禹门口黄河公路大桥临时墩设计关键技术

桥梁建设㊀２０２０年第５０卷第４期(总第２６５期)ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬＶｏｌ.５０ꎬＮｏ.４ꎬ２０２０(ＴｏｔａｌｌｙＮｏ.２６５)
(编辑:叶㊀青)
文章编号:１００３－４７２２(２０２０)０４－００８８－０７
禹门口黄河公路大桥临时墩设计关键技术
舒㊀涛１ꎬ２ꎬ黄平明１ꎬ魏家乐２
(１.长安大学公路学院ꎬ陕西西安７１００６４ꎻ２.陕西通宇公路研究所有限公司ꎬ陕西西安７１００１８)摘㊀要:禹门口黄河公路大桥为主跨５６５ｍ双塔双索面钢－混组合梁斜拉桥ꎬ边跨设计无辅助墩ꎮ主梁采用全回转桥面吊机双悬臂拼装施工ꎬ最大双悬臂长度达２００ｍꎬ边跨需增设临时墩ꎬ以提高施工期结构抗风性能㊁降低安全风险ꎮ通过设计难点分析ꎬ以施工全过程临时墩受力安全为原则ꎬ确定在１１号和１２号墩边跨侧距塔柱中心１６０ｍ处设临时墩(由桩基础㊁钢管墩身㊁承重梁和横向限位等组成)ꎬ其高度分别为３９.６ｍ和４１.３ｍꎻ临时墩与钢主梁采用临时铰(允许纵向位移)连接ꎻ临时墩的锁定和解除时机分别为１３号斜拉索二张后和Ｚ１８号钢主梁安装后ꎮ采用有限元软件ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ２０１９建立全桥空间模型分析临时墩受力及钢主梁位移ꎬ并进行施工过程实时监测ꎮ结果表明:临时墩受力安全ꎬ结构可靠ꎮ
关键词:斜拉桥ꎻ钢－混组合梁ꎻ双悬臂施工ꎻ抗风稳定性ꎻ临时墩ꎻ临时铰ꎻ有限元法ꎻ结构设计中图分类号:Ｕ４４８.２７ꎻＵ４４２.５
文献标志码:Ａ
收稿日期:２０１９－０９－０４
基金项目:国家自然科学基金项目(５１８７８０５８ꎬ５１７７８０５９)
ＰｒｏｊｅｃｔｓｏｆＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(５１８７８０５８ꎬ５１７７８０５９)
作者简介:舒㊀涛ꎬ工程师ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｓｔａｉｗａｎｇｘｕ＠１６３.ｃｏｍꎮ研究方向:大跨径桥梁施工控制ꎬ旧桥检测与加固ꎮ
ＫｅｙＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒｓｏｆＹｕｍｅｎｋｏｕ
ＨｕａｎｇｈｅＲｉｖｅｒＨｉｇｈｗａｙＢｒｉｄｇｅ
ＳＨＵＴａｏ１ꎬ２ꎬＨＵＡＮＧＰｉｎｇ￣ｍｉｎｇ１ꎬＷＥＩＪｉａ￣ｌｅ２
(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＨｉｇｈｗａｙꎬＣｈａｎｇᶄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉᶄａｎ７１００６４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｈａａｎｘｉＴｏｎｇｙｕＨｉｇｈｗａｙ
ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＸｉᶄａｎ７１００１８ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅＹｕｍｅｎｋｏｕＨｕａｎｇｈｅＲｉｖｅｒＨｉｇｈｗａｙＢｒｉｄｇｅｉｓａｓｔｅｅｌ￣ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅｗｉｔｈａｍａｉｎｓｐａｎｏｆ５６５ｍ.Ｔｈｅｂｒｉｄｇｅｈａｓｔｗｏｐｙｌｏｎｓꎬｗｉｔｈｓｔａｙｃａｂｌｅｓｆａｎｎｅｄｏｕｔｉｎｄｏｕｂｌｅｃａｂｌｅｐｌａｎｅｓ.Ｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｌｓｏｆｅａｔｕｒｅｓｉｔｓｎｏ￣ａｕｘｉｌｉａｒｙ￣ｐｉｅｒｓｉｄｅｓｐａｎｓ.