杜韜　張旭　趙李強

摘要：剛性鉸的布置可以大幅度降低主梁和橋塔彎矩，降幅與各梁與塔之間的支撐形式以及斜拉索布置有關(guān)；局部合理的加勁板布置可以實現(xiàn)和保證剛性鉸在鋼箱梁中的穩(wěn)定工作。文章以嘉紹大橋為例，分析了多塔斜拉橋鋼箱梁中設(shè)置剛性鉸的方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：多塔；斜拉橋；鋼箱梁；設(shè)置剛性鉸

引言

隨著橋梁技術(shù)的不斷革新，對橋梁的跨越能力及惡劣條件適應(yīng)性要求越來越高，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的主梁以其自重小、抗風(fēng)穩(wěn)定性好、抗扭剛度高、方便施工等優(yōu)點在長大橋梁中被越來越多采用。然而由于長箱鋼主梁結(jié)構(gòu)溫度變形對索塔及基礎(chǔ)的受力影響大，傳統(tǒng)主梁構(gòu)造已經(jīng)無法較好適應(yīng)超大跨度的結(jié)構(gòu)體系和一些特殊的建設(shè)環(huán)境。長主梁的溫度變形問題已成為制約橋梁跨越能力提高的因素之一。為科學(xué)合理地解決長主梁溫度變形問題，文章以嘉紹大橋項目為例，采用兩幅主梁在全橋跨中處設(shè)剛性鉸裝置的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)，并對其進行研究和實踐。

1工程概況

嘉紹大橋位于浙江省的某特大型多塔斜拉橋。它北起嘉興市海寧市，南接紹興市上虞區(qū)，本橋為浙江省嘉興至紹興跨江公路通道中跨越錢塘江的一座特大型橋梁。是沈陽至?？诟咚俟分谐Ｅ_高速（G15w）的重要部分，是該高速公路跨越錢塘江的關(guān)鍵通道。此大橋北接嘉興至蘇州高速公路、滬杭高速公路、杭浦高速公路等通往上海和蘇南地區(qū)，并通過建成的江陰長江大橋和蘇通長江大橋連接蘇北，是縱向連接長江三角洲南北兩岸的重要通道，也是國家高速公路網(wǎng)中非常關(guān)鍵的一個節(jié)點。大橋的建設(shè)對于進一步完善我國干線公路網(wǎng)絡(luò)，加快我國和浙江省高速公路網(wǎng)的建設(shè)，促進長江三角洲交通一體化等具有重要意義。

為科學(xué)合理地解決長主梁溫度變形問題，嘉紹大橋采用兩幅主梁在全橋跨中處設(shè)剛性鉸裝置的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)體系。剛性鉸釋放主梁兩端的縱向相對線位移，約束主梁轉(zhuǎn)角和剪切位移，在滿足受力要求的同時又能確保行車的舒適性。剛性鉸上方設(shè)有1360伸縮縫將主梁分為兩聯(lián)，每聯(lián)為一個三塔斜拉橋。

2剛性鉸設(shè)置方案

相對于國內(nèi)外其它大跨斜拉橋，本多塔斜拉橋主橋及引橋主要有以下三大構(gòu)造特點：

一是，嘉紹大橋所處的錢塘江水域具有特殊的建設(shè)條件，為適應(yīng)河床擺幅的要求，主航道橋采用70+200+5x428+200+70=2680m的分幅式四索面六塔斜拉橋。由于鋼箱梁長度大，主梁的溫度變形對索塔及基礎(chǔ)的受力影響大，傳統(tǒng)構(gòu)造無法適應(yīng)這種多塔斜拉橋體系和嘉紹大橋特殊的建設(shè)環(huán)境。因此，為解決主梁在溫度影響下的縱向變形問題，在主航道橋橋跨跨中安裝了剛性鉸裝置。剛性鉸裝置的主要作用是釋放主梁兩端巨大的縱向相對位移，還可以約束主梁轉(zhuǎn)角和剪切變形，既可以滿足受力要求又可以保證行車的舒適性。剛性鉸上方設(shè)置了伸縮縫從而將主梁一分為二，變成兩聯(lián)，每聯(lián)為一個三塔斜拉橋。

二是，由于橋址區(qū)錢江涌潮是世界難得的自然奇觀，為了不破壞這種自然景觀，大橋結(jié)構(gòu)的阻水面積需控制在5%以內(nèi)。為此，結(jié)合阻水面積的要求及潮強流急、涌潮洶涌的實際水文狀況，兩岸位于水中的引橋部分的下部結(jié)構(gòu)采用單樁獨柱的結(jié)構(gòu)形式。單樁獨柱基礎(chǔ)無承臺施工工序，有效的規(guī)避了施工風(fēng)險，降低結(jié)構(gòu)阻水面積。

三是，為解決多塔斜拉橋整體豎向剛度小的問題，主航道橋主梁設(shè)計采用在索塔縱向兩側(cè)間距46m設(shè)置豎向支座，同時在各個索塔處設(shè)置“x”型托架。

3大橋跨中剛性鉸結(jié)構(gòu)

