1工程概况
武汉市常青路主线高架桥在CQ27-CQ29#墩处采用（95+105）m连续钢箱梁桥跨越汉口火车站南咽喉股道，桥梁上部结构为分幅变高度直腹板连续钢箱梁，分左右幅布置，桥梁底板平面布置图见下图1；主墩处根部梁高6.5m，端部梁高3m，直腹板梁高按二次抛物线变化，钢箱梁单幅梁面宽25.5m，底宽16.5m，双幅桥面总宽51m；在球铰支点处沿桥长方向9m范围左右幅钢箱梁为整体钢横梁设计，横梁宽42.2m，长9m，高6.5m；梁体其余段桥面左右分幅。该桥采用墩顶转体法施工，球铰支点位于钢横梁中心，与钢横梁底部栓接固定。
2 钢横梁应力与变形分析
在转体平衡配重和桥梁自重作用下，钢横梁两端将产生下挠变形。本桥转体不平衡弯矩达到12万吨米，若仅靠短臂端配重来消除不平衡力矩，需要配重3630t。此种状态下，附加横梁压应力最大应力231MPa，横向变形34mm；转体梁最大压应力163MPa，拉应力为118MPa。 转体梁长臂端挠度520mm，短臂端挠度250mm。横梁应力接近设计限值270MPa，结构转体安全风险较大。
因横梁应力比较高，出于安全考虑宜采用加强方案；由于本桥宽度（51m）较大，因此拟采用设置临时塔柱与斜拉索加强方案。设置临时索塔后，附加横梁最大压应力181MPa，横向变形18mm；转体梁最大压应力163MPa，拉应力为108MPa。转体梁长臂端挠度540mm，短臂端挠度188mm。横梁最大应力降低了22%，对转体梁影响较小，应力大小均在合适范围内，并有一定的安全储备。
图1：双幅桥单支点平面示意图
图2 塔柱与斜拉索转体前立面图（单位：mm）
3 桥面塔柱及斜拉索设计
经研究并结合有限元分析计算[1]，在钢横梁桥面中央设置塔柱和横向斜拉索，拉索一端固定在桥面，另一端固定在塔顶，通过斜拉索施加的拉力来控制钢横梁的下挠变形。塔柱为四根钢管立柱和腹杆焊接成一个整体，立柱中心横桥向宽5.3m，顺桥向长3m，高27m，立柱采用Q345[2]、φ1200mm×24mm的钢管，腹杆采用Q345、φ560mm×16mm和φ426mm×12mm的钢管，塔共重112t。柱顶5m范围内填充C50微膨胀混凝土，以增强立柱的局部抗压强度。斜拉索采用热镀锌平行钢丝拉索，拉索型号为PES7-253，斜拉索一端锚固在钢塔立柱上，另一端通过异形锚头配合锚栓与桥面板预留吊耳相连，与桥面夹角为62.94°，在塔端张拉；斜拉索设计（单根）索力4000KN，最大（单根）索力6000KN[3]。塔柱与斜拉索立面图见图2、图3。
图3 塔柱与斜拉索断面图（单位：mm）
4 塔柱结构检算
4.1 荷载参数
（1）钢材自重荷载G1，其容重取78.5KN/m3。
（2）混凝土自重荷载G2，其容重取23KN/m3，每根立柱柱顶5m范围内的混凝土自重为119.9KN。
（3）拉索力Q1
临时拉索的初始张拉索力为4000KN，最大索力为6000KN。
（4）风荷载Q2
风荷载强度W=K1·K2·K3·W0
式中： W—风荷载强度（Pa）；
W0¬—基本风压值（Pa），查规范取值400Pa；
K1—风载体形系数，查规范取值0.8；
K2—风压高度变化系数，查规范取值1.0；
K3—地形、地理条件系数，查规范取值0.9；
其中风荷载强度按地面以上0.65倍钢塔高度处取值。
4.2 荷载组合
4.3 塔柱受力计算
Φ1200×24mm钢管截面特性为：
有限元分析计算结果：
4.4 受压构件稳定性计算
支架钢管柱为受压杆件，应进行受压稳定计算[4]。由midas模型提取计算结果，取最不利组合：
Mx=84.6KN·m、N=6117.4KN、l=5000mm，稳定性计算由以下公式计算得出结论：
（式1）
（式2）
（式3）
（式4）
（式5）
式中：α=1、φx=0.993
M1=84.6KN·m，杆端弯矩较大值
