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1、大跨度悬索桥落梁法成桥施工技术研究 - 建筑技术 1 前言 悬索桥由于其自身的美观和经济性在大跨度桥梁建 设中得到了广泛应用，其中的自锚式悬索桥由于不需要建设巨大的 锚锭，且其桥型优美在大跨城市桥梁建设中开始得到广泛的应用。 2 自锚式悬索桥施工流程 大跨度桥梁的分段施工时都要经 历一个结构体系的转换过程，体系转换过程前后两个不同结构体系 的受力特点和变形特点均不相同，但最终将转化成永久的结构体系- 成桥状态1。 自锚式悬索桥由于其自身固有的特点，其上部 结构的施工顺序为：先采用顶推、分段预制吊装或支架现浇方法施 工悬索桥的加劲梁，在主塔及加劲梁均施工完成后进行主缆的安装， 然后进行吊索安装，
2、最终完成全桥的体系转换。自锚式悬索桥的体 系转换过程，通常采用张拉吊索法来完成2-3。张拉吊索法通过在 安装吊索的过程中不断调整吊索的连接长度从而使加劲梁的恒载作 用逐渐转移由主缆承受，通常张拉吊索法需分三级进行，且需对每 根吊杆进行张拉调整，因此施工作业周期长，对于施工机具的占用 多，且施工费用较高。落梁法则依靠进行加劲梁施工的临时墩先顶 升加劲梁，然后无应力安装所有吊索，最后一次落梁形成体系。显 然，落梁法与张拉吊索法相比具有施工周期短，施工机具占用少， 施工费用低的优点。 本文结合长沙市三汊矶大桥的施工情况， 对一次落梁法成桥的施工技术中需要进行控制的施工参数进行了研 究和探讨，对落梁法
3、进行体系转换的施工技术的发展应用具有参考 价值。 3 三汊矶大桥落梁法施工情况 3.1 三汊矶大桥工程简介 三汊矶湘江大桥是湖南省长沙市二环线上跨越 湘江的重点工程。该桥的主跨为五孔的双塔双索面自锚式悬索桥， 其总体布置示意见图 1；主孔跨径 328m，两边孔 132m ，两次边孔 70m。成桥状态矢跨比：中跨为 1/5，边跨为 1/10.6 。加劲梁型式为 单箱五室扁平闭口钢箱梁，采用 Q345d 钢。全桥箱梁分标准梁段、 索塔附近区段、主锚锚固段及压重节段。吊索与主缆连接方式为上 下销接式，吊索在钢箱梁上的锚固采用通过锚拉板的销接连接。显 然，吊索的这种连接方式最为简单，但无法进行吊索的张
4、拉施工， 因此无法应用张拉吊索法进行体系转换。 3.2 三汊矶大桥 临时墩跨径布置 在三汊矶大桥施工期间，为了满足湘江的通航 要求，结合考虑标准钢箱梁的重量（约 200t） ，对钢箱加劲梁采用多 点连续顶推方法使其到位，考虑到顶推钢箱梁施工中的安全性和经 济性，全桥设置了 6 个临时墩（编号依次为 LSD1LSD6） ，其跨径 布置见图 1。根据滑道布置情况，横桥向设置了 2 个单独的临时墩， 其中心距为 22.8m。每个临时墩采用 4 根 1.5m 钻孔桩作为基础， 再用 4 根 120012mm 钢管接长至设计标高，4 根钢桩之间通过型 钢、节点板连接成整体共同受力。为了进行加劲钢箱梁的起
5、顶，在 钢桩顶先设置横桥向分配梁，然后分配梁顶设置纵向滑道梁，分配 梁及滑道梁均采用钢板焊接制作。在滑道梁两侧设置起顶牛腿，以 便在钢箱梁被顶推就位后，可起顶较大高度来安装吊杆。 3.3 三汊矶大桥的落梁法施工简介 对于三汊矶大桥，待全部钢 箱梁按照成桥线型标高顶推施工就位后，通过起顶中跨的 LSD2-LSD5 这 4 个临时墩顶上事先设置好的顶推滑道，根据空缆与成桥主 缆线形的变化情况，将加劲钢箱梁沿竖向起顶一定的高度，使得吊 索能在无应力状态下安装就位，待全部吊索安装完成后，逐步落梁 至各梁段的成桥设计标高，使主缆和吊杆共同承受原本由 4 个临时 墩承受的钢箱梁荷载，以达到完成体系转换的目
6、的。 起顶时 11、12 号墩钢箱梁竖向位置不变(事先在压重梁段上压重) 。 因临时墩支反力较大，若采用千斤顶直接顶升钢箱梁，则在滑道与 箱梁结合部位处易产生应力集中而造成钢箱梁局部屈曲变形，故可 通过起顶滑道梁上、下游两侧设置在分配梁位置的钢牛腿(每一滑道 梁设 4 个)来起顶滑道梁，进而起顶钢箱梁，然后在无应力状态下安 装吊杆，安装完毕后再逐步落梁。起顶过程中在滑道梁与分配梁之 间加设钢垫块，以逐步将钢箱梁起顶到设计位置（钢垫块高度根据 实际情况确定） 。对每一滑道梁采用 4 台千斤顶，每 2 个千斤顶共配 1 台油泵，以尽量做到同步均匀地起顶滑道梁。 4 三汊矶 大桥落梁法成桥的施工过程
