新洋港斜拉桥钢桁梁合龙精度敏感性分析

2019-10-18程晓毛

铁道建筑 2019年9期

程晓毛

（中国铁路上海局集团有限公司建设部，上海 200071）

1 工程概况

徐州—宿迁—淮安—盐城铁路盐城特大桥新洋港斜拉桥位于盐城市亭湖区新洋港与通榆河汇流的喇叭口处，东临通榆河，西临既有新长铁路。该桥与既有铁路线间距最小22 m，最大95 m，接近正交跨越新洋港（右前夹角104°），跨越处新洋港河面宽度约240 m。徐宿淮盐铁路盐城特大桥自1029#墩—1034#墩（D2K326+794.06—D2K327+444.66）布置5 跨连续钢桁梁斜拉桥，跨越新洋港航道，南北两侧对称布置，跨度为（72+96+312+96+72）m。连续钢桁梁斜拉桥为双线铁路桥，桥跨长650 m，采用梁塔分离、半漂浮体系［1-2］。桥跨布置见图1。

图1 桥跨布置（单位：m）

2 钢桁梁合龙总体方案

合龙杆件在工厂内按照设计图纸加工。利用合龙口两端斜拉索索力调整、桥面临时压重的方法调整合龙口前端下挠及转角，并将塔梁固结释放，通过顶拉装置及温差调整钢梁纵向偏差。同时，利用在合龙杆件上设置合龙销孔、上下游杆件对拉等辅助措施实现钢梁精确合龙［3-4］。钢桁梁合龙工艺流程见图2。

图2 钢桁梁合龙工艺流程

3 技术难点

新洋港斜拉桥钢桁梁合龙受内力、线形、稳定性、温度、外荷载的变换等影响存在诸多难点，具体表现在以下方面［5］：

1）钢桁梁的刚度大。新洋港斜拉桥为三角桁架结构，其主弦杆和部分斜杆采用尺寸较大的箱形截面，正交异性桥面板与主桁共同受力。受到外力作用后，钢梁产生的变形较小，整体刚度较大，因此合龙时其姿态调整难度增大。

2）影响合龙点空间坐标的因素多。x方向（纵向）即钢梁长度方向上的坐标值变化受钢梁制造、安装偏差、索力及温度的影响；z方向（竖向）坐标值的变化受到安装荷载、索力及日照的影响；y方向（横向）坐标值的变化受钢梁安装顺序、起吊荷载及日照的影响。因此，x，y，z三个方向相互制约，导致难以控制合龙点的位置。

3）钢梁合龙处对应点多。在合龙处一共有4根弦杆和2 根斜腹杆。合龙时要求6 个点均能精确对位，施工控制难度大。

4）温度影响大。施工时悬臂长度较大的钢梁受日照影响易发生平面弯曲变形。此外，温度引起的伸缩量也较大，影响施工精度。

5）合龙精度要求高。合龙点采用直径为33 mm的栓孔，按照设计图一次性成孔，再用直径为32.85 mm的冲钉打入栓孔，精度要求高，施工难度大。

4 钢桁梁合龙精度敏感性分析

4.1 合龙口状态预测

采用MIDAS/Civil有限元分析软件对合龙工况进行仿真分析，预测合龙口状态［6］。合龙口模型如图3所示。

图3 合龙口模型示意（左侧为北岸，右侧为南岸）

计算结果表明，合龙口横向偏差1.9 mm，竖向偏差22.4 mm，纵向偏差24.8 mm，不满足设计要求。

4.2 主塔横梁处纵移敏感性

北岸1031#墩顶部设置纵移系统，北岸解除塔梁固结，南岸暂不解除，分别施加500，1 000，1 500，2 000 kN顶推力，北岸合龙口A点和D点x方向、z方向位移变化曲线见图4。x方向正值表示北岸指向南岸，反之为负；z方向向上为正值，向下为负值［7］。可见：当北岸塔梁固结释放后，随着对顶荷载的变化，合龙口x方向敏感性较强，而z方向受到的影响较小；对顶荷载不考虑摩擦力，对顶装置设计时要考虑这部分荷载［8］。

