银川机场黄河特大桥临时支墩布置方案比选

田亮 程斌 赵健

（1.天津城建大学土木工程学院，天津 300384；2.中铁建大桥工程局集团南方工程有限公司，广州 511458；3.上海交通大学土木工程系，上海 200240）

钢桁梁桥广泛应用于公路和铁路桥梁的建设之中［1］，架设工法主要包括：膺架法、顶推施工法、整孔架设法、悬臂拼装法等［2-5］。其中悬臂拼装法所需专用辅助结构和设备较少，适合于架设各类中大跨度桥梁。由于吊机进行拼装作业时，钢梁处于悬臂状态，为了保证施工安全，钢梁悬臂端须满足抗倾覆稳定性要求［6］，此外还要有效监控钢梁的线形和受力状况［7］。这就需要合理地布置临时支墩，以控制钢主梁的线形和受力。本文以银川机场黄河特大桥为工程背景，基于MIDAS/Civil计算分析钢梁悬臂拼装施工过程，对钢梁边跨临时墩的布置方案进行了优化比选。

1 工程概况

银川机场黄河特大桥为新建银川至西安客运专线的控制工程，主桥跨越黄河，位于9#至17#墩之间。主桥上部结构为连续钢桁梁柔性拱（图1），孔跨为（3×168）m，主桁宽13.8 m，高12.8 m。一联钢桁梁柔性拱共44个节间，其中两边跨各15个节间，中跨14个节间。拱圈矢高28 m，矢跨比1/4.71，拱圈总共34 个节间。其中两边拱各12 个节间，长度均为11.0 m，中拱10个节间，长度均为12.0 m。

图1 连续钢桁梁柔性拱1/2结构示意（单位：m）

2 计算模型

基于 MIDAS/Civil 2015 建立 3×168 m 一联连续钢桁梁柔性拱的空间模型，材料重度按照实际杆件的重量调整得到，钢梁平弦和拱弦采用梁单元建模。为了与实际结构相符合，所建模型考虑了钢桥面板结构，以板单元模拟桥面板，纵肋、横梁采用梁单元模拟，并与桥面板形成整体受力结构体系。

3 方案比选

采用所建立的连续钢桁梁全桥空间有限元模型，选取钢梁上临时墩时的控制工况进行分析计算，确定钢梁的最大变形和应力。临时墩布置方案分为2 种：方案1，边跨双支墩；方案2，边跨三支墩。

3.1 边跨双支墩

第一种临时墩布置方案为边跨双支墩，即分别将临时墩布置于节点E2和E8，如图2所示。选取上临时墩的各个控制工况进行计算分析。

3.1.1 上临时墩2

架梁吊机悬拼至E9E8 节间，准备上临时墩2，对该工况进行计算，结果如图3 所示。由于钢梁悬臂较长，钢梁中跨部分支点脱空。悬臂端最大下挠变形327 mm。钢梁主墩上弦杆处受力较大，最大组合应力约147 MPa。

图2 边跨双支墩布置方案

图3 方案1上临时墩2时计算结果

3.1.2 上临时墩1

架梁吊机悬拼钢梁平弦E3E2 节间，准备上临时墩1，对该工况进行计算。钢梁变形如图4（a）所示，悬臂端最大下挠275 mm。钢梁应力分布如图4（b）所示，上弦杆受拉，最大应力出现在临时墩2的上弦杆位置，约225 MPa，超过了材料的容许应力，钢梁受力较大，存在施工风险。

图4 方案1上临时墩1时计算结果

3.2 边跨三支墩

第二种临时墩布置方案为边跨三支墩，分别将边跨的临时墩布置于节点E4，E8 和E12，如图5 所示。选取钢梁上临时墩的各个控制工况进行计算分析。

图5 边跨三支墩布置方案

3.2.1 上临时墩2

架梁吊机悬拼至E9E8 节间，准备上临时墩2。对该工况进行计算，结果如图7所示。钢梁变形如图6（a）所示，悬臂端最大下挠70 mm，相比方案1 的悬臂下挠327 mm 明显减小。应力分布如图6（b）所示，钢梁上弦杆处的最大组合拉应力约96 MPa，相比方案1 钢梁受力明显减小。

图6 方案2上临时墩2时计算结果

3.2.2 上临时墩1

架梁吊机悬拼至E5E4 节间，准备上临时墩1，架拱吊机拼装E10E9 节间拱。对该工况进行计算分析，结果如图7 所示。钢梁悬臂端最大下挠86 mm，小于方案1 中上临时墩1 时的下挠275 mm，钢梁变形如图7（a）所示。钢梁应力分布如图7（b）所示，临时墩2 处的上弦杆受力较大，最大组合拉应力为123 MPa，相比方案1上临时墩1时钢梁上弦的225 MPa明显降低。

图7 方案2上临时墩1时计算结果

3.3 比选结果

经过方案对比研究，银川机场黄河特大桥的架设采用边跨三支墩方案。该方案有效地减小了钢桁梁的受力和变形，保证了施工安全。图8 为采用边跨三支墩架设的连续钢桁梁柔性拱，施工过程中钢桁梁受力状况良好，工程进展顺利。主桥工程已于2017年10月底完成施工。

图8 架设中的银川机场黄河特大桥

4 结论

建立了银川机场黄河特大桥的空间有限元模型，针对边跨双支墩和边跨三支墩2种边跨临时墩布置方案，进行了比选研究。得到了如下结论：

1）当采用边跨双支墩方案时，钢梁悬臂端最大下挠327 mm，上弦杆的最大组合拉应力为225 MPa，钢梁受力不利，存在施工风险。

2）当采用边跨三支墩方案时，钢梁悬臂端最大下挠86 mm，上弦杆的最大组合拉应力约123 MPa，临时墩的支反力也明显减小。

3）选用边跨三支墩方案，钢梁的受力和变形相比边跨双支墩方案有明显改善，减小了临时支墩的支反力，且上墩较为容易，有效地规避了施工风险。