公轨两用大跨长联刚性悬索加劲钢桁梁桥施工技术*

罗程巍，钟振华，朱勇骏，姜 旭

(1.上海大学力学与工程科学学院，上海 200444； 2.杭州市交通规划设计研究院有限公司，浙江 杭州 310006；3.同济大学土木工程学院，上海 200092)

0 引言

为保证施工安全，需对悬臂拼装法及顶推施工法进行模拟分析[5-6]。沪杭甬抬升改造工程中，钱塘江新建大桥采用的公轨两用大跨长联刚性悬索加劲钢桁梁是新型结构，有效解决多种交通工具过江的通道资源问题，有效节约建设用地，大幅度降低工程造价，对城市综合交通桥梁建设具有借鉴意义。钱塘江新建大桥为上下双层布置，上层为8车道一级公路，下层为双线机场快线轨道交通，主桥跨径布置为(72+122+4×240+122+72)m，如图1所示。本桥刚性悬索加劲钢桁梁结构由华伦式钢桁梁和变截面箱型上加劲弦组成，上加劲弦在结构总体受力中发挥重要作用，有利于改善主桁受力，如图2所示。为验证设计计算理论的正确性，保证经济性和安全性，有必要对钱塘江大桥关键施工技术及合龙方案进行研究。

图1 钱塘江新建大桥总体布置(单位：m)

图2 刚性悬索加劲钢桁梁结构

1 施工工法研究

1.1 施工工法简述

本桥施工拟采用悬臂拼装法或顶推施工法，由于该公轨两用大跨长联刚性悬索加劲钢桁梁结构受力复杂，空间效应突出，难以判定使用不同施工工法及成桥后的受力情况，因此需模拟分析2种不同施工工法。

1.2 悬臂拼装法

1)模型建立

采用梁单元建立主桥结构，悬臂按10,12m节段进行拼装，全过程共18个施工节段，以各主塔处为起始，0号块同时向两边，按照安装主桥节段→移动挂篮→安装下一节段的顺序循环拼装，直至所有主桥节段悬臂拼装完毕，全桥模型如图3所示。

图3 全桥模型

2)模拟分析结果

在悬臂拼装模拟全过程中，随主桥节段不断安装，结构内力也不断增加，安装边跨第6节段(DZ-17号块)时，最大应力值出现在主桥下桥面与下弦杆连接处，达364.3MPa，结构应力如图4所示。最大竖向位移出现在主桥上桥面处，最大位移为-661.0mm。

从试评价结果的分析看，一是选用的8项评价指标还值得进一步斟酌和优化。因为我国幅员辽阔，各省区的自然地理条件，生态环境差异较大，有的指标可能对一些省区欠公平。二是对子系统（A）、（B）、（C）应赋予合适的权重，弱化子系统（A）得分对区域水资源综合评价得分的影响。

图4 悬臂拼装法结构应力(单位：MPa)

悬臂拼装施工模拟结果与成桥模型受力情况差别较大，在悬臂拼装过程中，结构内力不断积累，难以消除。同时大跨长联的特点导致采用悬臂拼装法施工时所需设备量大，难以平衡经济性与施工效率。综合考虑以上因素，悬臂拼装法施工不具有优势，不推荐采用该方法。

1.3 顶推施工法

1)模型建立

采用梁单元建立主桥结构，考虑对称施工仅取一半模型进行顶推施工模拟，临时墩跨径取120m，钢导梁长度取0.6倍临时墩跨径，无加劲弦顶推。顶推结构包括钢导梁、主桥结构等，主要施工步骤为顶推主桥结构→拼装下一节段→顶推主桥结构交替循环，直至所有主桥节段顶推到位。顶推模型如图5所示。

图5 顶推模型(带加劲弦顶推时)

2)模拟分析结果

在顶推施工模拟全过程中，各最大悬臂状态结构受力最不利，在第2次最大悬臂工况时，最大应力值出现在最前端支点附近，达904.7MPa。在第1次最大悬臂工况时，最大竖向位移值出现在钢导梁前端，最大位移为-967.6mm。

通过顶推法施工，局部结构受力较大，其他部位受力较小,顶推施工所需设备量较小，可兼顾经济性与施工效率。该方法施工最大应力值及最大竖向位移值虽过大，但可通过减小临时墩跨径、比选有无加劲弦顶推及增设墩旁托架等易操作的方式优化顶推施工方法。