图4 合龙口x，z方向位移变化曲线

4.3 合龙口顶拉敏感性

合龙口两侧下弦处设置顶拉装置，北岸、南岸解除塔梁固结，分别施加 500，1 000，1 500，2 000 kN 对顶力、对拉力。北岸合龙口A，D点和南岸合龙口A'，D'点x方向位移变化曲线见图5。可见：当塔梁固结释放后，随着对顶或对拉荷载变化，合龙口x方向敏感性较强；对顶或对拉荷载不考虑摩擦力，对顶或对拉装置设计时要考虑这部分荷载值。

图5 合龙口x方向位移变化曲线

4.4 斜拉索敏感性

北岸解除塔梁固结，南岸暂不解除，分别对北岸12 号拉索、南岸10 号拉索索力增大或减小5%，10%，20%，30%。北岸合龙口A，D点和南岸合龙口A'，D'点z方向、x方向位移变化曲线分别见图6、图7。

图6 合龙口z方向位移变化曲线

图7 合龙口x方向位移变化曲线

由图6、图7可见：当北岸塔梁固结释放后，随着索力值变化，合龙口z方向敏感性较强，而x方向影响较小。

4.5 配重敏感性

分别在南北岸合龙口设置配重50，100，200，300 kN，北岸塔梁固结解除，南岸不解除。北岸合龙口A，D点和南岸合龙口A'，D'点z方向、x方向位移变化曲线见图8。

图8 合龙口z，x方向位移变化曲线

由图8可见：当塔梁固结释放后，随着配重变化，合龙口z方向敏感性较强，而x方向除开始50 kN 配重情况变形约10 mm之外，其他工况下影响均较小［9］。

4.6 上下游对拉敏感性

在合龙口上下游采用导链对拉主要用于调节横向偏差，分别施加 100，200，300，400 kN 拉力，北岸解除塔梁固结，南岸暂不解除。北岸合龙口A，D点和南岸合龙口A'，D'点x方向、y方向位移变化曲线见图9，图中y方向北岸侧为正，反之为负。

图9 合龙口x，y方向位移变化曲线

由图9可见［10］：当塔梁固结释放后，随着上下游对拉荷载总值变化，合龙口y方向敏感性强，而x方向受到的影响较小。

5 成桥状态

钢桁梁在合龙前，对合龙口处3 个方向的线形进行连续观测，并将主桥线形与理论值进行对比。按照安装顺序，依次将合龙口的相应杆件安装就位，通过对应措施调整钢梁轴线偏差，将合龙口相对偏差控制在5 mm 以内。待合龙口偏差调整到满足合龙要求后，按照先下弦、再上弦、最后合龙斜杆的顺序依次完成各合龙口的合龙，合龙完成后再依次安装桥面系、上平联及横联。合龙完毕后，斜拉索边跨实测索力值与理论索力值对比见图10，斜拉索跨中实测索力值与理论索力值对比见图11。可见，实测索力值与理论索力值基本一致，成桥状态良好。

图10 边跨索力实测值与理论值对比

图11 跨中索力实测值与理论值对比

6 钢桁梁合龙精度控制方法

钢桁梁合龙时，当结构的受力在许可范围内才能保证结构产生的变形和挠度不会过大，从而保证合龙安全。施工时须尽量消除桥梁结构变形的影响。

为了保证桥梁顺利施工，须要定期合理地监控测量，系统地掌握关键观测点数据，分析各断面的内力与变形情况。通过自适应控制系统对测量的数据和理论计算的数据进行对比，运用计算机模拟仿真技术对相应参数进行识别和调整，准确计算下一阶段的标高，最终实现合龙口相对偏差控制在指标以内，达到跨中高精度无应力合龙目标［9-10］。