武汉市四环线汉江桥主梁边跨直线段施工支架设计

 王英博

 (中铁大桥局集团有限公司施工设计事业部武汉430050)

摘要  采用悬臂施工的混凝土斜拉桥，在合龙过程中边跨直线段是直接由支架结构支承的。文中采用有限元软件进行建模分析，综合考虑全桥施工阶段、温度效应、二次荷载，以及施加斜拉索等因素，模拟了边跨直线段支架全过程的受力状态。根据计算结果、结合主梁的施工工序，完成边跨直线段现浇支架结构的设计并付诸实施，保证了桥梁工程的顺利完工。

关键词  边跨直线段支架设计  温度效应  合龙  受力分析

 采用悬臂施工的混凝土斜拉桥，在边跨合龙施工过程中结构内力受外界条件变化非常敏感。边跨已浇筑的直线段是在边跨合龙过程中惟一能对合龙段产生约束的部位。在合龙过程中边跨直线段是直接由支架结构支承的，因此要保证直线段自身的安全，同时要承担由有合龙带来的荷载变化，边跨直线段支架的设计变得尤为重要。武汉市四环线汉江桥是武汉市重大交通建设项目四环线的一部分，主桥为双塔双面斜拉桥。过渡墩处的主梁边跨直线段支架，传统的结构计算仅考虑主梁浇筑时的受力。由于斜拉桥的拉索对温度敏感度高，综合考虑温度效应对主梁和主塔的影响，边跨直线段支架有多种不同的受力状态。

1工程背景

 武汉市四环线汉江特大桥是武汉市四环线上的控制性工程，主桥为77 m+100 m+360 m+100 m+77 m双塔双索面预应力混凝土主梁斜拉桥。主梁边跨现浇段长度为13. 62 m，主梁采用边主梁形式，顶板宽43.6 m，梁高4m。。

2  施工流程及工况分析

2.1  施工流程（以6号墩侧为例）

 牵索挂篮对称施工主梁，同时搭设边跨直线段现浇支架并浇筑直线段混凝土。

 主梁悬臂浇注至辅助墩（5号墩）附近时，搭设支架施工辅助墩上主梁梁段；施工辅助墩顶的合龙段，中跨挂篮前移施工2个节段主梁并对称挂索；拆除辅助墩的主梁现浇支架，边、中跨挂篮继续对称施工，辅助墩墩身接高并与主梁支承，施加压重。

 牵索挂篮对称施工至25，25’号梁段，边跨24 ’，25 ’号梁段分别施加压重；边跨挂篮后撤，根据设计要求的合龙温度安装边跨合龙段（26 ’号）的刚性支撑，利用吊架浇注边跨合龙段混凝土，张拉主梁合龙钢束；边跨主梁增加压重；中跨继续施工至全桥合龙。

2.2工况分析

 根据上述施工流程，将边跨直线段支架的计算分为以下4种工况。

 工况I。直线段主梁浇注工况，需考虑混凝土自重荷载和支架自重荷载。

 工况II。26’块合龙段施工工况，需考虑1／2合龙段自重荷载和合龙口温度效应。

 工况III。系统温度变化工况，外部环境温度整体升、降温。

 工况IV。张拉合龙预应力筋及压重工况，需考虑预应力效应和压重荷载。

3现浇支架设计

 边跨现浇段主梁采用钢管支架法施工，待主梁达到设计要求后，拆除侧模板，张拉直线段主梁横向预应力钢筋，箱梁内部加压重；搭设合龙段吊架，浇注合龙段混凝土，挂设合龙段和直线段斜拉索。现浇支架采用钢管桩和贝雷梁形式。

直线段现浇支架结构见图1。

4支架受力分析

4.1工况I计算

6号过渡墩处边跨直线段主梁的混凝土用量为1 031.2 m3，支架设计荷载包括：混凝土重量、内模及侧模自重、施工人员机械荷载、振捣混凝土时产生的荷载等，总计为23 810.7 kN。支架设计充分考虑各荷载在横桥向分布特点，支架计算模型见图2。