Ｔｈｅｍａｉｎｇｉｒｄｅｒｗａｓａｓｓｅｍｂｌｅｄｂｙｔｈｅｂａｌａｎｃｅｄｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｍｅｔｈｏｄｕｓｉｎｇｓｌｅｗｉｎｇｄｅｃｋｃｒａｎｅꎬｗｉｔｈｍａｘｉｍｕｍｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｂａｌａｎｃｅｄｔｗｏｃａｎｔｉ￣ｌｅｖｅｒｓｒｅａｃｈｉｎｇ２００ｍ.Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｉｎｄ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｓａｆｅｔｙｒｉｓｋꎬｔｈｅｓｉｄｅｓｐａｎｓｗｅｒｅｆｉｔｔｅｄｏｕｔｗｉｔｈｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｓｉｇｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅｏｆｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎬｔｈｅｌｏｃａ￣ｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓｗｅｒｅｓｅｔｉｎｔｈｅｓｐａｎｓｂｅｓｉｄｅｓｐｉｅｒＮｏ.１１ａｎｄｐｉｅｒＮｏ.１２ꎬ１６０ｍｆｒｏｍｔｈｅｃｅｎ￣ｔｅｒｏｆｔｈｅｐｙｌｏｎｃｏｌｕｍｎ.Ｅａｃｈｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｃｏｍｐｒｉｓｅｓｔｈｅｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎꎬｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｐｉｅｒｓｈａｆｔꎬｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｂｅａｍａｎｄｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｒｅｓｔｒａｉｎｔｓꎬａｎｄｔｈｅｈｅｉｇｈｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓａｒｅ３９.６ｍａｎｄ４１.３ｍꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓａｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌｍａｉｎｇｉｒｄｅｒａｒｅｔｅｍｐｏｒａｒｉｌｙｈｉｎｇｅｄｔｏｇｅｔｈｅｒꎬｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍ￣ｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓｌｏｃｋｅｄａｎｄｄｉｓｍａｎｔｌｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄ￣ｒｏｕｎｄｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇｏｆｔｈｅｓｔａｙｃａｂｌｅ１３ａｎｄｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａ￣ｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌｍａｉｎｇｉｒｄｅｒＺ１８ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ２０１９ｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｓｐａｔｉａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｕｌｌｂｒｉｄｇｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒｓａｎｄｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｍａｉｎｇｉｒｄｅｒ.Ａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｍｏｎｉｔｏｒｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙ
８
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禹门口黄河公路大桥临时墩设计关键技术㊀㊀舒㊀涛ꎬ黄平明ꎬ魏家乐
ｐｉｅｒｓａｒｅｉｎｓａｆｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｒｅｌｉａｂｌｅ.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｂｌｅ￣ｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅꎻｓｔｅｅｌ￣ｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒꎻｂａｌａｎｃｅｄｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎻｗｉｎｄ￣ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻｔｅｍｐｏｒａｒｙｐｉｅｒꎻｔｅｍｐｏｒａｒｙｈｉｎｇｅꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ１㊀概㊀述
禹门口黄河公路大桥地处晋陕峡谷出口ꎬ跨越黄河河道ꎬ受禹门口峡谷环境影响ꎬ风场较为复杂ꎮ主桥设计采用半飘浮体系双塔双索面钢－混组合梁斜拉桥ꎬ全长１０５５ｍꎬ跨径布置为(２４５＋５６５＋
２４５)ｍꎬ边跨设计无辅助墩ꎬ主桥总体立面布置如图１所示ꎮ桥塔采用Ｈ形钢筋混凝土结构ꎬ塔高
１７１.３ｍꎬ设置上㊁下２道横梁ꎮ斜拉索采用ＯＶＭ２５０平行钢绞线拉索体系ꎬ扇形布置ꎬ全桥共９２对斜拉索ꎮ梁上索距１２ｍꎬ塔上索距２.５~３.５ｍꎮ主梁采用双工字形钢梁＋混凝土桥面板结构(图２)ꎬ由主纵梁㊁横梁㊁小纵梁㊁混凝土桥面板等构件组成ꎬ梁高２.８ｍꎬ桥面宽３０.２５ｍꎮ主梁施工采用全回转桥面吊机
双悬臂拼装[１￣２]ꎬ吊装重量１６~４２
ｔꎮ
图１㊀禹门口黄河公路大桥主桥总体立面布置
Ｆｉｇ.１ＥｌｅｖａｔｉｏｎＶｉｅｗｏｆＭａｉｎＢｒｉｄｇｅｏｆＹｕｍｅｎｋｏｕＨｕａｎｇｈｅＲｉｖｅｒＨｉｇｈｗａｙ
Ｂｒｉｄｇｅ
图２㊀主梁标准横断面
Ｆｉｇ.２ＴｙｐｉｃａｌＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎｏｆＭａｉｎＧｉｒｄｅｒ
㊀㊀主桥边跨设计无辅助墩ꎬ边跨Ｂ１８~Ｂ２０梁段搭设钢管支架进行架设ꎬ施工长度为３３ｍꎬ悬臂施工过程最大双悬臂长度达２００ｍꎻ桥址处于晋陕峡谷出口ꎬ施工期常年大风(风速风向监测显示ꎬ主要风向为西北向ꎬ最大瞬时风速达２９.０ｍ/ｓꎬ如图３所示)ꎬ存在较大的安全隐患ꎬ须采取临时抗风措施ꎮ常用的有效抗风措施主要有抗风缆和临时墩２种[３￣４]ꎬ对禹门口黄河公路大桥抗风缆设置进行研究[５￣７]ꎮ结果表明:主㊁边跨需分别在１１号梁段两侧设抗风缆(抗风缆张力为１０００ｋＮꎬ与地面夹角
