真计算发现,全桥共8个有索区节段在浇筑下一节段前,2种工序的主梁上下缘应力基本一致,满足规范要求。

3.1.2 主梁变形

按照设计工序施工,完成A1 斜拉索张拉后,并在浇筑n+1 节段前的主梁变形情况见图7;按照优化工序施工,主梁变形情况见图8。由图7、图8 可知,主梁变形在2种工序下基本一致。

经计算分析,在预应力钢束张拉控制力及斜拉索张拉力不变的情况下,挂篮行走与斜拉索张拉顺序的调整,对主梁线形及应力无影响,施工顺序的调整是可行的。

3.2 对索力张拉的影响

图7 设计工序主梁变形

图8 优化工序主梁变形

根据无应力状态控制法,在构件单元无应力长度和无应力曲率不变的前提下,结构的最终内力和位移与结构的形成过程无关[10-11]。因此不需要在施工过程模拟计算中调整张拉索力值。但挂篮模板、钢筋施工,可能会使桥梁结构受力和振动,影响斜拉索张拉的准确性。为此,对A1 斜拉索梁段进行了试验:实际按优化工序进行施工,斜拉索张拉完成后,停止挂篮模板钢筋作业,测试斜拉索索力,结果见表3。

表3 A1斜拉索张拉理论值和实测值

由表3可见,挂篮模板钢筋作业对斜拉索施加索力的影响均在规范要求的1%以内,满足精度控制要求。在全桥合龙后,需要进行全桥斜拉索二次张拉,一次张拉时的误差可以在二次张拉时得到调整[12-13]。

4 结论

以商合杭高铁跨颍河矮塔斜拉桥施工为例进行了2个工序比较,得出如下结论:

(1)将挂篮行走前移到斜拉索张拉之前,对每个节段循环过程中的桥梁应力进行仿真验算,对主梁影响很小,可确保结构安全。

(2)钢筋作业时,荷载变化较小且无大型机械,因此对斜拉索张拉力的控制基本没有影响。

(3)采用优化后的施工工序,可同时开展上一节段的斜拉索张拉与本节段的主梁施工,斜拉索挂篮和张拉不处于关键施工工序上,实现了主梁快速流水节拍施工,每节段可缩短4 d工期。

商合杭高铁跨颍河(94+220+94)m 矮塔斜拉桥,有索区主梁在实际施工组织中均采用优化工序进行。过程监控采集的主梁应力及变形数据,与仿真计算数值基本一致,均处于安全状态。成桥后的桥梁线形和索力与目标值相比,均符合设计及规范要求。桥梁已于2019年11月全部完工,经检测,成桥状态良好。

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