小半径曲线段连续刚构桥门式支架悬臂拼装施工方案研究

陈艳玮

摘要：本文以澳门轻轨一期工程为背景，考虑到小半径曲线段连续刚构桥所处地理位置的特殊性，确定采用钢结构门式支架悬臂拼装方案，利用Midas/Civil 软件对其进行计算复核。针对施工过程中的T构平衡对称悬拼和不平衡悬拼两种工况，分析结构和门架的强度、刚度和稳定性，经计算该设计方案满足要求。

Abstract： In this paper， taking Macau light rail phase-I project as the background， considering the special geographical location of the continuous rigid frame bridge with small radius curve， the cantilever assembly scheme of steel structure portal frame is determined， and the calculation and review are carried out by MIDAS / civil software. For balanced cantilever erection of T structure and unbalanced cantilever erection of T structure， the strength， stiffness and stability of the girder structure and portal frame are calculated， and the result meets the requirements.

关键词：小半径曲线;悬臂拼装;门式支架

Key words： small-radius curve;cantilever assembly;portal frame

中图分类号：U448.23                                 文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）04-0162-02

0  引言

本文所涉及的澳门地铁C350项目，所经过地区建筑密集，人口密度大，受到地形和其它条件的限制[1]，该段桥梁最小曲线半径仅为47m，小于规范[2]中对正线困难地区的最小半径的规定，采用结构形式为连续刚构体系。

1  工程概况

C350段是澳门轻轨一期建造工程，该工程位于澳门凼仔岛，起始于西湾大桥凼仔入口，途经一号码头，柯维纳马路，澳门赛马会，终点位于望德圣母湾大马路，包括车站和高架桥[3]。本文所研究的高架桥位于IS14段第八联，为4跨连续刚构，跨径布置（30.05m+33.15m+35.10m+29.85m），全长128.15m，平面布置图见图1。主梁采用单箱单室斜腹板预应力混凝土箱型梁，桥墩采用钢筋混凝土花瓶形桥墩。梁体采用短线法节段预制，提梁机悬臂吊装施工。

P19号桥墩T构全长33.6m，单侧悬臂长度16.8m，单侧共需悬拼6段2.5m长标准节段。P19号桥墩为大偏心桥墩，墩顶梁段中心与墩底截面中心偏心距2.855m。墩顶设单向活动板式橡胶支座，桥墩高度12.597m。P19#桥墩两侧节段采用悬臂拼装施工方案。施工期间采用P19桥墩与墩顶梁体分离、1#块支承在门式支架上的方式。悬拼期间需要采用墩梁临时固结措施，确保T构在施工期间的稳定。

2  门式支架方案

为避免施工期间临时措施对既有桥梁、路基结构造成影响，同时避免对交通造成过大影响，设计考虑采用钢结构门式支架方案，钢结构门式支架横梁采用双层贝雷梁桁架（单侧共14组，双层）。

P19#桥墩采用的门式支架方案，主要有三方面的功能：托架功能、固结功能、保交通功能。首先，在现浇P19#桥墩顶0号块箱梁节段时，由于P19#桥墩顶部设计的支座在施工期间不允许受力，施工期间墩顶0号块与桥墩脱离，门架可以作为墩顶0号块现浇施工的支架。其次，在拼装P19#桥墩1～6号块箱梁节段时，门架代替P19#桥墩作为T构悬拼施工期间的受力构件，承受节段梁0号块及1～6号块的荷载及所有的桥面施工荷载。固结功能是指当P19#桥墩的1#块与0#块湿接缝施工之后，将P19#桥墩两侧的1#块分别固结于门架上，以便使门架成为T构悬拼结构的固定端，接下来依次拼接2#块、3#块、4#块、5#块、6#块。由于P19#桥墩的墩顶0号块相对于桥墩有较大距离的偏心，且大部分投影在0号块下方的既有道路桥面上。若采用墩梁临时固结，需要在桥墩偏向既有桥一侧设置支撑，该支撑就会占据既有道路路面，影响既有桥面的车辆运行及既有桥结构的安全。现在采用门式架，使门架跨越既有桥，车辆从门架下方行驶，这样就可以避免上述影响，且能够保证路面的畅通，对交通干扰小。

