论文摘要

沃野千里的松嫩平原,三江交汇,激流迭起。浩瀚的松花江上,有一座气势磅礴的大桥雄跨两岸,连通南北,状若长虹,它就是松原市天河大桥。2016年11月7日,大桥正式竣工通车,“功苦砼筑,一桥飞架南北,两岸皆成锦绣 ;政通人和,万众共建精品,方圆更添光辉。”这是中建六局的建设者们建造的第4座跨松花江大桥,完美体现了天河大桥“天人合一”的设计理念。

1 工程概况

松原市天河大桥位于素有“粮仓、林海、肉库、鱼乡”之城的吉林省松原市中西部,是中建六局在松花江上建造的第4座大桥。在此之前,六局建设者们已建造了3座大桥,分别为吉林江湾大桥、松原市第二松花江大桥(鲁班奖)以及吉林秀水大桥(国家优质工程奖)。该桥址位于松花江大桥下游约2.9km处,南北两端分别与规划城市快速路环保大街和溪浪河大街相接。桥梁总长3516m,其中桥梁长2756m,接线长760m。作为松原市内跨松花江的第3座大桥,该桥适应城市总体规划布局,有效缓解了城区交通压力,开创了经济社会发展新局面。

该工程包括北汊主桥、南汊主桥、引桥(跨南岸大堤桥、南引桥、中引桥、北引桥)三部分,南汊主桥、北汊主桥设计两座自锚式空间索面钢混组合梁悬索桥,主塔采用“人”字形索塔,寓意“天人合一”,主缆采用三维空间线形(见图1)。北汊主桥长度为546m,是世界上跨径最大的双塔三跨式自锚式空间索面钢混组合梁悬索桥,是国内跨度最大的自锚式空间索面悬索桥,科技含量高,施工难度大。

 

2 工程特点及难点

2.1 结构设计

北汊主桥中跨为两根主缆由塔顶鞍座(间距1.5m)逐渐过渡到跨中最低点处(间距26.5m),边跨为两根主缆由塔顶鞍座处逐渐过渡到后锚点。中跨设有31对吊索,边跨设有10对吊索,全桥分为左右幅,一幅共有51根吊索,每根吊索采用双吊杆。靠近塔柱的吊索距离主塔13m,其余吊索间距为8m。

主塔为双面双曲线“人”字形索塔,塔柱内外轮廓线均为曲线,分为上、中、下塔柱,设上、中、下三道横梁及塔冠(见图2)。

桥身主体采用格构式钢梁,顶面设有25cm厚的预制混凝土桥面板。北汊主桥共31个节段,节段长度设有10m(墩顶节段)、11m(钢混结合梁段)、16m(标准节段)3种形式。钢梁全宽27.5m,中心位置高3.05m,重12t/m,标准节段钢梁由2个主纵梁、4个横梁、12个小纵梁组成,各构件之间采用高强螺栓连接(见图3)。

主缆采用预制平行钢丝索股,全桥共两根主缆,每根主缆由37股127φ5.1mm 镀锌高强钢丝组成(见图4)。钢丝标准抗拉强度不小于1770MPa,单根索股无应力长约542m,重约12t。

吊索采用销接式,吊索上端通过叉形耳板与可转动索夹连接,下端通过连接杆与球形底座连接。除靠近主缆锚固区的两端采用刚性吊索外,其余均采用柔性吊索(见图5)。

主索鞍分为鞍体、索鞍底座、四氟滑板、端头挡块、隔板、锌填块和压紧装置等。鞍体分左鞍体、右鞍体,为全铸式结构,分别吊装至塔顶后组装,用高强螺栓连成一体,半鞍体重为35.4t,存在平弯和竖弯(见图6)。

2.2  施工难点

1)严寒带索塔施工 双面双曲线“人”字形索塔塔柱的倾斜率较大(相比H形索塔、宝塔形),由于项目地处松原市,昼夜温差较大,季节变化明显,主塔施工建模分析中,不仅要考虑施工荷载及本身自重的影响,还要考虑温度变化及日照对塔柱施工的影响。

2)钢混组合梁架设施工 在钢梁架设过程中,钢梁受力不宜过大,以免造成钢梁变形,且内部应力不宜消除。钢梁处于半径为12km的竖曲线上,导致钢梁制作及安装难度大。

3)自锚式空间索面悬索桥主缆系统施工 主缆锚固系统是由37根索导管和后锚板组成的空间结构,每根索导管的空间角度都不相同,导致其定位、安装施工难度大。空间索面主缆线形难以控制,索夹呈空间三维角度,不易定位、安装。自锚式空间索面悬索桥在设计时,主索鞍为满足空间线形要求,设计成平弯与竖弯的组合,导致主缆在主索鞍两侧易造成鼓丝。