4.2工况II计算

2 6 ’块合龙段施工时，先安装合龙段劲性骨架，此时边跨直线段已达到设计强度。考虑索梁温差、梁顶底板温差和主塔两侧温差等影响效应，边跨合龙时悬臂端被劲性骨架约束，由此产生的竖向力通过劲性骨架传给27’块主梁梁端。另有1／2合龙段自重通过吊架传递到27 ’块主梁。主桥结构施工分析模型见图3。

拉索与主梁和主塔间的温差为±5口C，主塔身左右两侧温差为±5℃，混凝土主梁上下缘温差为±5度。主要最不利的工况组合见表1。

 经过以上工况的比较，得出合龙口处的最大竖向剪力为1 215.8 kN。

将27 ’块主梁进行单元离散，采用梁格法原理，梁体各单元之间刚接成一体。主梁单元上的节点与底模分配梁（属于支架）单元上的节点之间处理为弹性连接。1／2合龙段的荷载加载到27 7块梁端，计算出此部分荷载对支架的增量后进行叠加，建立模型见图4。

4.3工况III计算

边跨合龙后，在外部环境温度变化下，主墩（固定端）两侧主梁伸缩变形大。由于直线段支架与主梁未脱离，支架受到的作用效应为主梁传递的水平力。取体系升温20。C、体系降温20。C，经计算分析得出边跨直线段支架的水平荷载（主梁水平位移越大，主梁与模板之间的摩擦力就越大）。将此荷载施加在支架顶部，计算出荷载对支架的增量后进行叠加，此工况下钢管桩的竖向反力（叠加后）见表2。

4.4工况IV计算

 主梁27’块的横梁预应力筋张拉后，在边跨主梁现浇段和合龙段压重2 640 kN。悬臂浇注中跨26～28块主梁，相应对称张拉边、中跨斜拉索（A26～A28及J26～J28），现浇支架拆除。在未张拉斜拉索之前，直线段现浇支架和合龙后主梁共同承担压重荷载。

 张拉27’号梁段横梁钢束，需要拆除边跨直线段支架的侧模系统，此时27 ’号梁段侧模系统退出工作，支架受力需考虑荷载重新分配对支架桥中心线区域的影响。

主桥结构施工分析时，对边跨直线段、合龙段、中跨至25号梁段、钢管支架等建立总体计算模型；主要考虑荷载为边跨现浇段和合龙段压重、斜拉索的索力（Al—A25及J1～J25）、合龙需要张拉的纵、横向预应力；现浇支架处简化为只受压的弹性约束。经主桥结构施工分析（计算模型见图5）后，得出合龙段端部的内力（弯矩、剪力）增量，将内力增量施加在钢管支架模型上。

 经工况I～IV计算，得出钢管桩竖向反力（叠加后），见表2。

 经过4种工况的计算比较可见：钢管桩内力在各工况下均有不同的变化。温度效应、系统温度变化、压重荷载等影响，均增加了近合龙口钢管的轴力；系统温度的升降，对钢管产生附加弯矩；侧模系统拆除、横向预应力张拉后，引起荷载重新分配，近桥梁中心线处钢管桩的轴力增大。边跨直线段支架各构件的最不利受力也会出现在不同的工况中，逐工况验算支架的贝雷梁、桩顶分配梁及钢管的强度、刚度；根据钢管桩的最大反力来确定钢管桩的人土深度。

5结论

 (1)考虑直线段主梁现浇状态和成型阶段，才能完整反映支架的实际受力情况。

 (2)考虑温差效应对索、塔、梁的影响，本斜拉桥施工阶段合龙口的剪力和轴力均较大，对直线段支架近合龙口处的受力影响大。

 (3)侧模系统是否提前拆除、横向预应力的张拉、合龙纵向预应力的张拉，结构的空间效应问题，均对主梁支架受力产生影响。

 (4)直线段支架设计时，前期必须先以支架纵、横梁的刚度来考虑直线段主梁混凝土的荷载，后期是以具有刚度的直线段梁体来传递荷载的。