４５ʎ)ꎬ以提高主梁竖弯和扭转的频率ꎬ起到抗风效
果ꎻ但风缆需锚固于黄河河滩或河道内ꎬ考虑到现场实际条件ꎬ仅１２号墩边跨侧具备锚固条件ꎮ另外ꎬ风缆为柔性结构[８]ꎬ附加约束模拟难以与实际相符ꎬ不利于施工中主梁线形及斜拉索索力控制ꎮ综合分析后ꎬ禹门口黄河公路大桥施工阶段需分别在两边跨侧设置临时墩ꎬ以提高抗风稳定性
ꎮ
图３㊀桥位处风速风向示意
Ｆｉｇ.３ＷｉｎｄＳｐｅｅｄａｎｄＷｉｎｄＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｔＢｒｉｄｇｅＳｉｔｅ
２㊀临时墩设计难点及原则
９
８
桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)２.１㊀设计难点
(１)临时墩受力状态复杂ꎮ临时墩在后续施工
过程中将承受较大的反复拉㊁压荷载ꎻ同时ꎬ受斜拉
索水平分力作用及温度作用的影响ꎬ主梁与临时墩
连接设计不当会产生较大水平力ꎬ设计时须同时满
足临时墩的各向受力要求ꎮ
(２)临时连接施工要求高㊁安全风险大ꎮ钢主
梁与临时墩须在既定标高下快速完成锁定ꎬ具有较
高的精度要求ꎻ解除临时墩约束时结构的实际状态
难以判断ꎬ若结构体系发生突然扰动ꎬ存在安全
风险ꎮ
(３)施工控制要求高ꎮ施工控制计算时ꎬ必须
考虑临时墩这一新增约束条件ꎬ并确定合适的锁定
及解除时机ꎬ对施工过程控制具有较高的要求ꎮ
２.２㊀设计原则
临时墩设计的首要原则为施工全过程临时墩受
力安全ꎻ构造设计上需重点考虑现场实施的可操作
性ꎬ以便快速精准地锁定及解除ꎬ避免对结构产生扰
动ꎻ此外由于临时墩为临时性工程ꎬ设计时需兼顾经
济性[９]ꎮ
３㊀临时墩设计关键技术
３.１㊀总体设计
３.１.１㊀确定临时墩位置
边跨增设临时墩的作用是抑制结构振动ꎬ提高
结构抗风稳定性ꎮ结合该桥特点ꎬ为得到临时墩的
合理设置位置ꎬ提出了３种临时墩设置方案:方案
１ꎬ设置在边跨Ｌ/２附近(距塔柱中心１２４ｍꎬ位于
Ｂ１０号梁段)ꎻ方案２ꎬ设置在边跨Ｌ/３附近(距塔柱
中心１６０ｍꎬ位于Ｂ１３号梁段)ꎻ方案３ꎬ设置在边跨
Ｌ/４附近(距塔柱中心１８４ｍꎬ位于Ｂ１５号梁段)ꎮ
为了验证临时墩的抗风效果㊁确定最优方案ꎬ分别对
无临时墩及设置临时墩的３种方案进行风洞试验ꎬ
得到最大双悬臂施工阶段结构的动力特性ꎬ如表１
所示ꎮ
表１㊀不同临时墩设置方案下结构动力特性
Ｔａｂ.１ＤｙｎａｍｉｃＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔ
ＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒＳｃｈｅｍｅｓ
方案
振动频率/Ｈｚ
主梁竖弯主梁扭转
反对称正对称反对称正对称
主梁
侧弯
桥塔与主梁
整体侧弯
无临时墩０.１８７０.５０４０.７６５０.４６８０.４３００.２９７
方案１０.２７６０.５０５０.７６６０.５１００.４６３０.３７９
方案２０.２９８０.５５８０.７９００.５４７０.４６４０.３７８
方案３０.２６４０.５７９０.７９４０.５１２０.４６３０.３７９㊀㊀由表１可知:与无临时墩方案相比ꎬ采用方案１~方案３时ꎬ施工阶段最大双悬臂２００ｍ状态下结构的振动频率均相应增大ꎬ抗风性能得到提高ꎻ采用方案２和方案３时结构的抗风性能优于方案１ꎮ采用方案３时ꎬ边跨Ｌ/４位置对应Ｂ１５号梁段ꎬ与最大双悬臂状态的Ｂ１６号梁段仅相差１个梁段ꎬ方案３对降低施工期安全风险的意义不大ꎮ因此ꎬ综合考虑提升结构抗风性能及降低施工期安全风险等因素ꎬ推荐采用方案２ꎬ即在边跨Ｌ/３附近(距塔柱中心１６０ｍ)设置临时墩ꎮ
３.１.２㊀主体结构设计