M2=26.1KN·m，杆端弯矩较小值
γx=1.15，截面塑性发展系数
A--钢管柱截面积（m2）
E-- Q345钢弹性模量（MPa）
Wx--截面抵抗矩（mm3）
由式2-式5可以计算出式1=71.76MPa＜1.3×200=260MPa，满足要求。
4.5 斜拉索受力分析
斜拉索设计（单根）索力4000KN，最大（单根）索力6000KN，根据规范选择PES7-253拉索，该型号拉索设计索力6115KN＞最大索力6000KN，满足受力要求[5]-[6]。
5 塔柱及斜拉索施工
立柱和腹杆钢管均在钢结构加工厂内，采用机械制造，根据分段方案先厂内焊接成单元件，预拼装验收合格后出厂；受运输条件和吊装的限制，将塔柱分为4个节段在工厂加工制作，从下向上的长度和重量依次为10.8m（43t），6.9m（28t），5.3m（22t），4.0m（19t），采用车辆运输到现场后吊装焊接成整体[7]。斜拉索采用热镀锌平行钢丝拉索，拉索型号PES7-253, 塔顶端采用冷铸锚，塔底端采用异形锚头，斜拉索一端锚固在钢塔顶立柱上，另一端通过异形锚头配合锚栓与桥面板预留吊耳相连，在塔端张拉。
根据工况采用220t和350t汽车吊配合进行塔柱焊接和安装，吊装时测量人员控制节段与节段之间的垂直度和平面位置关系，拼装完成后先进行临时连接，由铆工对接缝间隙进行精确调整，达到设计标准要求后，焊接马板保持既定位置后再焊接。所有焊缝施焊24h后，且经外观检查合格后，都必须进行无损检测，无损检测主要采用超声波探伤和磁粉探伤两种方法，X射线抽检，要求所有焊接达到二级焊缝标准。
用四台YCW650D型千斤顶同时、对称在塔顶张拉斜拉索，张拉控制应力为4000KN，一次张拉到目标应力值。
塔顶混凝土浇筑采用汽车泵车浇筑，混凝土由拌合站集中拌制后运输到现场泵入管内，同时对混凝土进行振捣密实，浇筑完成后按大体积混凝土养护要求进行养护。
6 钢横梁横向变形监控
6.1 钢横梁横向变形有限元分析
计算边界条件是球铰顶刚垫板采用面支撑连接，荷载按纵向计算球铰最大反力（转体阶段）在两端截面进行加载，单根斜拉索张拉力4000KN。经计算机有限元分析得出结论横梁在转体过程中最大竖向位移为2.5cm=L/1000，满足规范要求[8]。
6.2 各施工阶段钢横梁横向变形观测
通过在左右幅梁底球铰两侧对称设置观测点，采用全站仪与水准仪对观测点进行张拉前、张拉后及支架拆除转体前沉降观测[9]，观测数据见下表1所示，从观测数据可知在转体过程中钢横梁下挠量最大，但仍在理论下挠范围内，通过塔柱与斜拉索的作用，成功控制了钢横梁的压应力和下挠量，保证了结构稳定和安全。
表1各施工阶段横梁下挠值
7 结论
左右分幅桥梁转体施工一般采用两幅分墩转体方案，即在跨越线路两侧各自设置一幅转体梁和转体系统，分别进行单幅转体施工或同时双幅双支点转体[10]-[12]。双幅桥梁单支点转体施工相对于单幅单支点转体施工而言难度更大，但可以节约施工时间，同时该转体方法在在城市闹市区等施工场地狭窄受限制时有一定优势。
双幅桥梁单支点转体技术方案在转体主墩处设置一个球铰，在球铰顶设置横梁联系左右两幅转体梁。连接横梁受力和横向变形控制是双幅桥单支点同向转体方法的关键技术，如果横梁计算应力及横向计算变形较大且不能满足承载力和变形要求，可以采用临时塔柱及斜拉索加强方式或顶部横梁加强方式，来满足横梁受力和变形要求，降低横梁的应力和横向变形，其中塔柱及斜拉索结构加强方式用于幅宽度较大桥梁，具有较好效果。
论文作者:郭昭赢
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/28
标签：横梁论文; 拉索论文; 应力论文; 荷载论文; 桥面论文; 支点论文; 横向论文; 《基层建设》2019年第3期论文;