自锚式独塔悬索桥支撑体系设计及计算分析论文_赵丽红

中铁宝桥天元实业发展有限公司宝鸡 721000

摘要：本文以烟台滨海西路夹河桥为背景，对独塔双跨组合梁自锚式悬索桥支撑体系设计及计算方法进行研究。桥跨布置为（115m+115m），采用“先梁后缆”的施工方法。由于桥位所在处临近入海口，水深较浅不具备通航条件，无法通过船运及浮吊吊装的方式进行安装，因此采用支架法进行施工，钢主梁杆件种类较多，具有超重、超长、超宽、超高等特点，同时桥址位置处处于入海口滩涂地带，地质情况较差，其承载力差，以上问题均对支撑体系的设计及施工提出较高的要求。本文对夹河桥支撑体系的设计进行介绍，同时对支撑体系关键部位进行计算分析，为同类工程提供参考。

关键词：自锚式独塔悬索桥支撑体系设计与施工计算分析

1 概述

烟台滨海西路夹河桥主梁为钢-混凝土组合梁结构。梁高3.193～4.283m，标准段全宽为33.6m。组合梁钢梁主要材质为Q370qD、Q420qD。桥梁效果图图图1所示。

图1全桥效果图

2 支撑体系设计

2.1支撑体系上部结构设计

根据不同区域在施工过程中荷载分布特点，确定合理的支撑布置形式。安装支架共设四种形式，分别用于主桥中心段钢梁架设，锚固区钢梁架设，标准段钢梁架设，端横梁架设。

2.1.1主塔处梁段支撑体系

主塔处梁段采用滑移就位的方案，该区域支架承担的荷载为移动荷载，管立柱在钢梁滑移范围内分布式布置，间距为4.5米，横向两排，间距为3.0米。沿高度方向纵、横向设置二道“Z”字型联结系。柱顶沿横向铺设45b工字钢作为分配梁，分配梁顶面沿纵向通长铺设45b工字钢作为滑道梁。该处支撑须承受较大的水平推力，在墩顶采用植筋方式将滑道梁锚固，在横向立面内设置联结系将两侧支架连接为整体，以保证支撑体系的稳定性，总体构造如图2所示。

图2主桥中心梁段支架总体构造图（支架一）

2.1.2端横梁及主缆锚固区支撑体系

该区域支架承担的荷载主要包括钢梁、配重混凝土、桥面板及主缆的自重，荷载较大。端横梁划分为四个块体进行吊装，主缆锚固区纵梁均为板单元在支架上进行组拼，荷载分散。根据此荷载特点，钢管立柱沿钢梁长度分布式布置，横向均为两排。在纵横向立面内，沿高度方向设置二道“Z”字型联结系。联结系水平杆及斜杆截面为φ273X6的钢管。柱顶设置纵、横向分配梁，截面为45b工字钢和工36a工字钢。因承台处钢管桩入土深度很浅，须充分利用桥墩加强钢管立柱的稳定性，在墩顶采用植筋方式将分配梁锚固，墩身采用抱箍措施设置一道水平支撑，平面布置及横断面构造分别如图3、图4所示。

图3锚固区（支架二）、端横梁（支架三）平面布置

图4锚固区（支架二）支架横截面构造

2.1.3跨中标准段支撑体系

该区域支架承担的荷载主要包括钢梁和桥面板的自重。桥面纵横梁及桥面板的重量通过纵梁传至支撑，荷载作用集中。根据此荷载特点，在纵梁接口处设置独立式支撑。每组支撑由6根钢管柱组成，纵向3排，横向2排，沿高度方向设置二道“Z”字型联结系，柱顶设置纵、横向两级分配梁，截面为45b工字钢，横断面构造如图5所示。

图5标准段支架（支架四）横截面构造图

2.2支撑基础设计

桥址处河流东西岸地面标高介于1.0～4.0米，河床标高介于-0.2～-1.8米。最高高潮位3.67米。根据其地形特点及地质构造，支撑均采用打入式钢管桩基础，承载力以桩周摩阻力为主，钢管桩规格为φ630X10。

3 支撑体系计算分析

由于计算方法相同且篇幅有限本文仅对支架一进行计算分析。根据施工过程，对于支架一分为两个工况进行计算分析。

3.1 计算工况

工况一：纵梁ZL12、HL2、HL4在支架一上组装成整体，移动至安装部位，施工过程如图6～图8所示。

图6纵梁ZL12及附件就位前平面示意图

图7纵梁ZL12及附件就位后平面示意图

图8纵梁ZL12及附件就位后立面示意图

工况二：待纵、横梁形成体系后，安装其余附件及混凝土桥面板，支点布置及平面示意分别如图9、图10所示。

图9 纵梁ZL10-ZL12支点布置

图10 ZL9-ZL12及其他附件安装就位后平面示意图

3.2 荷载组合

对于支架一根据两种工况不同荷载作用情况，按照不同荷载组合进行计算，组合方式如表1所示。

表 1两种工况荷载组合

支架工况荷载组合

支架1工况一1.2×自重+1.2×1.05×桁架梁单元+0.75×（1.1风荷载+1.4水流力）+1.4摩擦力

工况二1.2×自重+1.2×1.05×桁架梁单元+1.2×（桥面板板+压重砼）+0.75×（1.1风荷载+1.4水流力）+1.4动荷载

3.3支架一计算结果

采用Midas Civil 对支撑体系进行建模分析，考虑不同工况，不同荷载组合作用下支撑体系受力情况，对整个支撑体系进行计算分析。

3.3.1支承体系上部结构计算

工况一纵梁ZL12、4HL2、2HL2在支架一上组装成整体，移动至安装部位，整个施工过程纵梁、横梁、平联及斜撑最大组合应力及剪应力分别如图11～图15所示，钢管桩内力如图16～图18所示。根据计算分析结果，工况一纵梁最大组合应力72.9Mpa，最大剪应力81.2Mpa，横梁最大组合应力及剪应力分别为61.6Mpa、58.1Mpa，平联及斜撑最大组和应力为29.1Mpa，结构强度均满足要求，且具有较高安全储备。

图11 纵梁2HW300*300组合应力图（单位：MPa）

图12 纵梁2HW300*300剪应力图（单位：MPa）

图13 横梁2工45a组合应力图（单位：MPa）

图14 横梁2工45a剪应力图（单位：MPa）

图15 平联、斜撑组合应力图（单位：MPa）

图16 钢管桩纵向弯矩（单位：kN.m）

图17 钢管桩横向弯矩（单位：kN.m）

图18钢管桩桩端反力图（单位：kN）

工况二待纵、横梁形成体系后，安装其余附件及混凝土桥面板。在整个施工过程中纵梁、横梁、平联及斜撑组合应力、剪应力计算分析结果如图19～图23所示，钢管桩内力如图24～图26所示，根据计算分析结果，支撑体系上部结构在工况二整个施工过程各部分应力大于工况一，工况二纵梁、横梁、平联及斜撑组合应力与工况一相比分别增大58.2%，39.4%，70.1%。但强度仍满足要求，同样具有一定的安全储备。