大跨径斜拉桥主梁与索塔临时固结关键技术
2017-03-20
1 工程概述
1.1 主梁拼装方案
中朝鸭绿江界河公路大桥为86+229+636+229+86=1266m五跨连续半漂浮体系双塔双索面钢箱梁斜拉桥。索塔与主梁间设置竖向支座和横向抗风支座，纵向设置粘滞阻尼器；辅助墩设置竖向拉压支座，钢箱梁边跨内同时设置压重；过渡墩设置竖向抗压支座和横向抗风支座。
主梁为流线型扁平钢箱梁，梁高3.5m（中心线），梁宽33.5m，桥面设2%的双向横坡。钢箱梁内设置两道纵腹板，其距离钢箱梁中心线间距为8.8m，钢箱梁横隔板标准间距为3.2m。共计87片，由中交一公局海威工程建设有限公司承建1/2主桥及中跨合龙段钢箱梁架设安装，共计44片。钢箱梁共分为11类（A～J、E1、E2、E3），大桥主桥钢箱梁总体施工步骤如下：索塔区01～03（A、B、C）共5个梁段采用墩旁支架施工，最大起吊重量约262t。利用浮吊将梁段吊放与支架上，精确定位焊接后，与下横梁临时固结。阻尼器连接件在施工过程中作为临时拉索在主梁上的锚固装置。然后张拉C梁段拉索，对称拼装桥面架梁吊机，准备吊装后续梁段。
对于索塔，次边跨和中跨的标准梁段采用桥面吊机双悬臂依次吊装，对称挂设、张拉斜拉索，直至主梁合龙。对位于河床较浅的边跨梁段，采用高支架拼装，用浮吊和滑移结合将梁段起吊滑移到位，然后再利用桥面吊机逐段起吊安装。
1.2 塔梁纵向限位及临时锚固构造
1.2.1 纵向限位构造
根据钢箱梁设计资料，在钢箱梁架设施工过程中，在钢箱梁01号段的索塔塔柱两侧的设置纵向限位装置，构造见图1～图2。
1.2.2 阻尼器连接构件处的临时锚固构造
塔梁固结的临时拉索可采用标准强度为1670MPa的铰销式吊杆体系，计算长度为9.095米。临时拉索每个阻尼器连接构件处设置一根，全桥8根计72.76米长，推荐采用PES7-61丝吊杆。设计建议临时拉索张拉力为150kN。（如图3）
1.2.3 横向临时固结
为了限制主梁拼装过程中的横桥向位移，对于中方侧索塔，拟在索塔抗风支座两侧设置主梁横向临时固结措施。横向临时固结的一端通过预埋件与塔柱相连接，另一端与01号钢箱梁段的腹板相连接。横向临时固结措施在钢箱梁上下游侧对称布置，见图4。横向临时固结构件为双拼2[40槽钢或双拼2H450×200型钢。
2 计算工况
钢箱梁01节段的钢牛腿主要抵抗主梁拼装施工过程中的纵向不平衡荷载，横向风荷载引起的主梁水平面内转动，以及竖直面内的主梁转动。横向临时抗风支座抵抗主梁在横向风荷载作用的位移。对主梁架设的最大双悬臂和最大单悬臂工况进行计算，分析塔梁临时锚固肯能承受的最大内力值。
2.1 最大双悬臂工况
在主梁A12/J12节段悬臂拼装完毕，主梁尚未与辅助墩支架的合龙梁段连接时，主梁处于最大双悬臂状态，悬臂长度为201m，见图5。
2.1.1 最大竖向不平衡力
当钢箱梁A12/J12梁段安装完毕，江测悬臂端单独起吊J13梁段。桥面吊机重量按实际重量选取，J13号梁段重量乘以动力系数 1.20。
2.1.2 横向风荷载的对称加载和不对称加载
（1）对称横向风荷载作用下的产生的水平力；（2）边跨和中跨两侧不平衡横向风荷载作用下，对两侧主梁产生的不平衡力。
根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004），对于A类地表，主梁高程（43.875m）风速高度修正系数取K1=1.40。施工阶段风速重现期按20年考虑，风速重现期系数η=0.88。施工阶段，主梁高度处的基准风速为VZ=K1V10η=1.40×32.6m/s×0.88= 40.22m/s。
静阵风风速：
=1.24×40.22=49.87 m/s
