杜 洪 亮

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

1 前 言

隨著工程建設(shè)理念的發(fā)展和國家對環(huán)保、水保及涉河構(gòu)筑物的要求日趨嚴(yán)格，跨河橋梁選擇一跨跨河或跨過主河床已成為新的趨勢。業(yè)內(nèi)急需尋找一種跨越能力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。鋼桁架是一種古老的結(jié)構(gòu)型式，在鐵路橋梁工程中的應(yīng)用有著悠久的歷史，近年在公路和市政橋梁中因鋼桁架的獨(dú)特優(yōu)勢應(yīng)用也逐漸增多［1］，但大跨度鋼桁架工程案例有限，對其計(jì)算分析和施工方法的研究可供參考的資料較少。

2 項(xiàng)目概況

某鋼桁架管橋主橋設(shè)計(jì)跨徑為90 m，為一跨跨越主河床，主墩墩高12 m，引橋?yàn)?0 m小跨徑鋼桁架橋，橋?qū)? m，主桁架高度為6.5 m。主桁為栓接的整體節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，節(jié)點(diǎn)外用高強(qiáng)度螺栓拼接。主桁構(gòu)件、端斜桿采用Q355C鋼材，構(gòu)件最大板厚為26 mm。主桁桿件內(nèi)寬均為380 mm。上下弦桿為H截面，上下弦桿件外高420 mm，板厚22～26 mm。腹桿采用H截面形式，為方便現(xiàn)場施工，腹桿與節(jié)點(diǎn)板對拼連接。橋面由縱、橫梁及花紋鋼板組成。行車系下平聯(lián)為交叉型設(shè)置，全橋共設(shè)置多處橋門架。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 計(jì)算參數(shù)

桁架材料：Q355C；荷載：管道及水自重、檢修荷載、二期荷載；溫度作用：整體升溫30℃，整體降溫25℃。

3.2 結(jié)構(gòu)建模

本橋采用橋梁空間分析軟件Midas Civil 2021進(jìn)行分析，各構(gòu)件均采用空間梁單元模擬，其主橋整體計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 鋼桁架整體模型

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（1）上下弦桿。由圖2可知，弦桿承載能力極限狀態(tài)下的最大應(yīng)力為179 MPa，小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖2 上下弦桿應(yīng)力（單位：MPa）

（2）腹桿。由圖3可知，腹桿承載能力極限狀態(tài)下的最大應(yīng)力為130 MPa，小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖3 腹桿應(yīng)力（單位：MPa）

（3）橫梁。由于橫橋向荷載的影響，端橫梁內(nèi)力最大。從圖4可以看出，橫梁最大應(yīng)力為195 MPa，小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖4 橫梁應(yīng)力（單位：MPa）

（4）平聯(lián)。由于本橋?qū)捒绫容^小，平聯(lián)內(nèi)力較常規(guī)鋼桁架結(jié)構(gòu)大，由圖5可知，平聯(lián)最大應(yīng)力為73 MPa，小于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

圖5 平聯(lián)應(yīng)力（單位：MPa）

4 施工方案比選

鋼桁架橋的常規(guī)施工方法包括支架安裝、少支架安裝、整體吊裝、架橋機(jī)安裝、提升架吊裝及頂推安裝等。根據(jù)本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及橋址地形、地貌、水文等情況開展施工方案比選［2］。

（1）起重機(jī)安裝。該法適用于橋墩高度較低、場地堅(jiān)實(shí)平坦、具有充足起吊凈空空間和較大的鋼桁架整體拼裝場地的橋梁工程。本橋引橋非常適合采用該方法，但主跨跨越主河床，河道內(nèi)枯水期水量仍然較大，采用起重機(jī)進(jìn)行整體架設(shè)時(shí)需架設(shè)臨時(shí)橋梁供起重機(jī)使用。

（2）提升架吊裝。提升架設(shè)置于已拼裝完成的鋼桁架上，鋼桁架節(jié)段或構(gòu)件通過便道或起重船運(yùn)至掉點(diǎn)正下方，再用提升架豎直提升就位。本橋位于非通航河道，采用此法需架設(shè)施工便橋。

（3）架橋機(jī)安裝。本方法適用于橋下障礙物較多、起重機(jī)作業(yè)條件不便，且有構(gòu)件整體拼裝和存放場地的項(xiàng)目。本項(xiàng)目橋位的引橋處較平坦，可以使用架橋機(jī)，對于本橋主跨90 m的鋼桁架，沒有此跨度級別的架橋機(jī)成品，且架橋機(jī)自身架設(shè)也需要輔助墩等臨時(shí)措施，因此本橋主橋不適用該方法，引橋可采用此方法。

（4）滿堂支架拼裝。本方法是在梁體正下方搭設(shè)支架，再在支架上拼裝構(gòu)件成橋［3］。該方法需要較長時(shí)間占用橋下凈空，且支架搭設(shè)工作量較大，橋梁側(cè)面需要修建臨時(shí)便道或便橋作為材料運(yùn)輸通道。針對本橋引橋部分可以采用臨時(shí)便道，主跨應(yīng)采用跨河便橋。

（5）少支架拼裝。本方法是在預(yù)拼場地將鋼桁架構(gòu)件拼裝為若干節(jié)段，再在桁架正下方設(shè)置多個(gè)臨時(shí)墩，之后在臨時(shí)墩上架設(shè)桁架節(jié)段，最后將各個(gè)桁架節(jié)段拼裝成整體，成橋后拆除臨時(shí)墩。本法同樣需要修建臨時(shí)便橋。

