滹沱河大桥转体施工提升塔架强度和稳定性研究

76
施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2011 年 11 月上 第 40 卷 第 352 期
滹沱河大桥转体施工提升塔架强度和稳定性研究
1 2 高志松 ， 徐岳震
（ 1． 长安大学公路学院，陕西
西安
710064 ； 2． 兰州交通大学土木工程学院，甘肃
兰州
730070 ）
［摘要］ 转体施工是拱桥施工中非常重要的施工方法， 在转体过程中对竖转提升塔架 有 很 高 的 要 求， 所以要验算竖 转提升塔架的强度和稳定性 。 采用空间有 限 元 软 件 MIDAS 进 行 建 模， 计算分析提升塔架在各种计算模型下的强 度和稳定性， 并对比分析采用最优的方案 。 ［关键词］ 桥梁工程； 拱桥； 提升塔架； 稳定性； 压应力； 临界荷载失稳系数 ［中图分类号］ U445 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2011 ） 21007603
由表 1 可得出如下结论 。 1 ） 在计算模型 1 下， 塔顶在沿桥纵向最大位移 为 12. 9cm ， 沿桥横向最大 位 移 为 11. 5cm ； 底 部 塔 脚 处 既 有 拉 应 力 又 有 压 应 力，压 应 力 最 大 值 为 202MPa ， 拉应力最大 值 为 98. 6MPa ， 受 力 不 平 衡， 且 临界荷载失稳系 压应力最大值已接 近 其 抗 压 强 度， 数为 1. 17 ， 安全储备不够 。 2 ） 在计算模型 2 下， 塔顶沿桥纵向最大位移为 3. 3cm ， 沿桥横向 最 大 位 移 为 0. 37cm 。 底 部 塔 脚 处 应力全为压应 力， 且 其 最 大 值 为 141. 1MPa ， 受力较 均衡， 且最 大 压 应 力 值 低 于 其 抗 压 强 度， 临界荷载 失稳系数为 17. 7 ， 结构安全储备较高 。 3 ） 计算模型 1 和计算模型 2 对应的计算结果对 由于塔顶之间的横梁作 比分析： 在计 算 模 型 2 下， 用， 大大减小了塔 顶 沿 横 桥 向 和 纵 桥 向 的 位 移 。 由 于背拉索施加索力， 使得塔脚应力比背拉索不加索 力小很多， 而且背拉 索 施 加 索 力 以 后 塔 脚 处 应 力 全 为压应力， 应力比 较 平 衡 。 临 界 荷 载 失 稳 系 数 达 到
［收稿日期］ 201104 24 ［作者简介］ 高志松， 长安 大 学 公 路 学 院 硕 士 研 究 生， 陕西省西安市 710064 ， 电 话： （ 029 ） 88756235 ， E-mail ： 南 二 环 中 段 gaozhisong198682 @ 163． com
arch bridges ；
3
提升塔架简介 竖转提升塔架高 58m ， 长 6m ， 宽 2m 。 主管采用
2 136 个单元 。 支架的横撑杆 型总共有 808 个节点， 主 管 采 用 梁 单 元。支 架 之 和斜撑杆采用桁 架 单 元， 间横梁的横 撑 杆 和 斜 撑 杆 采 用 桁 架 单 元， 上、 下弦 杆采用梁单元 。 拱 肋 的 上 、 下弦杆及腹杆都采用梁 单元， 缀板采用板 单 元 。 两 拱 肋 之 间 的 横 向 连 系 梁 上、 下弦杆采用梁 单 元， 腹 杆 采 用 桁 架 单 元， 拉索采 用杆单元 。 5. 1 拱肋提升初始状态 计算模 型 1 和 计 算 模 型 2 对 应 的 位 移 、 梁单元 临界荷载失稳系数如表 1 所示 。 应力 、
Abstract ： Swivel construction is a very important method in arch bridge construction． It has high requirements for the vertical swivel hoisting tower in the process of swivel ，so checking the intensity and stability of the vertical swivel hoisting tower is necessary． Adopting spatial finite element