3.1大橋剛性鉸結(jié)構(gòu)的作用

本多塔斜拉橋主航道橋六塔七跨，為四索面斜拉橋，主梁形式為鋼箱梁，總長達到了2680m。因其主梁較長，溫度引起的縱向相對位移非常大，變形問題嚴重。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)的合理受力和結(jié)構(gòu)整體安全，解決好溫度變形問題就顯得至關(guān)重要。為有效解決主航道橋在溫度影響下的巨大變形所產(chǎn)生的問題，大橋在中塔之間的連間跨中位置設(shè)置了剛性鉸裝置，其構(gòu)造如下：剛性鉸使大橋在聯(lián)間跨中位置一分為二，裝置的基本構(gòu)造是在一側(cè)的鋼箱梁梁內(nèi)安裝小箱梁，小箱梁一端固在外部鋼箱梁上，另一端自由移動，其形式類似桌子中的抽屜一般。剛性鉸裝置的主要構(gòu)件主要有以下幾種：剛性鉸小箱梁、小箱梁固定端、外部大箱梁以及安裝于剛性鉸小箱梁外側(cè)的剛性鉸特制豎向和側(cè)向支座。

3.2剛性鉸小箱梁構(gòu)造

剛性鉸分為J1、J2、J3類三個梁段類型（參見圖1），每個梁段均包含左右兩幅箱梁和一個箱形橫梁。J1類類梁段包括小箱梁固定端以及箱形橫梁等相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)造；J2類梁段包括剛性鉸小箱梁、小箱梁外套大箱梁以及箱形橫梁等構(gòu)造；小箱梁的檢修區(qū)在J3類梁段。J1和J3類梁段的單幅梁段兩側(cè)腹板還設(shè)有斜拉索錨箱，J2類梁段為Z5和Z6塔之間的合龍梁段。為分散剛性鉸受力，單幅橋的外套箱梁內(nèi)部設(shè)有橫向?qū)ΨQ的兩個小箱梁，中心間距7.9m。分離的兩個小箱也有利于剛性鉸的整體抗扭。小箱梁位于12類梁段，全長10.8m，梁高2.0m，一端通過高強螺栓固定在固定端大箱梁橫隔板上，另一端自由。小箱梁斷面形狀為近八邊形。小箱梁兩端受力點處四周與大箱梁之間設(shè)置支座，其中頂?shù)装甯鲀蓚€，側(cè)向各一個。頂?shù)装逯ё幮∠淞簝?nèi)各設(shè)置5道間距375mm的橫隔板，小箱梁跨中處設(shè)置一道橫隔板。加勁肋在支座橫隔板處斷開，以保證支座橫隔板的整體受力。小箱梁將固定端梁段的豎向彎矩、橫向彎矩以及扭矩轉(zhuǎn)換成四周支座反力并傳遞給外套大箱梁，以實現(xiàn)力的傳遞。小箱梁兩端支座中心縱向間距為8.0m。

3.3小箱梁固定端構(gòu)造

剛性鉸小箱梁固定端構(gòu)造位于J1類梁段，其作用是把小箱梁根部的彎矩和剪力傳遞到大箱梁項底板上。構(gòu)造設(shè)計的主要思路是將小箱梁的主要受力板件（即頂?shù)装寮案拱澹┭由熘凉潭ǘ舜笙淞簝?nèi)部，小箱梁延伸段內(nèi)側(cè)設(shè)置三角形加勁板與小箱梁加勁肋對應(yīng)，同時在小箱梁延伸段的頂?shù)装逋鈧?cè)設(shè)置梯形加勁板并與大箱梁頂?shù)装逑噙B。腹板外側(cè)設(shè)置梯形加勁板并與固定端大箱梁縱隔板相連，這樣小箱梁頂?shù)赘拱宓膽?yīng)力通過加勁板和縱隔板可順利傳遞到大箱梁頂?shù)装?，同時又能保證小箱梁和大箱梁剛度順利過渡。此外，剛性鉸小箱梁與外套大箱梁之間的相對滑動通過設(shè)置剛性鉸特殊支座來完成。

4剛性鉸方案效果及評價

設(shè)置于鋼箱梁內(nèi)的剛性鉸應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，合理的板件布置是保證剛性鉸正常工作的關(guān)鍵。對于多塔斜拉橋等多跨長聯(lián)超靜定橋梁結(jié)構(gòu)，設(shè)置剛性鉸可使得主梁軸力明顯降低；當主梁與橋墩固結(jié)或約束剛度較大時，主梁和橋塔彎矩會明顯降低，當主梁與橋墩鉸接或約束剛度較小時，主梁和橋塔彎矩不會有明顯影響。嘉紹大橋中設(shè)置剛性鉸，主梁支座位置處彎矩最大降幅發(fā)生在次邊塔與主梁的連接位置；邊主塔和次邊塔的索塔彎矩降幅明顯，與主梁直接設(shè)置水平約束的次邊塔塔底截面降幅最突出。嘉紹大橋中剛性鉸局部結(jié)構(gòu)的危險位置位于活動端大箱梁支座附近和小箱梁支座附近。在滑動端支座附近設(shè)置雙片加密型橫隔板及加勁板、在小箱梁支座附近設(shè)置5片加密型橫隔板，可以保證支座承力板將豎向力有效傳遞。且剛性鉸的滑動對其自身受力的影響是微小且平穩(wěn)的。

結(jié)束語

綜上所述，分幅式多塔斜拉橋剛性鉸安裝工法為我國橋梁建設(shè)施工提供了大量技術(shù)數(shù)據(jù)和寶貴資料。同時，其中的新理念，新技術(shù)，新工藝，具有很高的科技含量，它在嘉紹大橋的成功實施，將有助于推廣剛性鉸結(jié)構(gòu)在超長鋼箱梁斜拉橋方面的應(yīng)用，提升我國建橋水平。并為今后其它類擬項目的施工方案選擇、施工過程控制及施工管理提供寶貴的經(jīng)驗。