何承海，彭琳琳

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241001）

嘉紹大橋主航道橋為世界上首座六塔獨柱四索面分幅鋼箱梁斜拉橋，其跨徑布置為70+200+5×428+200+70=2 680 m。鋼箱梁梁高4.0 m，單幅梁寬24 m，全幅總寬55.6 m，兩幅梁間橫梁長9.8 m（見圖1），兩幅間橫梁分箱形橫梁和H形橫梁間隔設(shè)置[1]。

圖1 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)段斷面圖Fig.1 Cross-section of the standard steel box girder section

根據(jù)設(shè)計理念，橫梁僅傳遞橫向四索面內(nèi)、外側(cè)索力的橫向不平衡力，理論上不承受彎矩和剪力。分幅式鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段采用橋面吊機(jī)進(jìn)行安裝，懸拼段鋼箱梁存在4個拼配接口，即鋼箱梁與已按梁端的2個接口和橫梁的兩個端口，安裝精度要求高，施工難度大。因此，對鋼箱梁安裝方法開展了專門的研究。

1 基于橫梁的受力分析

分幅式鋼箱梁采用橋面吊機(jī)安裝時，可以采用的方法有兩種，整體安裝方案和分幅安裝方案。前者在香港昂船洲大橋和上海大橋中應(yīng)用[1]，如圖2所示。

圖2 昂船洲大橋鋼箱梁吊裝Fig.2 The steel box girder lifting of the Stonecutters Bridge

依托工程分幅式鋼箱梁之間設(shè)置有永久橫梁，其安裝方法需要從施工便捷性、工效、經(jīng)濟(jì)性以及對結(jié)構(gòu)受力的影響等多個角度進(jìn)行比較研究。

1.1 起吊不同步箱梁受力分析

依托工程橋面吊機(jī)采用卷揚(yáng)機(jī)作為起重設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)梁段的吊點布置如圖3所示。

對于分幅安裝來說，單幅鋼箱梁支撐為兩點簡支，吊具可采用常用的橫梁吊具，可以保證各吊點反力平衡。對于整體安裝，雙幅鋼箱梁連同橫梁在起吊狀態(tài)，為四點支撐連續(xù)梁，如果采用常用的橫梁吊具，只能保證縱向支撐點內(nèi)力一致，則橫向的4排吊點起吊速度一致性要求非常高。

采用ANSYS軟件建立有限元計算模型，分析工型橫梁和箱型橫梁連接鋼箱梁吊裝時，一側(cè)橋面吊機(jī)提升，另一側(cè)吊機(jī)不動，使兩幅箱梁產(chǎn)生一定高差，對應(yīng)的橫梁應(yīng)力和吊點反力見表1。

圖3 吊點布置圖Fig.3 The arrangement of lifting points

表1 橫梁應(yīng)力及吊點拉力匯總Table 1 Summary of the stressin cross beamsand the pull in lifting points

計算結(jié)果表明，在上下游側(cè)吊機(jī)出現(xiàn)的高差越大，橫梁應(yīng)力也隨著增加，對于工字型橫梁高差每增加1 mm，應(yīng)力峰值增加6 MPa，橫梁應(yīng)力對起吊不同步非常敏感。對于箱型截面橫梁高差每增加1 mm，應(yīng)力峰值增加3.7 MPa，橫梁應(yīng)力對高差也非常敏感，過大的高差將導(dǎo)致橫梁損傷。

另一方面，對于吊點反力，工字型截面橫梁對應(yīng)節(jié)段和箱型截面橫梁對應(yīng)節(jié)段分別在高差達(dá)到7 mm和6 mm時，即出現(xiàn)了單排吊點脫空的現(xiàn)象，其結(jié)果是導(dǎo)致同側(cè)的另一排吊點反力急劇增加，單吊點支反力達(dá)90.5 t和105.2 t。如將單排吊點脫空作為控制條件，則對左右幅橋面吊機(jī)的起吊同步性提出了很高要求。

綜上所述，帶橫梁標(biāo)準(zhǔn)梁段整體吊裝，對兩臺橋面吊機(jī)的同步性要求高，控制難度較大；為避免高差引發(fā)各吊點拉力變大可能導(dǎo)致的永久結(jié)構(gòu)受損，需對吊具進(jìn)行設(shè)計，使得同一側(cè)的鋼箱梁4個吊點在起吊過程中能實現(xiàn)自平衡[3]。

1.2 橫梁施工階段受力分析

根據(jù)設(shè)計理念，橫梁僅傳遞橫向四索面內(nèi)、外側(cè)索力的橫向不平衡力，理論上不承受彎矩和剪力，為了比較整體安裝和分幅安裝兩個方案對橫梁受力的影響，分別對整體安裝和分幅安裝進(jìn)行施工階段分析，對安裝階段和成橋階段的橫梁內(nèi)力進(jìn)行比較。

橫梁的內(nèi)力對比結(jié)果如圖4所示。由于篇幅所限，列出結(jié)果為單個塔側(cè)1/2跨范圍內(nèi)橫梁內(nèi)力結(jié)果，其中橫梁編號為奇數(shù)對應(yīng)的是H型鋼橫梁，偶數(shù)對應(yīng)的是箱形截面橫梁。

圖4 橫梁內(nèi)力對比圖Fig.4 Comparison of theinternal force in cross beams

通過上述結(jié)果可以看出，橫梁施工階段和成橋階段對應(yīng)的軸力和剪力與施工方法相關(guān)較小，整體吊裝和分幅吊裝主要影響的是橫梁的彎矩，采用分幅吊裝，橫梁施工階段和成橋的彎矩均較整體安裝小，更符合橫梁僅承受斜拉索橫橋向水平分力的設(shè)計意圖，對橫梁受力更有利，因此，從橫梁受力角度看，分幅安裝是更優(yōu)方案[4]。

2 施工方法綜合比選

結(jié)合以上對節(jié)段起吊過程的受力分析比較以及橫梁施工過程受力比較，對整體安裝和分幅安裝兩種方案比選如表2所示。

表2 方案比選Table 2 The comparison and selection of the methods

通過對比研究可以看出，分幅安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁是更優(yōu)方案。

3 結(jié)語

從施工角度看，永久橫梁受力的弱化有助于懸吊施工時分別調(diào)整左、右幅橋面的索力和線形（縱、橫向），也有助于在主梁匹配安裝過程中，實現(xiàn)吊裝梁段與已成梁段的端口對接。因此，嘉紹大橋標(biāo)準(zhǔn)梁段懸臂拼裝采用左、右幅箱梁與橫梁單獨吊裝的施工方法，5~6 d即可實現(xiàn)一個吊裝循環(huán)，施工工效較為理想，施工精度均滿足規(guī)范要求。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司.嘉興至紹興跨江公路通道嘉紹大橋施工圖設(shè)計[R].北京：中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，2010.CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing design of Jiaxing-Shaoxing River-Crossing Bridge[R].Beijing:CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.,2010.

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[4]林道錦，王仁貴，孟凡超，等.嘉紹大橋鋼箱梁的設(shè)計與施工[M].北京：人民交通出版社，2011.LINDao-jin,WANGRen-gui,MENGFan-chao,et al.Design and construction of steel box girder for Jiaxing-Shaoxing River-Crossing Bridge[M].Beijing:China Communications Press,2011.