李林新

廣東榮駿建設(shè)工程檢測股份有限公司，廣東 廣州 510380

1 工程概況

進(jìn)賢門特大橋主橋采用38m+50m+210m+50m+38m飛燕式無推力鋼箱系桿拱橋，契合了“印象進(jìn)賢、水上蓮花”景觀主題，橋型立面如圖1所示，其中主拱、三角鋼架、花瓶式橋墩均充滿美觀元素。主橋主孔跨徑為210m，矢高約52.5m，矢跨比為1/4，懸鏈線拱軸系數(shù)為1.25，拱肋豎直面布置，兩拱肋水平間距為34.1m。鋼拱肋采用等高度的箱型截面，單拱肋19個節(jié)段，頂?shù)装搴?2～44mm，腹板厚28～36mm。拱肋采用5道鋼橫撐連接。主橋吊桿采用整束擠壓式27-?15.24、19-?15.24環(huán)氧噴涂鋼絞線拉索，HDPE護(hù)套（上端為整束擠壓錨頭、下端為穿銷鉸錨點），共32根吊桿，縱向間距為10.20m。采用單箱三室的流線型鋼箱梁，中心高3.5m，全長173.9m，橋面總寬44.9m。主橋墩為矩形狀，縱向8.5m、橫向3.8m，前后斜腿采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

圖1 橋型立面圖

2 施工階段劃分

根據(jù)設(shè)計圖紙與專項施工方案，將進(jìn)賢門特大橋主橋施工總工序劃分為19個施工監(jiān)控階段，如表1所示。

表1 施工階段劃分及內(nèi)容

3 計算模型

3.1 仿真計算假定

采用空間有限元程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散分析，對主橋施工全過程進(jìn)行模擬。模型采用梁單元模擬鋼箱梁、橋墩、樁基礎(chǔ)，共劃分1518個節(jié)點、1872個單元。靜力計算模型如圖2所示。

（1）截面模擬。①拱肋截面采用鋼箱截面模擬，考慮箱梁內(nèi)加勁肋。②鋼箱梁截面模擬：典型鋼箱梁截面采用鋼箱截面模擬，考慮箱梁內(nèi)加勁肋的作用，考慮截面橫坡。③混凝土梁截面模擬：由于橋面過寬，預(yù)應(yīng)力鋼束配置根據(jù)各腹板區(qū)別配置；且混凝土三角鋼架拱肋與梁體相連，為了準(zhǔn)確模擬實際受力，混凝土截面采用梁格方式拆分主梁，兩側(cè)系桿拆分為2根主梁，中間箱梁作為1根主梁進(jìn)行模擬。根據(jù)彎矩分配法，調(diào)整各截面的抗彎剛度，計算截面間的橫向傳遞作用，保證截面抗彎剛度基本一致。④橋墩和樁基模擬：利用變截面擬合橋墩截面變化，根據(jù)實際集合尺寸模擬橋墩、承臺及樁基。

（2）邊界模擬。①邊界條件處理：三角鋼架采用滿堂支架分段澆筑；主拱肋采用少支架吊裝拼接。②成橋階段：墩底固結(jié)，利用節(jié)點彈性支撐模擬樁土約束效應(yīng)；邊跨設(shè)置約束y、z方向；掛梁設(shè)置彈性連接，模擬支座剛度。

（3）荷載模擬。①自重：計算結(jié)構(gòu)實際重量，根據(jù)單元結(jié)構(gòu)尺寸、材料容重，自動計入程序中。對于鋼箱梁中截面無法模擬到的橫隔板等系列鋼板，采用集中荷載施加在相應(yīng)位置。②溫度：利用程序自動系統(tǒng)升降溫模擬結(jié)構(gòu)整體溫差的效應(yīng)；對于非線性溫度，考慮混凝土梁非線性溫度的效應(yīng)值。③風(fēng)荷載：按《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）第3.1條規(guī)定考慮。④景觀廊橋荷載：上部設(shè)計有景觀設(shè)施，轉(zhuǎn)換成集中力荷載施加在相應(yīng)位置。

3.2 參數(shù)計算

（1）計算單元。①主拱肋：用梁單元模擬，計入預(yù)應(yīng)力荷載和P-Δ效應(yīng)。②主梁：用梁單元模擬，計入預(yù)應(yīng)力荷載和P-Δ效應(yīng)。③橋墩：用梁單元模擬，計入P-Δ效應(yīng)。④吊桿：用桁架單元模擬，計入彈性模量折減。⑤系桿：用桁架單元模擬，計入彈性模量折減。

