广州明珠湾大桥主桥施工整体计算分析

广州明珠湾大桥主桥施工整体计算分析

摘要：随着桥梁建设技术的持续发展，各类复杂环境下大跨度桥梁从设

计图纸到建成通车，其中通过有限元分析软件对前期方案可行性进行研究是至关

重要，必不可少的一步。以广州明珠湾大桥主桥施工为例，建立桥梁施工整体模型，通过计算分析优化施工顺序为：两侧边跨通过顶落梁及纵横移调整合龙后，

从27#、28#主墩向主跨大悬臂架设杆件至跨中合龙口，并在A31、A35、A38节间

钢梁架设完成后依次挂扣索并张拉。待主跨合龙后进行体系转换，拆除扣塔完成

主桥钢梁架设。施工中根据实际监控数据即时调整模型，分析结构是否安全，针

对性调整索力及杆件位置以消除或减少误差，为广州明珠湾大桥的顺利施工提供

了重要的技术支撑。

关键词：连续钢桁拱合龙方案模拟分析施工监控

中图分类号：U445.46 文献标识码：A

1引言

为了给人民出行带来便利，中国大力发展桥梁施工技术，各类桥梁纷纷建成，世界记录不断被刷新打破。随着桥梁跨度的加大，连续钢桁拱桥梁运用越来越多，施工方法日益成熟。桥梁施工人员利用三维有限元软件，建立钢梁整体模型，通

过模拟桥梁在不同施工方案下桥梁受力变形，先确定方案是否可行，后对不同方

案进行比选，确定最安全高效的施工方案。并针对施工重难点进行计算模拟，确

定控制重点。根据分析结果编制专项施工方案，提高施工效率，降低安全风险[1-8]。

以广州明珠湾大桥主桥施工为例，利用Midas Civil三维有限元软件建立桥梁模型，针

对桥梁位于台风频发地带、海上大主跨等不利条件，优化施工方案，设置三个合龙口快速施工，主墩墩顶钢梁、两侧边跨起始节间同步施工、抢在2021年台风到来前主跨合龙完成，

提高施工效率，降低安全风险。

施工全程对钢梁结构进行监测，根据实测数据调整模型，计算调整量，保证钢梁线形在

允许范围内进行施工。通过扣塔设置，边跨压重，吊杆设置等方式，转换受力体系，将测得

监测数据导入模拟软件，找寻消除或减少误差影响的措施，为主跨大悬臂架设、各合龙口顺

利对接，整体施工安全进行作出保障，使得桥梁进入下一步附属结构施工。

图1 广州明珠湾大桥主桥总体布置图

2工程概况

明珠湾大桥位于广州市南沙区，地处台风高发地区。主桥为（96+164+436+164+96+60m）六跨中承式连续钢桁拱结构[9]，主桥总体布置图见上图1。主跨为三主桁钢桁拱梁结构，首

次使用在市政桥梁上，主跨度436m，位于同类型桥梁第一，桥面总宽43.2m，为同类桥梁最

宽桥面。

主桥主墩支座采用双曲面球型减隔震支座，最大竖向设计承载力为120000KN，吨位为

同类型支座最大。在球面支座上首次使用三摩擦副。普通减隔震支座不具备防落梁及防抬梁

的功能要求，本支座首次增加防落梁及防抬梁功能。普通双曲面球型减隔震支座摩擦系数无

法进行不同状态设置，明珠湾大桥主墩支座正常运行摩擦系数小于0.03，而地震摩擦系数可

达到0.06。同时在支座上、下板之间安装位移传感器，克服了现有支座没有实时监测竖向载

荷和相对位移难题。

3施工模拟

上部钢梁施工方案如下：首先架设27#、28#主墩墩顶两节间钢梁，并与墩旁托架固定，然后向主墩两侧不对称双悬臂架设钢梁至边跨合龙口A16和主跨A26节点，等待边跨合龙。

同时两侧边跨从25#墩和31#墩开始在支架上架设起始两节间，逐节间架设至边跨合龙口A15

节点，然后两侧边跨采用顶落梁及纵横移等措施调整合龙口位置，符合要求后进行边跨合龙。

边跨合龙后，进行钢梁整体调整，然后从27#、28#主墩向主跨跨中大悬臂架设杆件至跨中合龙口A38节间。在A31、A35、A38节间钢梁架设完成后依次挂扣索并张拉，用以调整钢梁悬臂挠度。各层扣索布置见图2，张拉后需要测量复核钢梁线形。待A38节间架设完成后通过扣索调整、纵移27#墩侧钢梁及边跨顶落梁等方式进行中跨合龙口姿态调整[10]，符合要求后进行中跨拱、梁合龙，最后进行体系转换，拆除扣塔完成主桥钢梁架设。

图2 主桥扣塔纵桥向断面示意图

先根据施工顺序建立整体桥梁模型，然后按各节间状态、受力情况依次添加荷载工况进行组合，模拟分析钢梁架设中桥梁受力情况，对桥梁整体受力、变形进行分析，为桥梁施工提供技术支持及安全保障。

施工控制重难点主要分为以下几个方面。

3.1边跨钢梁合龙

由27#、28#主墩墩顶两节间（A21-A23）钢梁向边跨架设5个节间钢梁（A21→A16）至边跨合龙口，同时分别由27#、28#墩向中跨架设4个节间钢梁（A23→A27）（钢桁拱架至

A26，系杆梁架至A27）。在临时支墩架设2节间（YA4-YA2），后拼装架梁吊机，吊装两个节间钢梁（YA2→YA0）至31#墩顶，然后调头架设1个节间钢梁至30#墩顶（YA4→YA5）。31#墩顶上桥面进行压重后继续向前架设8节钢梁（YA5→A9）至29#墩顶，二次压重，向前架设6节钢梁（A9→A15）至边跨合龙口。采用顶落梁及纵横移等措施调整合龙口位置，符合要求后进行边跨合龙（A15-A16节间）。

经模拟分析，如上边跨钢梁施工过程中桥梁整体结构稳定，受力在允许范围内。

3.2主跨大悬臂架设

钢梁边跨合龙后，由27#、28#墩向主跨跨中大悬臂架设钢梁直至跨中合龙。主跨采用拱梁同步架设，最大悬臂长度220m。同时为防止减少通航影响，主跨钢梁架设采用桥面运梁方式等，受施工荷载、风载和温度等影响较大。

其钢梁架设顺序为：A27-A32节间（含A26钢桁拱架）钢桁梁架设→第一层扣索安装、张拉→边墩处压重（记为Y2）→A32-A35节间钢桁梁架设→第二层扣索安装、张拉→A35-

A38节间钢桁梁架设→第三层扣索安装、张拉。

扣索张拉拉力及主跨最大竖向位移见表1、表2。

表1各扣索张拉张拉力参数表

表2张拉前后主跨最大竖向位移（向上为正）