式中VZ――索塔基准高度处的风速；
CV――静阵风系数，A类地表，加载长度201m，取1.24。
主梁的静风荷载：
式中：
ρ――空气密度（kg/m3），取1.25；
Vg――静阵风风速；
CH――主梁的阻力系数，取1.3；
AH――主梁投影高度。
根据上式计算得到主梁的横桥向静风荷载FH=8.0kN/m。江测和岸侧主梁的不对称系数取0.5。加载方式分别见图6、图7。
2.1.3 横向风荷载产生的竖向升举力
横向风荷载对主梁产生的竖向升举力 P参照以下公式进行计算：
P=CLS2V2b/1.6
式中CL―升举系数，由规范图表按主梁宽/高比查取，此处取 0.35；
V―设计风速，按10年一遇地面10米高处风速换算至主桥高度（此处按40米计）为32.5m/s。施工阶段风速重现期按20年考虑，风速重现期系数η =0.88。
S―阵风系数，查表可得，岸侧S=1.61，江侧S=0.82；
b―钢箱梁宽度，33.5m。 根据上式计算结果，岸侧升举力P1=33.8kN/m，江测升举力为P2=8.5kN/m。加载方式见图8。
2.2 最大单悬臂工况
在中跨主梁合龙前，主梁处于最大单悬臂架设状态，中跨最大悬臂长度达313m，见图9。
2.2.1 最大竖向不平衡力
中跨合龙前，合龙段由合龙口两侧桥面吊机同时起吊，当一侧桥面吊机脱钩，合龙段钢箱梁重量由单侧桥面吊机承受。桥面吊机重量按实际重量选取，合龙段钢箱梁重量乘以动力系数1.20。
2.2.2 横向风荷载
（1）对称横向风荷载作用下的产生的水平力；（2）边跨和中跨两侧不平衡横向风荷载作用下，对两侧主梁产生的不平衡力。加载方式分别见图10、图11。
3 塔梁临时固结内力计算结果
按照上述最大双悬臂和最大单悬臂的各个工况进行计算，得出主梁与索塔单侧最大锚固力计算结果见表1。
在最大单悬臂架设状态，主梁承受横向对称风荷载时，塔梁锚固结构承受横桥向最大内力为4496kN。在最大双悬臂架设状态，且江测悬臂端单独起吊J13梁段时，塔梁锚固结构承受纵桥向最大内力为20519kN；承受的扭矩为97639kN*m。
4 塔梁临时固结构造受力验算
4.1 最大纵向力
主梁悬臂拼装过程中，纵向不平衡力主要由钢箱梁01号段的钢牛腿承担。根据钢箱梁设计图纸，单个钢牛腿的截面面积为A=2×20×1610+2×20×1552=126480mm2。对于Q345钢材，抗剪容许应力为[τ]=120MPa，钢箱梁纵向临时固结两个钢牛腿的抗剪承载力为Q=120×126480×2=30355kN>主梁最大纵向不平衡力20519kN。
4.2 最大横向力
主梁悬臂拼装过程中，横向风荷载作用下，塔梁锚固结构承受横桥向最大内力为4496kN。对于Q235钢材，轴向容许应力为[σ]=140MPa。单个横向临时固结构件2[40槽钢的截面面积为A=2×6150=12300mm2，则横向固结的轴向抗压承载力为：N=140×12300×4=6888kN>最大横向内力4496kN。
5 结语
（1）在以上工况的荷载作用下，主梁和索塔临时固结构造措施的纵向抗剪承载力和横向抗压承载力满足要求。（2）建议设计根据以上横向内力计算结果，考虑是否需要对横向临时固结接触部位的钢箱梁腹板进行局部加强。
参考文献：
[1]李宗平.《独柱索塔斜拉桥钢箱梁零号块临时锚固施工技术研究》.交通工程建设，2008，第2期.
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[3]冯斌，陈妍.《南京长江第三大桥钢箱梁施工技术》[J].桥梁建设，2005（1）.
[4]狄谨，周绪红，游金兰，张茜.《钢箱梁斜拉桥索塔锚固区的受力性能》.中国公路学报，2007年，第04期.
