武秀军 WU Xiu-jun
（中铁北京工程局集团有限公司，北京 102308）
梁拱组合桥因结构变形性、抗风抗震性、抗疲劳性和技术经济性良好，具有跨度大、承载能力高等优势[1]，综合考虑经济、安全等因素，是强力竞争桥型之一[2]。梁拱组合桥常用施工方法为先梁后拱，钢管拱常用施工方法有原位支架拼装法、竖转法、提升法等[3]。不同施工方法对工期、成桥线形控制等方面影响程度不同。卜东平[4]采用BIM 技术对钢管拱拱肋深化加工安装，并对施工方案进行模拟。陈跃[5]通过研究认为原位拼装支架法在钢管拱受力变形、应力变化等方面较竖转法优势明显。傅安民[6]研究钢管拱在高速公路垂直投影面以外搭设的辅助支架上拼装。卢长炯[7]利用MIDAS/Civil 软件对拼装过程钢箱拱肋、定位支架的关键施工过程进行仿真分析，确保了施工过程和成桥结构满足安全要求。
以雷岭河特大桥主跨160m 梁拱组合桥为依托，优化拱肋拼装方案，利用有限元法开展拱肋不对称拼装施工过程模拟，分析支架受力稳定性能，并进行施工监测。
雷岭河特大桥（76+160+76）m 连续梁拱主跨同时上跨雷岭河和S238 省道，与线路大里程夹角约76°43″。主拱肋采用竖直平行钢管混凝土哑铃拱，从桥面开始起拱，两拱肋中心距14.8m，计算跨度160m，矢跨比f/L=1/5，拱肋立面矢高32m，拱肋采用二次抛物线。拱肋高3.1m，拱管直径1.1m，拱管壁厚20mm、24mm，腹板壁厚16mm，拱肋钢管和腹腔内灌注C55 自密实补偿收缩混凝土。拱肋之间设2 道横撑、6 道K 撑。吊杆采用GJ15-10 和GJ15-12 型整束挤压钢绞线拉索，双层HDPE 高密度聚乙烯护套，吊杆纵向间距9m，共设32 组纵向吊杆。
2.1 施工方案优化
钢管拱原设计采用竖转法（方案1）进行施工，在桥面搭设拼装支架进行拱肋拼装，在主墩位置设置竖转提升的索塔（塔顶距梁面高55m）及提升设备，待两侧拱肋拼装完成后，竖转提升至设计位置合龙。结合现场情况，拟采用原位不对称拼装法（方案2）进行钢管拱施工，桥面上搭设临时格构式钢管承重支架，采用130t 汽车吊在梁面上从拱脚开始逐节吊装拱肋至支架上拼装，直至拱顶合龙，如图1 所示。
图1 两个比选方案示意图
通过对两种拼装方案进行对比分析，如表1 所示，综合考虑后采用方案2。
表1 拼装方案比选分析
2.2 不对称拼装方案
①拱肋施工分段。钢管拱分为拱脚预埋段、拱肋标准段、合龙段和横撑。拱脚预埋段与连续梁0#块同步施工。为减少焊接工作量，且便于运输，拱肋标准段划分为12 个节段。为减少高空焊接作业，现场再拼接成6 个吊装节段单元，节段单元最大长度29.92m，最大重量49.6t。
②支架体系。拼装支架采用双柱型格构式钢管立柱，共布置5 组，钢管立柱规格为ϕ426×8mm、ϕ325×8mm，顶部分配梁规格为双拼I36a、双拼I40a 工字钢，连接系横杆、斜杆采用[16a，拱肋支架立柱布置间距有四种：5600×2000mm、4500×2000mm、2500×2000mm 和3000×2000mm，立柱连接采用焊接，连接系与立柱连接采用连接板连接。分配梁顶设置月牙板用于支撑拱肋，板厚δ=24mm，高度根据实际调整。拱肋拼装支架材质规格均为Q235B。钢管柱底部与梁体预埋锚板焊接，板厚δ=24mm，锚筋采用9根ϕ16mmHPB300 圆钢。
③施工过程。拼装支架及拱肋均采用位于桥面的130t汽车吊侧方位从地面依次对称吊装。拱肋不对称拼装施工流程如表2 所示。
表2 拱肋不对称拼装施工流程
2.3 施工关键技术
在拱肋拼装施工过程中，拱肋与支撑支架存在失稳安全风险，在风荷载作用下产生局部屈曲，面临的关键问题如下：①在拱肋不对称拼装阶段，支架与预应力混凝土连续梁的强度、刚度等有待验证。②临时设备荷载大，支架将拱肋荷载传递至预应力混凝土连续梁时，叠加吊车吊装荷载，需要关注顶板的局部抗裂安全。
鉴于此，应关注拱肋不对称拼装、支架拆除等阶段的连续梁、拱肋及施工设施的稳定与安全问题，通过建立有限元模型分析其受力性能，确保拼装过程的安全。
