大跨度钢桁架拱桥悬臂拼装施工关键工序技术研究

霍振东 赵云鹏

(中交三航局第二工程有限公司)

清水塘大桥为主跨408m中承式钢桁架系杆拱桥，上部结构施工采用爬拱吊机悬臂拼装工艺[3]，为求得关键施工控制参数，建立清水塘大桥成桥模型，通过倒拆和正装迭代分析进行施工阶段计算，并辅以未知系数求解等分析手段，求得满足拱肋无应力合龙条件下的施工控制参数。

1 工程概况

1.1 工程简介

清水塘大桥主桥为中承式钢桁架拱桥，跨径布置为100+408+100m，边中跨比为1/4。上层桥面宽为31.0m，下层为人非道。

图1 清水塘大桥整体立面图及平面图

1.2 吊装系统设计

清水塘大桥上部结构采用爬拱吊机施工工艺，通过扣挂系统和边跨压载以平衡主支点处不平衡力矩。扣挂系统由塔架、扣索和缆风组成，塔架铰接于主支点处上弦杆，扣索锚固于塔架顶部和拱肋上弦杆之间，缆风索位于塔架中部。

采用MidasCivil建立成桥模型，进行倒拆和正装迭代分析，得到最不利工况下的施工阶段模型，即由拱肋合龙前的最大悬臂工况确定施工参数。

2 求解施工参数

采用未知系数法进行求解扣索初拉力和边跨压载值，通过Midas程序内部自动求解以及手动优化求解两部分内容，将扣索初拉力和压载值设为未知系数并满足下述条件：

（1）扣索在塔顶部的水平力基本平衡；

（2）拱肋合龙线形达到合龙要求；

（3）整体结构强度、刚度和稳定性满足要求。

图2 未知系数法求解扣索初张力和边跨压载系数

采用未知系数法进行求解，根据图5 计算结果，边跨压载系数为30，并考虑1.3倍抗倾覆系数，边跨压载值为1237.5×30×1.3=48262.5KN。

利用3.3中未知系数法求得的初拉力系数，在正装模型中输入初拉力，得到合龙结构体系中扣索的索力，见图6所示计算结果。根据扣索索力，考虑4倍的安全系数得到扣索和背索布置规格，详见表1。

表1 扣索索力统计表

3 合龙分析

3.1 合龙位移分析

根基上述合龙工况计算结果，求得合拢口两侧拱肋位移竖向为+54mm，如图7所示；单边顺桥向位移向76mm，上下弦杆偏差在1mm以内，满足无应力合龙条件，即合龙时不产生次内力，计算结果如图8所示。通过施工前主支点设置纵向预偏和边支点进行预降可以达到主桁合龙要求。

4 总结

（1）通过有限元计算分析，从成桥阶段迭代分析出施工阶段模型，利用未知系数求解，求得满足无应力合龙要求的扣索索力值、边跨压载值、合龙口预抬高值和主支点预偏值。

（2）大跨度钢桁架拱桥采用爬拱吊机进行上部结构吊装，和龙工况下的稳定性满足施工规范要求，和龙线性可通过施工控制措施最终达到设计线性，因此爬拱吊机施工工艺较为适宜本桥型施工。