禹门口黄河公路大桥顺桥向分别在１１号墩和１２号墩边跨侧距离塔柱中心１６０ｍ位置处设临时墩ꎬ临时墩在横向分别布设在２道钢主梁正下方ꎮ１１号墩和１２号墩边跨侧临时墩高度分别为３９.６ｍ和４１.３ｍꎮ１２号墩边跨临时墩的总体设计如图４所示
ꎮ
图４㊀１２号墩边跨临时墩总体设计
Ｆｉｇ.４ＤｅｔａｉｌｓｏｆＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒｉｎＳｉｄｅＳｐａｎ
ｂｅｓｉｄｅｓＰｉｅｒＮｏ.１２
临时墩主要由桩基础㊁钢管墩身㊁承重梁和横向限位等结构组成ꎮ
(１)桩基础打穿细砂层进入卵石层４ｍꎬ卵石层以上采用ϕ１０００ｍｍˑ１６ｍｍ钢管混凝土桩ꎬ卵石层以下４ｍ采用钢筋混凝土灌注桩ꎮ(２)墩身采用６根ϕ８２０ｍｍˑ１０ｍｍ钢管ꎬ其平联及斜撑采用双拼Ｉ３２ａ槽钢ꎮ从地面向上０.５ｍꎬ每４ｍ设置１个标准节段ꎮ节段间采用焊接固
０９
禹门口黄河公路大桥临时墩设计关键技术㊀㊀舒㊀涛ꎬ黄平明ꎬ魏家乐
定ꎬ以加强钢管柱整体稳定性ꎻ同时为增强钢管的整体刚度ꎬ钢管打入后灌砂ꎮ
(３)承重梁采用三拼ＨＷ５８２ｍｍˑ３００ｍｍ工
字钢ꎬ共设置５道承重梁ꎬ分３层叠加而成ꎮ承重梁通过盖板与钢管焊接ꎬ在承重梁与钢管桩间设置加劲肋ꎮ
(４)横向限位由横向限位立柱(ＨＷ５８２ｍｍˑ
３００ｍｍ工字钢)和斜撑(Ｉ３０型钢)焊接而成ꎮ３.２㊀墩梁连接构造设计
为释放后续梁段拼装及斜拉索张拉过程中临时墩与主梁连接处产生的巨大弯矩ꎬ同时减小钢主梁及临时墩受力ꎬ将临时墩与钢主梁间的临时连接构造设计为由上㊁下耳板(中心高度为５２５ｍｍ㊁厚３０ｍｍ)及销钉(直径２００ｍｍ)组成的临时铰ꎬ如图５所示ꎮ临时铰的上耳板焊接于钢主梁底ꎬ下耳板焊接于承重梁上ꎮ考虑斜拉索张拉作用及温度作用的最不利水平力达１６８００ｋＮꎬ将临时铰进一步优化为允许钢梁顺桥向位移的长圆孔构造ꎮ长圆孔的位移量根据钢梁温度伸缩及后续施工产生的纵向位移确定为ʃ１００ｍｍꎬ长圆孔的高度略大于销钉直径ꎬ安装时销钉与长圆孔顶㊁底面各预留２ｍｍ间隙ꎮ施工过程中可根据长圆孔顶㊁底面的间隙变化情况ꎬ判断临时墩的受力状态ꎮ
３.３㊀临时墩锁定与解除时机
禹门口黄河公路大桥通过插入销钉的方式完成临时墩与钢主梁的锁定ꎮ临时墩位于Ｂ１３号梁段ꎬ该梁段的施工工序较多ꎬ主要包括钢主梁安装㊁钢横梁安装㊁斜拉索一张㊁桥面板架设㊁斜拉索二张㊁吊机前移等ꎮ由于施工过程中主桥结构体系㊁恒载及施工荷载均在不断发生变化ꎬ临时墩所受反力将随之变化ꎮ为确定临时墩的锁定时机ꎬ
通过施工控制仿图５㊀临时铰构造
Ｆｉｇ.５ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆａＴｅｍｐｏｒａｒｙＨｉｎｇｅ
真分析[１０]得到１３号钢主梁(包括Ｂ１３和Ｚ１３ꎬ下同)安装后㊁１３号斜拉索(包括ＬＢ１３和ＬＺ１３ꎬ下同)一张后及二张后３种工况下锁定时临时墩的反力变化规律ꎬ结果如图６所示ꎬ图６中反力 ＋ 表示临时墩受拉㊁ － 表示临时墩受压ꎮ由图６可知:３种工况下锁定临时墩ꎬ临时墩反力变化趋势基本一致ꎬ但最不利拉㊁压反力值差异较大ꎻ１３号钢主梁安装后进行临时墩锁定ꎬ临时墩受拉显著ꎬ最不利拉力为
１８５０ｋＮꎻ１３号斜拉索一张后进行临时墩锁定ꎬ临时墩受压显著ꎬ最不利压力为１６７０ｋＮꎻ１３号斜拉索二张后进行临时墩锁定ꎬ其最不利拉㊁压反力均较小ꎮ因此ꎬ将临时墩的锁定时机确定为１３号斜拉索二张后ꎬ此时临时墩所受的拉㊁压荷载均处于合理的范围ꎮ
㊀㊀边跨Ｂ１７号梁段合龙后通过拔除销钉㊁释放临时铰来解除临时锁定ꎮ临时锁定解除时若反力较大ꎬ对结构产生突然扰动ꎬ既存在安全隐患ꎬ
又对线图６㊀临时墩反力变化规律
Ｆｉｇ.６ＶａｒｉａｔｉｏｎＬａｗｏｆＲｅａｃｔｉｏｎＦｏｒｃｅｏｆＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒ
１