模拟分析不对称拼装过程中拱肋结构和预应力混凝土连续梁结构受力状态的稳定与安全。该工程施工模拟计算荷载主要为结构自重，同时考虑施工过程中风荷载对结构的影响[8]。
3.1 支架及拱肋分析
①整体稳定性分析。基本风压取值0.6kPa，作用于Φ426×8mm 钢管柱风荷载0.2556kN/m；
作用于Φ325×8mm钢管柱风荷载0.195kN/m；
作用于[16a 剪刀撑风荷载0.096kN/m；
作用于分配梁I36/I40 风荷载0.24kN/m；
作用于拱肋风荷载1.86kN/m。支架在风荷载作用下倾覆力矩为17329.6kN·m。
拱肋及横撑总重6812.8kN，支架自重1212kN，力距为7.4m，抗倾覆力矩59383.52kN·m，抗倾覆安全系数为59383.52/17329.6=3.4，故结构不会倾覆。
②整体屈曲分析。在拱肋不对称拼装及脱架工况下，组合风载，计算支架体系的强度与刚度。“合龙+风荷载”最不利工况下，支架及拱肋整体抗风失稳系数5.734；
脱架最不利工况下，整体抗风失稳系数4.318；
拼装、脱架过程稳定性能均较高。
③钢管柱分析。根据有限元分析，拆除工况下支架应力小于吊装工况，“B5+B6 段吊装+风荷载”工况下，拱肋支架1 单肢钢管最不利受力，钢管柱最大轴力N=687.8kN，计算长度500cm，截面面积A=79.671cm2，回转半径i=11.211cm，长细比λ=44.6，稳定系数Φ=0.88，则稳定性计算值0.456＜1，故钢管柱不会失稳。
3.2 箱梁结构分析
建立预应力混凝土箱梁实体分析模型。考虑吊车支腿与支架立柱横向对齐施加拱肋拼装阶段的反力作用在箱梁顶板上，预应力混凝土箱梁及配筋应力云图如图2 所示，最大压应力3.14MPa，局部拉应力约0.1MPa，钢筋最大拉应力164.1MPa，无开裂风险。
图2 箱梁应力云图
4.1 拱肋变形监测
每一拱肋节段的端截面拱顶、拱底各设立一个测点，全桥共计19 个拱肋高程测点布置。按测量要求，在测点处设置反射片，采用全站仪和GPS 进行观测，安装最大偏差值（+16mm，-7mm），安装线形拟合较好。
4.2 拱肋应力监测
拱肋应力测点布置在一侧拱脚、L/2 截面的上、下拱管，布置2 个截面，共16 个监测点。拱脚截面内部混凝土测点和所有截面钢管应力测点均为外贴式带测温型传感器。主要监测钢管拱拱肋混凝土泵送、吊杆张拉工况下拱肋应力，理论值与实测值最大偏差1.3MPa，主要由于理论计算是近似模拟实际施工过程所产生。
4.3 吊杆索力监测
吊杆将梁体自重和梁体上部荷载传至拱肋。在整个施工过程中，吊杆内力不断发生变化，内力施工控制需在吊杆施工的各工序完成后反复进行索力复测，与理论值比对，如偏差超出容许值则需要进行索力调整。在吊杆张拉阶段采用JMM-268 索力动测仪对吊杆内力进行测量。吊杆全部张拉后实测值与理论值最大偏差为5.0%，满足10%的施工精度要求。
雷岭河特大桥160m 钢管拱采用大块段、不对称拼装施工方法，采用有限元软件反复推演、分析论证方案可行性和支架安全性，并结合施工过程监测数据分析检验，主要结论如下：
①钢管拱采用大块段、不对称拼装方法施工，可以节约周转料投入，施工速度快。②经支架整体屈曲分析可知，为满足稳定性要求，单侧拱肋安装时须将左右两幅支墩连成整体，同里程侧左右两幅的首节拼装拱肋安装完成后应优先进行横撑的连接，尽早将左右两幅的拱肋连成整体。③由于吊车上桥，临时荷载较大，需关注连续梁局部抗裂性能。④各工况下拱肋应力理论值与实测值存在一定的误差，主要由于理论计算是近似模拟实际施工过程。这些误差主要由应变滞后性、混凝土干缩与徐变的影响、连续梁剪力滞后效应、温度影响、混凝土的弹性模量等因素引起。⑤通过对支架体系合理设计及施工过程精细化模拟，辅以现场施工实时监测，临时设施安全可控。
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