4)双塔三跨自锚式空间索面悬索桥体系转换施工 首次在双塔三跨自锚式空间索面悬索桥上使用可转动索夹、球绞底座,并采用自锚式空间索面与钢混组合梁结构相结合的设计方案,施工难度大。

 

3  施工关键技术

3.1 有限元模型分析

桥塔在施工过程中不仅受塔柱结构自重、横梁预应力及液压爬模等施工荷载的影响,还受外界环境温差及日照作用下温度梯度的影响。温度变化导致塔柱与横梁不均匀膨胀或收缩,是桥塔产生裂缝的主要原因之一。通过有限元软件分析计算,充分考虑施工过程中挠度和温度变化的影响,确定合理的预偏值,选择合理的定位时间,解决线形控制问题(见图7,8)。

3.2 格构式钢梁架设

1)整体滑移施工 钢梁段应用整体滑移施工,有效控制了梁段线形,保证了施工质量和施工速度(见图9)。

2)力系转换 采用小车牵引滑移技术,将滑动摩擦改变成滚动摩擦,有效控制了钢梁的内力变化及结构变形,并利用小车上横纵向千斤顶调整钢梁轴线、里程及高程(见图10)。

 

3.3自主开发自锚式空间索面悬索桥计算程序

针对空间索面主缆线形复杂及索夹定位的难题,自主开发了自锚式空间索面悬索桥计算程序,保证了主缆及吊索空间位置精确。鉴于松原市天河大桥为国内跨度最大的自锚式空间索面悬索桥,结构为双塔三跨式,空缆线形与成桥线形差异较大,空缆线形状态下的索夹位置与成桥状态下的索夹位置成空间立体转换方式。针对此问题,课题组利用了SNAS(Space Non- Linear Analysis System)建模软件进行编程计算,并应用Midas Civil进行了同步复核验算,在全桥成桥主缆线形及索夹位置坐标校核中,满足设计及规范要求。

3.4 主缆锚固系统预制安装

主缆锚固系统由37根索道管组成,且呈空间角度。根据已建工程经验可知,现场逐根安装速度慢,且精度难以控制。本工程采用工厂预制加工,结合立面投影的施工方法及全站仪精确定位,保证锚固系统的制作精度,运至现场后整体吊装,将锚固系统直接放置在提前备好的支撑架上,采用全站仪全程跟踪以保证安装精度(见图11)。

3.5 猫道预制安装

自锚式悬索桥在主梁架设完成后,在主梁上进行猫道预制施工作业,同时可安装塔顶门架、吊装主索鞍及散索鞍,三者完成后可利用塔顶门架整体吊装,加快了施工进度,减少了施工干扰及高空作业量(见图12)。

3.6 可转动索夹及球铰底座应用

首次在双塔三跨自锚式空间索面悬索桥施工中采用可转动索夹(分为内索夹和外索夹)及球铰底座,内索夹提供抗主缆下滑力,外索夹可绕内索夹转动,使主缆和吊杆受力更为合理,安全可靠 。

3.7 计算机仿真模拟分析

主缆系统施工过程中,采用计算机仿真分析,确定合理的成桥状态,并确定合理的临时结构。在吊索张拉过程中,利用可转动索夹及球铰底座的特点,中跨采用3对临时吊索,在不满足球铰底座自由转动6°时,张拉临时吊索(见图13)。成功地将计算机仿真技术应用到大跨径空间索面自锚式悬索桥中,并达到一次张拉成型,节约了施工工期以及大量张拉工装,节约了施工成本。

 

4  结语

2016年11月7日,松原市天河大桥竣工通车。通过桥梁竣工前检测,主缆线形、吊索索力、主塔偏位及钢梁高程等均满足设计及相关规范要求。天河大桥是松原市地标性建筑,他的建成为国内自锚式空间索面悬索桥史增添了浓墨淡彩的一笔。这也是中建六局桥梁公司继松原市城区第二松花江大桥、大庆萨环东路立交桥、重庆江津区鼎山长江大桥、重庆江津区几江长江大桥、青龙河跨海特大桥、张家界跨峡谷玻璃桥之后,在桥梁领域的又一代表作。此项目形成的自锚式空间索面悬索桥施工成套技术,为类似工程建设提供了良好的技术借鉴。

文/中国建筑第六工程局有限公司 宫立新 王安鑫 黄小龙 庞小兵

 

 

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