3  方案验算

Midas Civil是桥梁领域通用结构分析及设计系统，本文将利用该软件对设计方案进行验算。

3.1 模型建立

墩底采用固结;P16、P17、P18和P20桥墩与主梁采用刚性连接，施工期间P19#桥墩与主梁之间不连接，主梁用贝雷梁支架支撑，贝雷梁与主梁之间采用一般弹性连接以限制纵向、横向及水平向三向平动自由度及转动自由度，施工结束后P19号桥墩与主梁之间采用一般弹性连接模拟单向滑动铰支座。0号块、P16及P20墩1～5号块均在支架上现浇或拼装，采用一般弹性连接模拟，考虑竖向刚度，弹性连接竖向刚度采用5×106kN/m。贝雷梁门式支架边界条件：钢管柱与基础桩帽（承台）刚接，用固定支座模拟，柱顶分配梁与钢管柱刚接，采用刚性连接模拟，贝雷梁与箱梁下面的分配梁铰接，用一般弹性连接模拟。Midas全模型如图2所示。

3.2 荷载设置

桥墩施工过程中受到的荷载包含：恒荷载，温度荷载，活载以及收缩徐变。

恒荷载包含自重，提梁机空载和满载，预应力荷载，二期恒载，不均匀沉降，桥墩落梁强制位移以及临时预应力。预应力荷载分两次张拉，第一次张拉为控制应力的70%，第二次张拉到控制應力。

温度荷载考虑整体升温和整体降温和温度梯度升温和降温。整体升温：20°C;整体降温：-20°C。活载按照双线满载，一侧空载，一侧满载和双层空载进行加载计算。收缩徐变按照10000天考虑。

3.3 计算结果

因考虑在悬臂施工期间仅在悬臂拼装至最大节段时，钢结构门架受力最大，且施工期间梁体及节段均能满足“节段接缝位置不出现拉应力，其他部分拉应力不超过1MPa”的要求。故仅检算钢结构门架在最大悬臂时的应力水平及钢管柱结构的稳定性。针对T构，选取两种情况进行计算，即T构平衡对称悬拼（图3所示）和不平衡悬拼（施工图4所示）。不平衡悬拼是指大小里程侧节段安装不同步，相差一个节段。

通过计算分析，钢结构门式支架在施工期间强度、刚度、稳定性均能满足要求。

4  施工注意事项

钢管柱架立后，贝雷梁未架设前应在钢管柱上设置揽风绳，防止因横向荷载引起钢管柱失稳。贝雷梁吊装应在夜晚，车流量较小时，申请短时间交通封闭。单片/单组贝雷梁吊装后应在分配梁上做好横向固定，防止贝雷梁侧翻。预压应做好方案，按照规范要求不小于贝雷梁承受最大重量的1.2倍。梁体合拢后落架应对称。拆除贝雷梁与梁体之间的连接应对称。

5  结语

本文以澳门轻轨一期工程高架桥第八联为背景，针对拟建小半径曲线段桥梁的特点，考虑避免对既有桥梁和路基的影响，设计采用钢结构门式支架方案。利用桥梁有限元软件Midas Civil对方案设计分析，验算了在两种T构工况下门架的应力状态，钢管柱的稳定性，钢结构门架挠度以及钢结构门架及箱梁最大悬臂的整体稳定性，并对施工做了进一步的建议，由分析可知，钢结构门式支架在施工期间强度、刚度、稳定性均能满足要求，该方案可为同类工程提供一定的参考。

参考文献：

[1]短线节段法拼装桥梁在澳门轨道交通工程的应用[J].山西建筑，2014，12.

[2]北京市规划委员会.地铁设计规范[M].中国建筑工业出版社，2014.

[3]张晓东.澳门轻轨工程C350标段项目管理研究[D].广东工业大学，2013.