大跨度钢桁拱整体提升和悬臂拼装受力对比分析①
万小霞
【摘 要】针对该桥主要杆件的受力情况对这两种方案的施工阶段以及成桥状态的受力进行对比，比较两种方案的优劣，并论证可行性及施工关键阶段关键杆件的处理措施。
【期刊名称】佳木斯大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2016(034)003 【总页数】5
【关键词】大跨度钢桁拱桥；桥梁施工；整体提升；全拱肋悬臂
1 背景工程
明珠湾大桥主桥跨越龙穴南水道，跨径分布为95.1+164+436+164+96+59.1=1014.2米。主桥桥面宽为42.6m，其布置为3m(人行道)+1.3m(吊杆保护区)+0.5m(防撞栏杆)+15.5m(车行道)+0.5m(防撞栏杆)+1.6m(吊杆保护区)+0.5m(防撞栏杆)+15.5m(车行道)+0.5m(防撞栏杆)+1.3m(吊杆保护区)+3m(人行道)=43.2m。下层桥面宽为36.2m，预留BRT车道位于断面两侧，下层桥面布置为2m+0.5m(防撞栏杆)+7m(车行道)+0.5m(防撞栏杆)+1.27+5m(管线)+1.85。
2 施工方案描述和分析方法
施工方案一为大节段吊装方案，施工方案二为悬臂拼装方案，两种方案的主要区别在于拱肋的施工方式，大节段吊装拱顶16个节段采用整体提升的方案，借助架梁吊机、桥面吊机、塔架、吊索完成悬拼阶段的拱肋、主梁以及吊杆的安装，再借助提升吊架进行大节段的提升。全拱肋悬拼则由两侧往中间悬拼直
至最后两个节段。两种施工方式的合拢阶段模型图如图1所示。 大节段吊装的设备荷载都作为节点力加在图中有临时杆件的节间两端。 (1)计算方法
本文主要对明珠湾大桥的杆件内力进行对比分析，故将桥面板等效为小纵梁，忽略节点板，用Midas 8.3.2建立全桥杆系有限元模型可以满足精度要求。桁架杆件和桥面系采用梁单元模拟，扣索和吊杆采用桁架单元模拟[1]。 (2)计算荷载
桥梁施工荷载主要包括结构自重、施工材料与设备荷重等，此外还有在装配过程中产生的内力及张拉预应力和混凝土徐变收缩产生次应力等。考虑施工过程中的荷载包括自重和设备荷重。由于本文主要对两种施工方法进行对比分析，其结论主要用于该桥设计，故其中荷载组合系数根据《公路桥涵设计通用规范(JTG D60—2004)》进行取值，构件安全性根据《公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)》进行验算。
整体提升方案的施工荷载主要包括吊索拉力、架梁吊机、提升吊架、提升重量。 全拱肋悬拼方案的施工荷载包括吊索拉力、架梁吊机。 (3)计算理论
结构构件强度计算按《铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2-2005》4.2.1计算，验算采用规范中针对“受压(或受拉)并在一个主平面内受弯曲或与此相当的偏心受压及偏心受拉”构件的计算公式(规范公式编号为4.2.1-3)： 或[σw]
结构构件总稳定按《铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2-2005》4.2.2计算，采用“在一个主平面内受弯曲”杆件的验算公式(规范公式编号为4.2.2-3)：
φ2[σ]
公式中弯矩M为构件中部1/3长度范围内最大计算弯矩，容许应力以及稳定系数根据杆件材料及尺寸具体取值原则详见规范相关条文。
3 两种施工方案及成桥阶段对比
3.1 拱肋内力对比
两种施工方法拱肋上、下弦杆的轴力、弯矩包络图以及一次落架成桥阶段的轴力图、弯矩图如图2所示，图中横坐标为杆件纵桥向位置，对关键位置进行了标注，纵坐标为内力值。
通过分析内力对比图可以得出如下结论：
(1)由于大节段吊装的集中力作用，大节段提升时会产生较大弯矩，故吊点处拱肋上弦出现了轴力的峰值，相应拱肋下弦出现了轴力的最小值；
(2)由于大节段吊装的集中力作用，拱脚处下弦杆出现了弯矩峰值，相应上弦杆的弯矩则较小。
(3) 由于杆件主要受轴力，从图中可以看出，大部分弦杆是由运营阶段控制，个别杆件在大悬臂提升施工方式下由施工阶段控制。 3.2 主梁弦杆内力对比
两种施工方法主梁下弦杆的轴力、弯矩包络图以及一次落架成桥阶段的轴力图、弯矩图如图3所示，图中横坐标为杆件纵桥向位置，对关键位置进行了标注，纵坐标为内力值[2]。
通过分析内力对比图可以得出如下结论：
(1)由于大节段吊装的拉索张拉点在边跨中支座附近，故在边跨支座处出现了压力极值；而拱脚处则出现了轴力大节段提升明显比悬拼及成桥大的情况；
大跨度钢桁拱整体提升和悬臂拼装受力对比分析