（6）頂推施工。該方法是在橋頭設(shè)置拼裝平臺，在跨內(nèi)設(shè)置臨時(shí)墩，利用頂推裝置將拼裝平臺上拼裝后的節(jié)段向主跨頂推，直至全部桁架頂推至設(shè)計(jì)位置。橋址的場地條件可以采用本方案實(shí)施。

（7）施工便橋方案探討。根據(jù)既有成熟的施工方案情況，施工本橋需在橋位附近建設(shè)一座臨時(shí)便橋。常規(guī)便橋型式主要有兩類，第一類為需在河道內(nèi)設(shè)置支撐的結(jié)構(gòu)；另一類為浮式便橋。本橋位于城市內(nèi)河上，業(yè)主及河道主管部門要求永久橋梁一跨跨越主河床，且要求最大限度降低施工期對河道的影響。搭設(shè)臨時(shí)棧橋需要在水中設(shè)置樁基，由于施工周期長，樁基很難拆除，且施工污染水土環(huán)境；在水中設(shè)置墩子會(huì)影響水流流態(tài)，造成較大局部沖刷，后期不可修復(fù)。針對嚴(yán)格的環(huán)水保要求，浮橋式便橋是這種情況下的最優(yōu)解決方案，但由于浮橋的橋面高程是由水位直接決定的，當(dāng)水面與橋梁上部結(jié)構(gòu)高差較大時(shí)，無法利用吊機(jī)等設(shè)備對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝施工。根據(jù)本橋的具體情況，推薦采用預(yù)應(yīng)力浮橋支架結(jié)構(gòu)輔助施工。

5 預(yù)應(yīng)力浮橋支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)組成

方案包括浮橋結(jié)構(gòu)、浮橋橋臺、預(yù)應(yīng)力鋼束和張拉臺座等。浮橋結(jié)構(gòu)由若干個(gè)鋼結(jié)構(gòu)桁架首尾鉸接，鋼桁架底部設(shè)置若干浮箱，兩岸的浮橋橋臺與鋼桁架鉸接連接。2個(gè)張拉臺座分設(shè)于兩岸橋臺后方，與張拉臺座連接的預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置于所有浮箱下方。浮橋結(jié)構(gòu)由于浮箱的浮力而漂浮于水面。預(yù)應(yīng)力浮便橋布置見圖6。

圖6 預(yù)應(yīng)力浮便橋布置

5.2 實(shí)施步驟

根據(jù)橋位處的地形及水文條件確定浮橋的跨徑及伸縮裝置位置。按設(shè)計(jì)方案中橋臺位置及張拉臺座（或利用永久橋墩）對相應(yīng)構(gòu)筑物進(jìn)行施工。在張拉臺座之間鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束，在鋼束上架設(shè)浮橋節(jié)段，浮橋節(jié)段間及浮橋節(jié)段與橋臺間設(shè)置伸縮縫及鉸鏈；張拉臺座和浮橋橋臺間設(shè)置軌道，軌道上設(shè)置鋼構(gòu)架，鋼構(gòu)架采用鉸接與張拉臺座和浮橋構(gòu)件連接［4］。使用張拉設(shè)備對預(yù)應(yīng)力鋼束施加拉力，隨著預(yù)應(yīng)力的施加浮橋跨中緩慢向上隆起，直至全部浮橋部分形成向上的曲線，再在張拉預(yù)應(yīng)力的同時(shí)控制與橋頭剛構(gòu)架連接的卷揚(yáng)機(jī)，使得鋼構(gòu)架平穩(wěn)沿著橋臺與臺座之間的軌道向橋臺滑動(dòng)；隨后將鋼構(gòu)架與橋臺進(jìn)行鉸接，形成施工拱架。在此架上繼續(xù)拼接桿件，形成桁架拱，再在拱架頂設(shè)置拱上立柱，立柱上設(shè)置可滑移支座，作為頂推施工的輔助支撐。

5.3 施工要點(diǎn)

（1）張拉臺座后需設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)，浮橋橋臺與張拉臺座的間距需根據(jù)成橋支架的拱軸線參數(shù)確定。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)連接于張拉臺座與浮橋之間的鋼構(gòu)件的臺座端，并設(shè)置張拉錨具。

（3）在浮橋的伸縮縫鉸鏈處設(shè)置連接于浮橋鋼架和預(yù)應(yīng)力鋼束間的張拉引導(dǎo)架，張拉引導(dǎo)架的規(guī)格分布按照預(yù)應(yīng)力張拉過程中浮橋中部先突起，由中間向兩岸依次突起的原則設(shè)置。

（4）在伸縮縫鉸鏈處安裝上下限位鋼板，保證在張拉過程中各節(jié)段僅可向下限位鋼板方向轉(zhuǎn)角，且每個(gè)鉸鏈處的轉(zhuǎn)角均可達(dá)到設(shè)計(jì)角度。

6 頂推施工總體流程

（1）在主跨橋墩附近搭設(shè)主桁架拼裝平臺并安設(shè)頂推系統(tǒng)。

（2）搭設(shè)預(yù)應(yīng)力浮橋支架系統(tǒng)。

（3）逐段頂推鋼桁架。

（4）主跨合龍。

7 結(jié)論及建議

（1）本橋的總體應(yīng)力水平較低，基本可以滿足承載力需求。

（2）本文計(jì)算成果僅為對橋梁結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力水平的宏觀評價(jià)，構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)均應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行詳細(xì)驗(yàn)算。

（3）本技術(shù)也適用于山區(qū)跨越深溝山谷的場地條件。

（4）本方案提供一種頂推施工臨時(shí)墩的新型實(shí)現(xiàn)方式，將臨時(shí)墩的施工轉(zhuǎn)變?yōu)榉汁h(huán)分段的方式進(jìn)行，可節(jié)省工程造價(jià)，保護(hù)周邊環(huán)境，降低施工難度，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。