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桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)
形和索力控制不利ꎻ反之ꎬ反力越小ꎬ对结构扰动越小ꎬ越安全ꎮ在确定１３号斜拉索二张后锁定临时墩的前提下ꎬ分析临时墩的解除时机ꎮ由图６可知:在
１３号斜拉索二张后锁定临时墩工况下ꎬ边跨合龙后ꎬ临时墩拉反力最小值为２１ｋＮꎬ发生在Ｚ１８号钢主梁安装后施工阶段ꎮ因此ꎬ确定此时为临时墩的解除时机ꎮ同时经过施工控制计算可知ꎬ在Ｚ１８号钢主梁安装后解除临时锁定ꎬ此时钢主梁的最大位移为１.６ｍｍꎬ斜拉索索力未发生明显变化ꎬ对结构影响较小ꎬ临时墩锁定与解除在温度较恒定且接近设计基准温度１５ħ下进行施工ꎻ温差较小时通过斜拉索索力微调或配重方式配合施工ꎬ温差较大时不宜施工ꎮ
４㊀临时墩受力及钢主梁位移分析
采用有限元分析软件ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ２０１９建立禹门口黄河公路大桥施工阶段全桥空间模型ꎬ对施工全过程临时墩的受力特点及钢主梁位移变化规律进行分析ꎮ模型中ꎬ桥塔㊁纵梁及横梁均采用梁单元模拟ꎬ桥面板采用板单元模拟ꎬ斜拉索采用桁架单元模拟ꎻ塔底固结ꎬ主梁与桥墩㊁桥塔间弹性连接ꎬ临时墩简化为一般支撑ꎮ
４.１㊀临时墩受力特点分析
临时墩在１３号斜拉索二张后锁定和在Ｚ１８号钢主梁安装后解除锁定工况下ꎬ分析施工全过程临时墩的受力特点ꎬ结果如图７所示ꎮ由图７可知:临时墩反力变化较大的阶段为主桥恒载施工及斜拉索张拉阶段ꎻ墩顶反力呈现反复拉㊁压交替的变化规律ꎬ最大压力为１２５５ｋＮ(出现在１４号钢横梁安装施工阶段)ꎬ最大拉力为１４８０ｋＮ(出现在１７号梁段湿接缝浇筑阶段)ꎻ边跨合龙前ꎬ施工恒载时临时墩受压ꎬ张拉斜拉索时临时墩受拉ꎻ边跨合龙后ꎬ主㊁边跨不对称施工ꎬ施工恒载时临时墩拉力增大(桥塔向中跨偏移)ꎬ张拉斜拉索时临时墩压力增大(桥塔向边跨偏移)ꎮ
将最大拉㊁压反力分别与双悬臂最不利横向风荷载组合ꎬ验算临时墩及临时连接的受力与位移[１１]ꎬ结果如表２所示ꎮ由表２可知:临时墩及临时连接的受力㊁位移均满足要求ꎮ
表２㊀临时墩验算结果
Ｔａｂ.２ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓｏｆＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒ
验算指标㊀㊀计算值允许值单桩受压力/ｋＮ１４６７.０２２４０
单桩受拉力/ｋＮ４９０.０９０２
墩身应力/ＭＰａ８１.５２０５
墩顶横向位移/ｍｍ９.５６４
耳板应力/ＭＰａ７５.２２０５４.２㊀钢主梁位移变化规律
临时墩与主梁的连接设计为铰接ꎬ施工过程中允许钢主梁绕临时铰转动ꎮ边跨Ｂ１７号梁段合龙前后ꎬ钢主梁位移主要受施工恒载及斜拉索张拉的影响ꎮ有限元分析得到边跨合龙前㊁后Ｂ１~Ｂ１６号梁段在不同施工工况下的位移变化规律ꎬ结果如图８所示ꎮ由图８可知:①边跨合龙前ꎬ钢主梁绕临时铰发生了转动ꎬ悬臂端位移显著ꎻ１６号梁段架设桥面板时ꎬ悬臂端绕临时铰下挠ꎬ近塔柱主梁则绕临时铰上挠ꎬ最大上挠３５ｍｍ(位于Ｂ１０梁段)ꎻ１６号斜拉索二张时ꎬ近塔柱段主梁则发生下挠ꎬ最大下挠３９ｍｍ(位于Ｂ１０梁段)ꎮ②边跨合龙后ꎬ结构体系发生变化ꎬ主㊁边跨不对称施工ꎬ由于塔偏的影响ꎬ边跨钢主梁绕临时铰发生转动的位移变化规律与合龙前相似ꎻ１７号梁段架设桥面板时(桥塔向中跨偏移)ꎬ近塔柱主梁绕临时铰上挠ꎬ最大上挠２１ｍｍ(位于Ｂ７梁段)ꎻ１７号斜拉索二张时(桥塔向边跨偏
移)ꎬ近塔柱段主梁发生下挠ꎬ最大下挠３４ｍｍ(位
图７㊀施工阶段各临时墩反力
Ｆｉｇ.７ＬｏａｄＢｅａｒｉｎｇＣｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒｄｕｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ２９
