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 王進(jìn)軍  張凱

 （1．中交二航局六公司  武漢430014；2．天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院  天津300000）

摘要  河口黃河大橋?yàn)樘m州（新城）至永靖沿黃河快速通道的重難點(diǎn)控制工程，主橋采用主跨360 m的結(jié)合梁斜拉橋。為解決大橋鋼梁合龍狀態(tài)在氣溫變化時(shí)較為敏感的問(wèn)題，文中采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)在低溫狀態(tài)下合龍時(shí)的誤差進(jìn)行了分析，同時(shí)考慮溫度效應(yīng)及系統(tǒng)誤差，計(jì)算出合龍口頂板間隙應(yīng)縮減10 mm，采用索力適當(dāng)調(diào)整保證無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度不變的自然低溫合龍方案，代替?zhèn)鹘y(tǒng)頂推強(qiáng)制合龍方案。大橋的順利合龍證明了該理論及方案的可行性。

關(guān)鍵詞  斜拉橋結(jié)合梁灰色系統(tǒng)理論合龍

1項(xiàng)目背景

河口黃河大橋是蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道的重難點(diǎn)控制工程，主橋采用主跨360 m的結(jié)合梁斜拉橋（見(jiàn)圖1），結(jié)合梁鋼梁采用縱橫工字梁形成的井格梁（見(jiàn)圖2），橋塔高99 m，是甘肅省最大跨度斜拉橋，也是國(guó)內(nèi)在建8。以上地震區(qū)最大跨度斜拉橋，本橋于2014年12月26日順利合龍。

 斜拉橋鋼梁合龍是施工過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，溫度、施工誤差、不均衡荷載等因素都會(huì)對(duì)合龍口狀態(tài)造成較大的影響，特別是鋼結(jié)合梁對(duì)氣溫十分敏感。在經(jīng)過(guò)多次方案研討及理論分析后，根據(jù)河口黃河大橋?qū)嶋H合龍條件，充分考慮結(jié)合梁斜拉橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)合龍時(shí)的誤差進(jìn)行了分析，確定采用索力適當(dāng)調(diào)整，保證無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度不變的自然低溫合龍方案。

2合龍方案及溫度影響分析

為確定一個(gè)穩(wěn)定可靠的合龍溫度，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)合龍口進(jìn)行了24 h的連續(xù)觀測(cè)，鋼梁合龍口間隙隨時(shí)間的變化曲線見(jiàn)圖3。

 由圖可見(jiàn)，12:00～17:00點(diǎn)合龍口間隙變化幅度較小，鋼梁溫度為-6～-2℃，溫度較為平穩(wěn)，宜將-5 0C作為實(shí)際合龍溫度。本橋的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度為15℃，若選擇在-5℃合龍，就造成了20 aC的整體溫差效應(yīng)，作為高次超靜定結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的次內(nèi)力。

根據(jù)有限元分析結(jié)果，15。C和-5℃2種狀態(tài)下橋面板應(yīng)力隨橋長(zhǎng)的變化曲線見(jiàn)圖4，撓度隨橋長(zhǎng)的變化曲線見(jiàn)圖5。

 由圖4、圖5可見(jiàn)，若結(jié)合梁在低于設(shè)計(jì)合龍溫度20。C的情況下自然合龍，在最不利組合下，橋面板拉應(yīng)力增加0.6 MPa，鋼梁應(yīng)力增加12MPa，位移增加1.8 cm。斜拉橋特點(diǎn)是索力可調(diào)整，如果將索力調(diào)整為設(shè)定合龍溫度下的索力，上述影響將有所減少，但由于主梁長(zhǎng)度的變化，按照無(wú)應(yīng)力狀態(tài)理論，橋梁狀態(tài)仍不能達(dá)到原設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)。因此，需考慮在低溫條件下對(duì)主梁長(zhǎng)度進(jìn)行修正，保證主梁無(wú)應(yīng)力狀態(tài)不變的合龍的方案。

