1 工程概况

　　1.1 设计概况

　　福州市道庆洲跨江大桥为福州市第1座公轨两用跨江大桥，跨江主桥为双层变高预应力钢桁梁，桥跨布置为121m+276m+121m(见图1)。为满足结构受力需要，主墩支点附近区域上弦杆锚固2对体外预应力索。主桁立面采用三角桁式布置，边跨及主跨跨中区段标准桁高9.5m，主墩附近区段桁高由9.5m变至23.0m，主桁标准节间长12m。

　　主桁采用整体节点结构形式，上弦杆顶板采用焊接，底板及腹板采用高强螺栓拼接;下弦杆四面采用高强螺栓拼接。

　　1.2 总体安装方案

　　钢桁梁采用先双悬拼上边墩，再中跨合龙的总体安装方案。为满足拼装需要，在下弦杆E9/E9',E11/E11'节点处设置墩旁ZL1临时墩，在边跨E6/E6'节点处设置ZL2临时墩(见图1,2)。主要施工步骤为:利用ZL1临时墩安装节段(1);对称双悬拼施工至完成节段(4),(5)超重下弦杆的安装;抄垫ZL2临时墩至临界受力状态;拼装节段(4)剩余一般杆件及边跨节段(5);脱空ZL1临时墩;不对称双悬拼施工至上边墩，边跨超前2个节段施工;悬拼施工至中跨合龙。

　　2 不对称支撑体系研究

　　2.1 墩旁支撑受力

　　墩旁对称设置临时支撑的目的为:(1)作为拼装初始节段支撑，所需“实力”为F₁，一般较小;(2)作为悬拼施工支撑，所需“实力”为F₂，钢桁梁悬臂长度越大，F₂越大，通常F₂>F₁;(3)保证悬拼施工结构抗倾覆稳定性，所需“虚力”为F₃。

　　墩旁临时支撑“虚力”F₃可由抗倾覆稳定性计算得到，影响钢桁梁抗倾覆稳定性计算的主要荷载为钢桁梁自重、桥面吊机自重、风荷载。操作平台等施工荷载的影响较小，可忽略不计。设O点为永久支撑点，A,B点为临时支撑点，A,B点与O点的距离分别为L_e,L_f，初始节段在A,O,B点上拼装，然后进行对称双悬拼施工。边跨悬臂段质量为G₁，重心与O点的距离为L_a;中跨悬臂段质量为G₂，重心与O点的距离为L_b。桥面吊机质量为G_q，边跨桥面吊机重心与O点的距离为L_c，中跨桥面吊机重心与O点的距离为L_d。边跨竖向风荷载为q_w/2，边跨悬臂段长度为L₁;中跨竖向风荷载为q_w，中跨悬臂段长度为L₂(见图3)。

　　图1 立面布置(单位:m)  

　　图2 典型断面(单位:m)  

　　图3 墩旁支撑“虚力”F₃计算简图  

　　根据TB 10203—2002《铁路桥涵施工规范》可知平衡梁抗倾覆稳定系数应>1.3，即抗倾覆稳定性计算需满足M_r/M_0v>1.3，其中M_r为荷载标准值对计算点产生的抗倾覆力矩，M_0v为荷载标准值对计算点产生的倾覆力矩。

　　临时支撑点A,B仅受压，计算中跨抗倾覆稳定性时，临时支撑点B起有利作用，假定其受力为F₃，则:

　　由M_r/M_0v>1.3可求得F₃。

　　由抗倾覆稳定性计算公式可知，抗倾覆稳定性计算的实质为防止整体结构绕某点转动，所需竖向荷载为常量，在悬臂两侧荷载平衡的特殊情况下(G₁=G₂,L_a=L_b,L_c=L_d,L₁=L₂，风荷载相同)，支撑力F₃≠0，即平衡荷载作用下结构仍需外力保证具有足够的抗倾覆系数。需指出的是，在施工阶段模型中加载可能的不平衡荷载(如不平衡节间质量、不平衡风荷载、桥面吊机不平衡位移)算得墩旁临时支撑反力F₂，乘以K后作为墩旁临时支撑竖向荷载，无法满足结构整体抗倾覆稳定性计算要求，模型计算时，临时支撑点反力与临时支撑压缩刚度有关，压缩刚度越小，反力越小，在悬臂两侧荷载平衡的特殊情况下，如果压缩刚度趋于0，则F₂趋于0，保证结构不倾覆所需的竖向荷载KF₂也趋于0。由此可见，竖向荷载KF₂与抗倾覆稳定性计算所需的“虚力”F₃不同。