禹门口黄河公路大桥临时墩设计关键技术㊀㊀舒㊀涛ꎬ黄平明ꎬ
魏家乐
图８㊀钢主梁位移变化规律
Ｆｉｇ.８ＶａｒｉａｔｉｏｎＬａｗｏｆＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆＳｔｅｅｌＭａｉｎＧｉｒｄｅｒ
于Ｂ７梁段)ꎮ由以上分析可知:钢主梁绕临时铰转动的效应显著ꎬ临时铰的实际工作性能对钢主梁的安装线形有较大影响ꎬ施工时需对边跨钢主梁的位移进行实时监测ꎮ
㊀㊀在该桥施工过程中对临时墩的受力及边跨钢主
梁的位移进行实时监测ꎬ结果表明:临时墩的受力及钢主梁的实际位移变化规律均与设计较吻合ꎬ临时墩应用效果较好ꎮ５㊀结㊀语
禹门口黄河公路大桥边跨设计无辅助墩ꎬ施工过程最大双悬臂长度达２００ｍꎬ施工期常年大风ꎮ为提高施工期结构抗风性能㊁降低安全风险ꎬ边跨需增设临时墩ꎮ以施工全过程临时墩受力安全为原则ꎬ在边跨Ｌ/３位置附近布设临时墩ꎬ并将临时墩与钢主梁的连接构造优化为允许纵向位移的临时铰(有效减小了结构受力)ꎮ通过研究临时墩施工全过程的反力变化规律确定ꎬ临时墩锁定和解除时机分别为１３号斜拉索二张后和Ｚ１８号钢主梁安装后ꎬ此时临时墩所受的拉㊁压荷载均处于合理的范围ꎮ采用有限元法分析施工过程中临时墩的受力及钢主梁的位移变化规律ꎬ并在施工中进行实时监测ꎮ实测结果表明:临时墩受力安全ꎬ结构可靠ꎻ钢主梁的位移变化规律与设计较吻合ꎮ该桥已于２０１９年９月１７日顺利完成全桥合龙ꎮ
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ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｃｏｎｔｒｏｌ
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Ｒｉｖｅｒ
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工期风致振动控制[Ｊ].工程力学ꎬ２０１５ꎬ３２(６):１２２－１２８.
(ＧＯＮＧＣｈｅｎｇꎬＬＩＵＺｈｉ￣ｗｅｎꎬＸＩＥＧａｎｇꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｔｒｏｌｏｆＷｉｎｄ￣ＩｎｄｕｃｅｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｉｎＬａｒｇｅＳｐａｎＣａｂｌｅ￣Ｓｔａｙｅｄ
ＢｒｉｄｇｅｗｉｔｈＨｉｇｈＰｉｅｒｓｄｕｒｉｎｇＣａｎｔｉｌｅｖｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｔａ￣ｇｅｓ[Ｊ].
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(ＨＵＡＱｉａｎｇꎬＤＩＮＧＤｏｎｇ.ＳｔｕｄｙｏｎＷｉｎｄＲｅｓｉｓｔａｎｔＭｅａｓｕｒｅｓｏｆＬｏｎｇ￣ＳｐａｎＣａｂｌｅ￣ＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅｄｕｒｉｎｇＣｏｎ￣ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａ＆ＦｏｒｅｉｇｎＨｉｇｈｗａｙꎬ
２０１５ꎬ３５(４):２０３－２０８.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)
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３
９
桥梁建设㊀ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ２０２０ꎬ５０(４)１０５－１０９.