3灰色系統(tǒng)理論及誤差分析

 灰色系統(tǒng)理論是以灰色模型GM(1，1)為主體，以系統(tǒng)分析、建模、預(yù)測(cè)、控制、評(píng)估為綱的技術(shù)體系。這種控制方法具有實(shí)時(shí)性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)方法簡(jiǎn)單，精確度高。灰色預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)已經(jīng)成功運(yùn)用在斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、懸索橋的施工控制中，并取得較好的效果。

3.1灰色生成

設(shè)原始序列

 采用灰色預(yù)測(cè)的方法對(duì)主梁容重、梁、塔抗彎剛度、拼接板螺栓孔位等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別與預(yù)測(cè)，表明灰色理論預(yù)測(cè)立模標(biāo)高在斜拉橋施工監(jiān)控中效果良好，結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足施工監(jiān)控的要求。分析出彈性壓縮和螺栓孔間隙造成實(shí)地半跨梁長(zhǎng)較理論值短18 mm，須在合龍段進(jìn)行修正。

4合龍誤差調(diào)整

河口黃河大橋跨中設(shè)4m長(zhǎng)的鋼梁合龍段，合龍口鋼梁構(gòu)造見(jiàn)圖6。

 北側(cè)合龍口按設(shè)計(jì)間隙及螺栓孔位提前安裝，南側(cè)合龍口需要考慮誤差、溫度效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

 根據(jù)河口黃河大橋?qū)嶋H合龍條件，充分考慮結(jié)合梁斜拉橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了識(shí)別，了解了合龍時(shí)結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)，分析出彈性壓縮和螺栓孔間隙造成實(shí)地半跨梁長(zhǎng)較理論值短18 mm。由表1可見(jiàn)，考慮溫度效應(yīng)及系統(tǒng)誤差后，合龍口頂板間隙需要縮減10 mm。由于調(diào)整值較少，采用傳統(tǒng)強(qiáng)制合龍方案費(fèi)工費(fèi)時(shí)，可考慮將索力適當(dāng)調(diào)整，滿足在低溫自然溫度下合龍，以保證主梁無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度不變，合龍后再對(duì)索力進(jìn)行調(diào)整。

 通過(guò)對(duì)河口黃河大橋的溫度效應(yīng)分析，考慮幾何非線性效應(yīng)及斜拉索軸向彈性約束效應(yīng)，體系轉(zhuǎn)化對(duì)主梁造成的撓度影響是可接受的，二次調(diào)索可保證結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)基本不變，證明考慮將索力適當(dāng)調(diào)整，滿足在低溫自然溫度下合龍思路是可行的，在不采取梁體頂推的情況下可進(jìn)行合龍。該方案有效節(jié)省了工期，河口黃河大橋最終選擇在2014年12月26日凌晨3點(diǎn)順利合龍。

5結(jié)論

 采用灰色系統(tǒng)理論對(duì)合龍時(shí)誤差進(jìn)行分析，采用索力適當(dāng)調(diào)整保證無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度不變的自然低溫合龍方案，代替了傳統(tǒng)頂推合強(qiáng)制合龍方案，解決了河口黃河大橋低溫合龍的技術(shù)難題。大橋合龍后需要通過(guò)索力調(diào)整對(duì)全橋受力狀態(tài)進(jìn)行最后一次優(yōu)化，要求對(duì)合龍后的主梁線形、塔偏、索力及結(jié)合梁應(yīng)力等進(jìn)行高精度通測(cè)，依據(jù)測(cè)量的實(shí)際狀態(tài)對(duì)斜拉索索力進(jìn)行二次優(yōu)化，確保橋梁建成后實(shí)際受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)的目標(biāo)狀態(tài)一致。河口黃河大橋的順利合龍，為蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道的全線通車(chē)贏得了寶貴的時(shí)間。