　　为说明KF₂与抗倾覆稳定性计算所需“虚力”F₃的区别，设O点为永久支撑点，A,B点为临时支撑点，A,B点与O点的距离分别为L_e,L_f，初始节段在A,O,B点上拼装，然后进行对称双悬拼施工。边跨荷载为G_L，作用点与O点的距离为L_L;中跨荷载为G_R，作用点与O点的距离为L_R;荷载合力为G_L+G_R，作用点与O点的距离为L_x(见图4)。

　　图4 墩旁支撑竖向荷载KF₂及“虚力”F₃计算简图 

　　临时支撑点A,B仅受压，计算中跨抗倾覆稳定性时，临时支撑点B起有利作用，假定其受力为F₃，则F₃=(KG_RL_R-G_LL_L)/L_f。若G_R=G_L=G,L_R=L_L=L，则F₃=(K-1)GL/L_f。

　　假定临时支撑压缩刚度取值为无穷大，且悬臂较长，永久支撑点趋于脱空，L_x=(G_RL_R-G_LL_L)/(G_L+G_R),B点反力F₂=[(G_L+G_R)×(L_e+L_x)]/(L_e+L_f)，显然KF₂≠F₃。若G_R=G_L=G,L_R=L_L=L，则KF₂=KG，当K/(K-1)<L/L_f时，KF₂<F₃，即悬臂长度越大，F₃相对KF₂越大。

　　“实力”F₁,F₂为施工过程中实际存在的荷载，而“虚力”F₃并不存在，仅为保证结构抗倾覆稳定系数达到K而引入的虚拟荷载，F₃取值与K有关。临时支撑压缩刚度越小，钢桁梁抗弯刚度越大，F₂越小。一般情况下，当计算模型中计入临时支撑压缩刚度时，临时支撑“实力”F₂将小于“虚力”F₃。

　　假定F₂对应的临时支撑压缩变形为Δ₂,F₃对应的临时支撑压缩变形为Δ₃。若Δ₂>Δ₃，则当压缩变形达Δ₂时，F₃满足受力要求;若Δ₃>Δ₂，则当压缩变形达Δ₃时，F₂满足受力要求，即临时支撑竖向荷载为F₂,F₃较大值。

　　临时支撑压缩刚度越小，钢桁梁抗弯刚度越大，F₂越小。一般情况下，在计算模型中计入临时支撑压缩刚度时，临时支撑“实力”F₂将小于“虚力”F₃。

　　2.2 其余临时支撑受力

　　当钢桁梁安装至其余临时支撑后，为保证结构受力体系明确，一般将墩旁临时支撑与钢桁梁之间的支垫脱空。当其余临时支撑对称设置时，其受力模式与墩旁临时支撑相似，临时支撑受力一般由抗倾覆稳定性计算确定;当其余临时支撑不对称设置时，钢桁梁为静定体系，此时临时支撑将承受“实力”F₂。另外，临时支撑仍需提供满足抗倾覆稳定性计算所需的“虚力”F₃。

　　临时支撑不对称设置时，其余临时支撑受力可由抗倾覆稳定性计算得到。影响钢桁梁抗倾覆稳定性计算的主要荷载为钢桁梁自重、桥面吊机自重、风荷载。操作平台等施工荷载的影响较小，可忽略不计。设O点为永久支撑点，A,B,C点为临时支撑点，C点与O点的距离为L_e，初始节段在A,O,B点上拼装，对称双悬拼施工至C点后，C点梁底抄垫至临界受力状态，再脱空A,B点。边跨悬臂段质量为G₁，重心与O点的距离为L_a;中跨悬臂段质量为G₂，重心与O点的距离为L_b。桥面吊机质量为G_q，边跨桥面吊机重心与O点的距离为L_c，中跨桥面吊机重心与O点的距离为L_d。边跨竖向风荷载为q_w，边跨悬臂段长度为L₁;中跨竖向风荷载为q_w/2，中跨悬臂段长度为L₂(见图5)。

　　图5 其余临时支撑“虚力”F₃计算简图  

　　计算边跨抗倾覆稳定性时，临时支撑点C起有利作用，假定其受力为F₃，则:

　　由M_r/M_0v>1.3可求得F₃。

　　对于其余临时支撑，在施工阶段模型中加载可能的不平衡荷载(如不平衡节段质量、不平衡风荷载、桥面吊机不平衡位移)算得其余临时支撑反力F₂，乘以K后作为墩旁临时支撑竖向荷载，无法满足结构整体抗倾覆稳定性计算要求。设O点为永久支撑点，A,B,C点为临时支撑点，C点与O点的距离为L_e，初始节段在A,O,B点上拼装，对称双悬拼施工至C点后，C点梁底抄垫至临界受力状态，再脱空A,B点。边跨荷载为G_L，作用点与O点的距离为L_L;中跨荷载为G_R，作用点与O点的距离为L_R;荷载合力为G_L+G_R，作用点与O点的距离为L_x(见图6)。

　　图6 其余临时支撑竖向荷载KF₂及“虚力”F₃计算简图  

　　临时支撑点C仅受压，计算边跨抗倾覆稳定性时，临时支撑点C起有利作用，假定其受力为F₃，临时支撑点A,B脱空后，则F₃=(KG_LL_L-G_RL_R)/L_e。

　　临时支撑点A,B脱空后，结构为简支体系，L_x=(G_lL_L-G_RL_R)/(G_L+G_R),C点反力F₂=(G_L+G_R)L_x/L_e=(G_lL_L-G_RL_R)/L_e，显然KF₂<F₃。

　　2.3 支撑体系布置

　　墩旁临时支撑需满足初始节段拼装要求，一般对称布置。墩旁临时支撑竖向荷载一般由抗倾覆稳定性计算确定。其余临时支撑竖向荷载由抗倾覆稳定性计算确定，可不对称布置。不对称布置时，可通过压重或超前悬拼，满足另一侧抗倾覆稳定性计算要求。

　　3 支撑体系受力对比

　　3.1 不对称支撑体系

　　除墩旁对称设置临时支撑外，仅在边跨下弦杆E6/E6'节点处设置临时支撑，钢桁梁对称悬拼完成5个节段后，边跨超前中跨2个节段悬拼。

　　1)抗倾覆稳定性计算典型工况1桥面吊机拼装边跨节段(9)、中跨节段(6)，边跨超前安装节段(10)的下弦杆。中、边跨竖向风荷载不均匀系数为0.5∶1.0。边跨抗倾覆系数为1.31，边跨下弦杆E6/E6'节点临时支撑需提供13 500kN的竖向反力。

　　2)抗倾覆稳定性计算典型工况2桥面吊机拼装边跨节段(9)、中跨节段(6)。中、边跨竖向风荷载不均匀系数为1.0∶0.5。中跨抗倾覆系数为1.32,E6/E6'节点临时支撑无需提供抗倾覆所需的支撑力，需提供9 000kN的竖向反力。

　　3.2 对称支撑体系

　　除墩旁对称设置临时支撑外，在边、中跨下弦杆E6/E6',E14/E14'节点处对称设置临时支撑，钢桁梁对称悬拼施工。

　　1)抗倾覆稳定性计算典型工况1桥面吊机拼装边跨节段(9)、中跨节段(9)，边跨超前安装节段(10)的下弦杆。中、边跨竖向风荷载不均匀系数为0.5∶1.0。边跨抗倾覆系数为1.31，边跨下弦杆E6/E6'节点临时支撑需提供7 500kN的竖向反力。

　　2)抗倾覆稳定性计算典型工况2桥面吊机拼装边跨节段(9)、中跨节段(9)，中跨超前安装节段(10)的下弦杆。中、边跨竖向风荷载不均匀系数为1.0∶0.5。中跨抗倾覆系数为1.30，中跨下弦杆E14/E14'节点临时支撑需提供10 000kN的竖向反力。

　　4 结语

　　1)墩旁临时支撑需满足初始节段拼装要求，一般对称布置，墩旁临时支撑竖向荷载一般由抗倾覆稳定性计算确定。

　　2)其余临时支撑竖向荷载由抗倾覆稳定性计算确定，可不对称布置，通过压重或超前悬拼，以满足另一侧抗倾覆稳定性计算要求。

　　3)抗倾覆稳定性计算的实质为防止整体结构绕某点转动。在施工阶段模型中加载可能的不平衡荷载(如不平衡节间质量、不平衡风荷载、桥面吊机不平衡位移)算得墩旁临时支撑反力F₂，乘以K后作为墩旁临时支撑竖向荷载，无法满足结构整体抗倾覆稳定性计算要求。

　　4)不对称临时支撑体系可节约施工成本，为较优支撑体系。

　　5)当中跨跨越航道时，因不对称支撑体系无需在中跨航道附近布置临时支撑，可降低施工期临时支撑遭受船撞，进而导致梁体整体倾覆的风险。