(ＹＡＮＧＹｕ￣ｃｏｎｇꎬＬＩＸｉｎ.ＩｍｐａｃｔｏｆＢｕｆｆｅｔｉｎｇＲｅｓｐｏｎｓｅ
ｏｎＬａｒｇｅＳｐａｎＣａｂｌｅ￣ＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅｄｕｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｕｎｄｅｒＤｉｆｆｅｒｅｎｔＷｉｎｄ￣ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｓ[Ｊ].Ｈｉｇｈ￣
ｗａｙꎬ２０１９ꎬ６４(４):１０５－１０９.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)
[８]㊀刘应龙ꎬ蔺鹏臻ꎬ梁新礼.高铁大跨度钢桁梁拱桥柔性
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(ＬＩＵＹｉｎｇ￣ｌｏｎｇꎬＬＩＮＰｅｎｇ￣ｚｈｅｎꎬＬＩＡＮＧＸｉｎ￣ｌｉ.Ｓｔｕｄｙ
ｏｆＷｉｎｄＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＭｅａｓｕｒｅｓｆｏｒＩｎｓｔａｌｌｉｎｇｏｆＡｒｃｈｅｓｏｆａ
ＬｏｎｇＳｐａｎＳｔｅｅｌＴｒｕｓｓＧｉｒｄｅｒＢｒｉｄｇｅｗｉｔｈＦｌｅｘｉｂｌｅＡｒｃｈｅｓ
ｏｎＨｉｇｈ￣ＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙ[Ｊ].ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ
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(ＬＩＺｏｎｇ￣ｐｉｎｇ.ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＤｅｓｉｇｎａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＴｅｍｐｏｒａｒｙＰｉｅｒｓｏｆＭａｉｎＢｒｉｄｇｅｏｆＳｈａｎｇ￣
ｈａｉＣｈａｎｇｊｉａｎｇＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅ[Ｊ].ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ
２００８(４):７０－７３.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)
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ＳｉｍｕｌａｔｉｎｇＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＳｕｐｅｒ￣
ｌａｒｇｅＣａｂｌｅ￣ＳｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｅａｍＰｕｓｈｉｎｇ￣ｉｎｉｎ
ＨｏｎｇｓｈｕｉｈｅＲｉｖｅｒ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅａｎｄＦｏｒｅｉｇｎＨｉｇｈｗａｙｓꎬ
２０１５ꎬ３５(６):１５６－１５９.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)
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ｎｉｑｕｅｆｏｒＳｉｄｅＳｐａｎｓｏｆＬｉｕｇｕａｎｇｈｅＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅ[Ｊ].
ＷｏｒｌｄＢｒｉｄｇｅｓꎬ２０１７ꎬ４５(５):１１－１６.ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)
ＳＨＵＴａｏ
舒㊀涛
１９８８－ꎬ男ꎬ工程师
２０１２年毕业于长安大学道路桥梁
与渡河工程专业ꎬ工学学士ꎬ２０１４
年毕业于长安大学建筑与土木工程
(桥梁工程)专业ꎬ工学硕士ꎮ研究
方向:大跨径桥梁施工控制ꎬ旧桥检
测与加固
Ｅ￣ｍａｉｌ:ｓｔａｉｗａｎｇｘｕ＠１６３.ｃｏｍ
ＨＵＡＮＧＰｉｎｇ￣ｍｉｎｇ
黄平明
１９６５－ꎬ男ꎬ教授
１９８９年毕业于西安公路交通大学
桥梁工程专业ꎬ工学学士ꎬ１９９２年
毕业于西安公路交通大学桥梁工程
专业ꎬ工学硕士ꎬ１９９５年毕业于东
南大学交通运输工程专业ꎬ工学博
士ꎮ研究方向:公路桥梁养护技术
及大跨桥梁施工监控
Ｅ￣ｍａｉｌ:ｈｐｍｉｎｇ＠ｖｉｐ.ｓｉｎａ.ｃｏｍ
ＷＥＩＪｉａ￣ｌｅ
魏家乐
１９８４－ꎬ男ꎬ高级工程师
２００７年毕业于长安大学道路桥梁
与渡河工程专业ꎬ工学学士ꎬ２０１０
年毕业于长安大学桥梁与隧道工程
专业ꎬ工学硕士ꎮ研究方向:大跨径
桥梁施工控制ꎬ旧桥检测与加固
Ｅ￣ｍａｉｌ:２５４３９３２７９＠ｑｑ.ｃｏｍ
(编辑:王㊀娣)
４９。