（2）材料。依據(jù)相關(guān)設(shè)計指標(biāo)及相關(guān)規(guī)范采用。

（3）荷載。一期恒載：主梁、主拱肋、三角鋼架、吊桿、風(fēng)撐等材料自重，按實際斷面計取重量。二期恒載：橋面鋪裝、護(hù)欄、水管等附屬設(shè)施重量，合計148.1kN/m。基礎(chǔ)沉降（模型已計入樁基及墩身彈性變形）：邊墩及過渡墩0.005m，主墩0.01m。汽車荷載：公路-Ⅰ級、8車道。溫度作用：系統(tǒng)溫度升25℃，降25℃，鋼箱梁截面的梯度溫差按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）的有關(guān)規(guī)定計算。收縮徐變：按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362—2018）附錄F計算，其中年平均相對濕度RH為55%，收縮徐變計算至成橋通車后10年。風(fēng)荷載：橋面風(fēng)V10=25m/s、百年風(fēng)V10=39.4m/s，各構(gòu)件（鋼箱梁、拱肋、吊桿、墩）風(fēng)荷載按《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3360-01—2018）的相關(guān)規(guī)定計算。

3.3 測點布設(shè)方案

主橋施工監(jiān)控測點布設(shè)如下：（1）主梁撓度測點截面13個，各截面3個撓度測點，共39個測點；應(yīng)力測點截面9個，各截面6個應(yīng)力測點，共54個測點。（2）拱肋撓度測點截面9個，各截面2個撓度測點（拱肋頂面各1個），共18個測點；拱肋應(yīng)力測點截面9個，各截面4個應(yīng)力測點（拱肋頂?shù)酌娓?個），共36個測點。（3）推力墩變形坐標(biāo)測點截面共2個，各截面1個變形坐標(biāo)測點，共2個測點；推力墩應(yīng)變測點截面共2個，各截面4個應(yīng)變測點，共8個測點。

3.4 監(jiān)控計算特點

該項目監(jiān)控計算采用三種方法相結(jié)合來實現(xiàn)各施工階段和成橋狀況下的最優(yōu)化控制目標(biāo)。（1）逆向施工仿真分析。采用逆向施工仿真分析確定的施工參數(shù)為拱肋無應(yīng)力下料長度、拱肋初始拼裝線形、吊桿及系桿下料長度、主橋預(yù)拱度等。（2）正裝分析。根據(jù)主橋施工方案進(jìn)行逐節(jié)段計算分析，每一節(jié)段的結(jié)構(gòu)形式、邊界、荷載等都在變化，可在前一節(jié)段結(jié)構(gòu)狀態(tài)的基礎(chǔ)上分析本次施工節(jié)段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。（3）優(yōu)化分析。利用超靜定結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力的可調(diào)性，定義一個特定的性能指標(biāo)函數(shù)對主橋吊桿張拉順序及張拉力、箱內(nèi)系桿張拉順序及張拉力進(jìn)行內(nèi)力優(yōu)化分析。

4 計算結(jié)果分析

案例主橋施工工序繁雜，但施工工法成熟可靠。在經(jīng)過對施工全過程的推導(dǎo)、模擬計算后，主要針對鋼拱肋和鋼箱梁的結(jié)果進(jìn)行如下說明：（1）主拱拼裝結(jié)束前采用支架施工，該階段只要控制好支架預(yù)壓工序，消除支架的非正常變形，就可為拱肋的合攏拼裝創(chuàng)造有利條件。在這前部分過程中，拱肋處于無應(yīng)力狀態(tài)，主梁未進(jìn)行施工。（2）主拱臨時系桿張拉后，拆除支架，由兩端向跨中逐段吊裝主跨吊桿及鋼箱梁，從CS13～CS19的全過程中，拱肋逐步開始承擔(dān)主梁、吊桿、景觀實施、二期荷載等自重荷載的作用。根據(jù)計算得到，該過程中主拱肋應(yīng)力值在-73.50～38.30MPa，滿足規(guī)范要求；鋼拱肋拱頂截面的最大撓度計算值為-69.83mm，屬正常范圍。（3）鋼箱梁在逐步拼裝焊接后，陸續(xù)承受相鄰節(jié)段及二期荷載的自重作用，鋼箱梁應(yīng)力值在-7.87～4.47MPa，均小于容許值，滿足規(guī)范要求。（4）主橋配套景觀設(shè)施結(jié)束后，鋼箱梁在運營階段承載能力極限狀態(tài)下的最大應(yīng)力值為30.36MPa，主拱肋在運營階段承載能力極限狀態(tài)下的最大應(yīng)力值為216.8MPa，均小于容許值，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

進(jìn)賢門特大橋是一座融合了地方文化底蘊的景觀大橋，橋梁設(shè)計新穎且美觀，設(shè)計理論成熟，施工安全可靠，為市政大跨度景觀橋梁建設(shè)提供了參考。筆者采用有限元分析軟件對進(jìn)賢門特大橋主橋的全部工序進(jìn)行模擬計算，對主控截面的撓度及應(yīng)力、運營狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行了計算分析。結(jié)果表明，主橋所采用的施工方案安全可行，運營狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力合理，計算結(jié)果可作為指導(dǎo)現(xiàn)場監(jiān)控測量工作的依據(jù)。