3)减小临时墩跨径

将顶推临时墩跨径减小为80m，无加劲弦顶推。在顶推施工模拟全过程中，各最大悬臂状态结构受力最不利，在第5次最大悬臂工况时，最大应力值出现在2号辅助墩支点附近，达568.7MPa，结构应力如图6a所示；在第5次最大悬臂工况之后最大竖向位移值出现在上桥面处，最大位移为-531.0mm，竖向位移如图6b所示。

图6 减小临时墩跨径模拟结果

由以上分析可知，减小临时墩跨径能有效降低最大应力值及最大竖向位移值，但增加措施成本。结合现场条件，取80m顶推临时墩跨径较合适。

4)有无加劲弦顶推比选

顶推临时墩跨径80m，带加劲弦顶推。在顶推施工模拟全过程中，各最大悬臂状态结构受力最不利，在第4次最大悬臂工况时，最大应力值出现在前端第2支点附近，达661.9MPa，结构应力如图7a所示。在第4次最大悬臂工况时，最大竖向位移值出现在上桥面处，最大位移为-533.6mm，竖向位移如图7b所示。

图7 带加劲弦顶推模拟结果

由以上分析可知，带加劲弦顶推导致最大应力值及最大竖向位移值有所增大，不利于结构受力，因此顶推时无加劲弦顶推较合适。

5)增设墩旁托架

顶推临时墩跨径保持为80m，无加劲弦顶推并增设墩旁托架。在顶推施工模拟全过程中，各最大悬臂状态结构受力最不利，在第5次最大悬臂工况时，最大应力值出现在3号辅助墩支点附近，达262.8MPa，结构应力如图8a所示。在第5次最大悬臂工况时，最大竖向位移值出现在上桥面，最大位移为-530.3mm，竖向位移如图8b所示。

图8 增设墩旁托架模拟结果

由此可知，增设墩旁托架能有效降低最大应力值及最大竖向位移值，因此顶推时宜增设墩旁托架。

为在同一条件下比选不同施工工法，上述计算应力值均为点约束边界条件下的结果。在实际工程中，支点与结构间的接触面积更大，且支点附近结构有所补强，因此该处实际应力应小于计算值。

2 合龙方案研究

2.1 合龙方案简述

由于该桥自身结构复杂，合龙时所需控制点位较多，合龙难度大，因此有必要对合龙方案进行模拟分析。主要考虑加劲弦与钢桁梁合龙先后顺序、对中合龙与非对中合龙比较等因素。采用梁单元建立主桥结构，顶推法施工并增设墩旁托架，临时墩跨径取80m。

2.2 加劲弦与钢桁梁的合龙先后顺序

采用对中合龙方式，对加劲弦与钢桁梁的合龙先后顺序进行对比模拟分析。先合龙加劲弦后合龙钢桁梁的结构应力与竖向位移结果如图9所示，最大应力值达248.3MPa，最大竖向位移为-125.9mm；先合龙钢桁梁后合龙加劲弦的结构应力与竖向位移结果如图10所示，最大应力达到188.0MPa，最大竖向位移为-129.5mm。

图9 先合龙加劲弦后合龙钢桁梁

图10 先合龙钢桁梁后合龙加劲弦

由以上分析可知，先合龙钢桁梁后合龙加劲弦的最大应力值小于先合龙加劲弦后合龙钢桁梁，结构受力更有利。另外，2种合龙顺序的最大竖向位移值差别不大，因此在合龙时宜先合龙钢桁梁后合龙加劲弦。

2.3 对中合龙与非对中合龙比较

采用先合龙钢桁梁后合龙加劲弦的顺序，模拟分析比较对中合龙与非对中合龙。对中合龙的结构应力与竖向位移结果如图11所示，最大应力值达188.0MPa，最大竖向位移为-129.5mm。非对中合龙结构应力与竖向位移结果如图12所示，最大应力值达394.7MPa，最大竖向位移为-129.5mm。

图11 对中合龙模拟结果

图12 非对中合龙模拟结果

由以上分析可知，对中合龙最大应力值小于非对中合龙，结构受力更有利。另外，2种合龙顺序的最大竖向位移值没有差别，因此宜采用对中合龙的方式。

3 结语

本文以沪杭甬抬升改造工程钱塘江新建大桥为背景，对公轨两用大跨长联刚性悬索加劲钢桁梁桥的施工工法及合龙方案进行研究，得到以下结论。

1)公轨两用大跨长联刚性悬索加劲钢桁梁桥中的悬臂拼装法施工不具有优势，不推荐采用该方法施工。

2)结合模拟分析结果与现场条件，采用顶推法施工时，取80m临时墩跨径较合适，宜采用无加劲弦顶推方式，并增设墩旁托架。

3)合龙时，宜采用对中合龙的方式，并先合龙钢桁梁、后合龙加劲弦。