严平

摘 要：台州湾跨海大桥通航孔桥钢混叠合梁采用两节段一张拉施工工艺，文章以此工程为实例，选取梁段吊装作业过程中的代表性节段进行了理论建模计算及应力元件监测，对各施工状态下面板应力情况及变化趋势进行整理和分析，归纳出梁段施工过程中面板受荷的最不利工况及应力变化的一般性规律，为其它同类型叠合梁施工提供参考。

关键词：钢混叠合梁 建模计算 应力监测

1.工程背景

台州湾大桥为双塔双索面钢混组合梁斜拉桥，桥跨布置为85m+145m+488m+145m+85m，主桥全长948m，边中跨比0.471，边跨设辅助墩。斜拉索采用空间双索面布置，梁端标准索间距为10.5m，边跨靠近尾索区索间距为8.4m。

结构体系采用5跨连续半漂浮体系，在索塔处设置竖向支座和横向抗风支座，辅助墩墩顶设置竖向支座，过渡墩墩顶设置竖向支座及横向抗风支座。

主梁采用PK式流线形扁平钢箱组合梁，钢梁外侧设置风嘴。主梁含风嘴全宽38.5m，不含风嘴宽度为34m；中心梁高为3.5m，其中钢梁中心线梁高3.1m。桥面板采用混凝土板。主跨标准节段长10.5m。主跨标准节段每隔3.5m设一道实腹式横隔板，箱梁设4道内外腹板，均为直腹板。桥面板标准厚度为28cm，在钢梁顶板和横隔板处加厚至40cm；为了减小边跨箱内压重量，小边跨的桥面板均采用40cm厚。为避免在运营阶段桥面板出现拉应力，在中跨跨中及边跨区域各布置30根15～12预应力钢绞线。为满足现场施工需要，梁段吊装采用“两节段一张拉”工艺，即依次吊装晚场两个相邻梁段后再一次性张拉2个梁段顶板的纵向钢绞线。

2.建模分析

本部分采用大型通用有限元软件ABAQUS对施工过程中的部分主梁节段进行数值模拟，来研究混凝土桥面板的受力特点。选取中跨1#～4#梁段梁段进行建模分析。

桥面板采用实体单元模拟，钢梁及钢锚箱采用殼单元模拟，由于锚垫板较厚（80mm或100mm），为了更准确地模拟锚垫板的受力状态，采用实体单元进行模拟，剪力钉采用梁单元模拟，预应力钢束采用桁架单元模拟。有限元模型中主梁节段的各部位采用的单元类型及数量见表1。

组合梁节段外部边界条件为一端固结，另一端为悬臂自由端。由于主梁两侧沿桥梁中心线对称，为了提高计算效率，建模时只建立主梁一半宽度的模型，并在主梁对称面处施加“对称”边界。

钢梁与混凝土桥面板界面的相互作用采用切向摩擦（摩擦系数为0.3）、法向硬接触；剪力钉与钢梁之间采用“绑定”约束；剪力钉与混凝土之间及预应力钢束与混凝土之间的相互作用采用“埋入”约束；锚垫板与锚箱接触面采用“绑定”约束。

计算按施工步骤分5个工况进行：工况一为吊装4#节段；工况二为4#斜拉索第一次张拉；工况三为浇筑3#、4#节段工地湿接缝、张拉桥面板预应力束；工况四为桥面吊机前移、4#斜拉索第二次张拉；工况五为吊装5#节段。计算结果如表2所示。

3.面板应力监测

为对叠合梁面板在各工况下的应力情况进行采集和分析，在南岸Z4主塔侧中跨9#、10#及11#梁段顶面按应变花布置应变应力测试元件。

南岸Z4#主塔侧主梁9#节段边箱测点的安装工况为10#斜拉索张拉完毕，11#节段吊装之前。监测工况为后续节段的吊装和斜拉索二次张拉。如图1所示，监测数据显示，在所监测的11#～13#节段的施工过程中，上下游监测的应力变化情况相似，11#吊装工况，出现了受拉情况，11#斜拉索二张和12#吊装工况，监测区域斜向应力状态仍然受拉，拉应力未达到混凝土抗拉强度。

4.计算及监测结果总述

从建模理论计算及应力测试元件采集应力数据显示，叠合梁面板顶面应力呈现如下几个规律：

（1）叠合梁面板在总个施工过程中的各个施工工况下有拉应力存在的情况，且局部地区特殊工况下拉应力超过混凝土容许拉应力值，存在开裂的风险，需采取其它辅助措施降低面板在施工阶段的拉应力；

（2）主梁面板应力受梁段拼装及斜拉索二张影响较明显，吊梁工况下面板顶面压应力减小、拉应力增大；斜拉索二张工况下面板顶面压应力增大、拉应力减小；

（3）已安装梁段面板顶面压应力储备随着梁段的向前推进逐渐加大，当前梁段前端完成3个梁段吊装及二张后，该梁段面板处于受压状态；

（4）随着梁段悬臂吊装推进，梁段面板顶面应力初始拉应力值呈降低趋势，预计因梁段架梁施工产生裂缝的风险在降低。

5.结束语

综上所述，大跨度钢-混凝土组合梁斜拉桥在施工阶段，混凝土桥面板在轴力、剪力及弯矩的综合作用下可能产生裂缝，从而降低结构刚度，引起内力重分配，严重时甚至影响将影响正常使用。因此，必须要对施工阶段组合梁斜拉桥桥面板在各工况下的应力情况进行分析和监测，以保证桥梁施工安全。

参考文献：

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