7、仿真分析 4.1 钢箱梁起顶施工 过程仿真分析模型 施工技术方法确定后，必须考虑具体施工过 程中的控制操作流程，而决定操作流程的是结构安全性，包括各临 时墩的起顶安全性、钢箱梁的应力及变形安全性等。为此建立施工 过程的仿真分析模型，以确定每一顶升点的顶升量、顶升分级数及 安全稳定性等，从而能够。运用大型通用有限元分析软件建立平面 非线性有限元仿真模型，图 2 为离散仿真分析模型。 4.2 钢箱梁起顶点起顶量的确定 在钢箱梁起顶施工过程中，处理的关键在于对各起顶点起顶量的确定。由于主缆自由悬挂状态与成桥 状态的索夹节点存在一定的竖向位移差，各吊索的设计长度又是确 定的，所以这意味着对钢箱梁起顶量
8、的确定至少需要满足这种竖向 位移差的变化要求，同时，还要兼顾钢箱梁顶推后实际线形与理论 线形间的误差、主缆安装误差、温度影响修正及桥面施工荷载的影 响。通过数值分析方法，以理想化的顶推完成线形作为钢箱梁无应 力线形，进行钢箱梁的起顶仿真分析，得到了主跨内 4 个临时墩 （LSD2LSD5 ）起顶量值的 3 个参考方案，见图 3。 4.2.13 种顶升量方案下临时墩的支反力分配 通过仿真计算模型，得到 了 3 种不同起顶方案下各个临时墩的支反力（见表 2） 。分析表 1， 可看到方案 3 中 LSD1，LSD6 的支反力已超过了临时墩的设计承载 力（1740t ） ，不宜采用。 4.2.2 起顶
9、点起顶量的确定 通过 分析图 3，可看到：在方案 2 中，4 个临时墩的起顶量与中跨各吊索 节点空缆与成桥状态标高差比较符合，且可以含括施工中部分误差 因素对吊索无应力连接带来的影响，因此，选择方案 2 中的顶升量 值(顶升量值:LSD2LSD5 依次为 0.84，1.50，1.40，0.66m)作为实 际的顶升控制数据。 转贴于 中国论文下载中心 http:/4.3 钢箱梁顶升的操作流程安全性及可行性分析 4.3.1 临时墩的安全性分析 当 4 个临时墩各自总的起顶量确定 后，需要根据顶升用的千斤顶的行程确定顶升的级数，以及每级各 顶升点的顶升控制量等实际施工控制性数据。在确定这些控制性数
10、据时，必须保证起顶施工中各支承墩(临时墩和永久墩)的反力及钢箱梁的应力水平必须控制在允许范围内，因为这些均与起顶量的大 小密切相关。为此，需要建立施工阶段仿真分析模型来确定顶升分 级数以及每一级起顶量。经过多次模型试算分析发现：当采用 15 级 均匀分级顶升施工时，即使发生个别临时墩顶升量不同步的情况， 所引起的支墩反力也不会超过设计承载力，此时临时墩在施工中处 于安全状态。分析结果见表 2。 4.3.2 钢箱梁的安全性分析 起顶前钢箱梁最大正弯矩为 58372KNm，最大正应力为 33.15Mpa； 最大负弯矩为-84911 KNm，最大拉应力为 41.12Mpa。在起顶方案 2 中，最大正
11、弯矩为 173236KNm，最大正应力 83.89MPa；最大负 弯矩为-238337KNm，最大拉应力为 115.41MPa。另外， LSD2LSD5 之间钢箱梁段均承受负弯矩，形成大范围的底板压应 力区段。分析比较顶升前后，可发现钢箱梁的应力水平成倍增长， 但依然在许可应力范围之内。 当中跨钢箱梁顶起后，根据数值 分析可知：靠近两主塔范围边跨的 6 个梁段(约 60m 长)会产生一定 程度的下沉，下沉量最大约为 70mm ，不加调整的话，会对边跨的 吊杆安装造成一定的困难。在实际操作过程中，可以对两边孔内 LSD1 与 LSD6 这两个临时墩进行适当的起顶，以满足边孔吊杆安装 的需要。 4
12、.3.3 顶升梁的可行性分析 对安全性的分 析表明：采用顶升梁法吊杆安装形成体系的方法是可行的。但在实 际操作过程中，要注意：起顶前要对临时墩的稳定承载力进行认 真校核；起顶施工中千斤顶起落梁时尽量沿桥纵向，使 4 个临时 墩同步均匀进行以确保安全。 5 结语 自锚式悬索桥需先行完成加劲梁的施工，因此可以采用落梁法完成体现转换。 而落梁法进行体系转换的施工方法的核心是确定适合的加劲梁顶升 量以及确定安全的顶升分级施工流程。在本问中，结合三汊矶大桥 落梁法施工操作，介绍了顶升加劲梁而后落梁完成体系转换的具体 操作过程。并通过具体的理论分析，介绍了确定顶升分级数和每级 顶升量值，对每级顶升量下的各个临时墩和钢箱梁进行了安全性分 析的施工安全分析技术方法。对于采用落梁法进行体系转换的施工 技术的发展应用具有参考价值。 参考文献： 1 郭 耀君.分段桥梁施工分析与控制M. 北京：人民交通出版社，2003. 2 严国敏.韩国的永宗悬索桥J. 国外公路,1998,18(6)：1618. 3 张元凯,肖汝诚, 金成棣.自锚式悬索桥的概念设计J. 公路， 2002,(11)：4648.