software MIDAS sets up the bridge model ，intensity and stability of the vertical swivel hoisting tower on different kinds of calculation model are calculated and analyzed to attain the optimal scheme by comparative analysis． Key words ： bridges ； buckling factor 1 工程背景 滹沱河特 大 桥 呈 南 北 走 向， 跨 滹 沱 河 流 域， 起 点里程为 K4 + 371. 5 ， 终 点 里 程 为 K6 + 942. 5 ， 全长 2. 571km 。 该桥与线 路 方 向 呈 110° 角， 由主桥与引 主桥采用 40m + 200m + 40m 中 承 式 提 篮 拱 桥组成， 桥结构， 主 拱 肋 采 用 钢 管 混 凝 土 拱， 主跨拱之间采 北 岸 分 别 采 用 （ 20 × 40 + 30 + 用钢横梁 。 引 桥 南 、 16 + 40 + 30 ） m 和（ 30 + 19 × 40 ） m 的 预 应 力 混 凝 土 T 梁 结 构 。 此 桥 道 路 等 级 为 高 速 公 路， 设计时速 100km ， 设计荷载 为 公 路 -Ⅰ 级 荷 载 。 主 拱 结 构 主 要 由拱肋 、 横 向 联 系、 立 柱、 横 梁、 纵 梁、 吊 杆、 系 杆、 桥 拱座基础组成 。 全桥布置如图 1 所示 。 面系 、 2 施工方案 施工方 案 经 专 家 仔 细 研 究 讨 论 后 同 意 施 工 单 位对主跨采用竖转 提 升 方 案， 此方案把拱肋从 3 号 横撑侧面断开， 预留 2. 5m 合 龙 段， 在拱肋 1 号横撑
hoisting tower ；
stability ；
compressive stress ；
critical load
图1 Fig． 1
全桥布置
Layout of the whole bridge
和 2 号横撑中间位 置 各 安 装 4 个 提 升 塔 架， 将拱肋 在其竖转位置投影 线 上 进 行 卧 式 整 体 拼 装 （ 包 括 相 应横撑） ， 完成地表卧式拼装的拱肋通过安装于提 两 升塔架上的液压穿 心 千 斤 顶 牵 引 整 体 竖 转 到 位， 侧拱肋均 竖 转 到 位 后 利 用 履 带 式 起 重 机 安 装 合 龙 段， 完成 拱 肋 组 装 施 工 。 由 于 采 用 地 表 卧 式 拼 装， 可提高焊接 工 效， 同 时 更 便 于 拱 肋 组 对 和 调 整， 保 证焊接质量， 减少了高空作业 。 完成地表 卧 式 拼 装 的 钢 管 拱 肋 在 其 根 部 与 拱 座采用拱脚临时铰 连 接 定 位， 然后通过搭设与横撑 间的提升塔上的液 压 穿 心 千 斤 顶， 利用钢绞线牵引 将 拱 肋 提 升 到 安 装 位 置， 最后安装 拱肋连续搬 转，
计算模型 计算模型 1 计算模型 2 计算模型 3 纵桥向最 大位移 / cm 18. 00 2. 90 0. 18 横桥向最 大位移 / cm 7. 60 0. 28 0. 17 塔脚最大 压应力 / MPa 334. 5 91. 4 92. 4 塔脚最大 临界荷载 拉应力 / 失稳系数 MPa 181. 1 无 无 0. 9 4. 8 8. 7
Research of Hoisting Tower's Intensity and Stability to Swivel Construction in Hutuohe Bridge
Gao Zhisong 1 ，Xu Yuezhen 2
（ 1. Highway School ，Chang'an University ， Xi'an ，Shaanxi 710064 ，China ； 2 ． School of Civil and 730070 ，China ） Engineering ， Lanzhou Jiaotong University ，Lanzhou ，Gansu
如图 4c 所示 。 索力为1 000kN ） ，
图4 Fig． 4 图2 Fig． 2 施工方案布置
计算模型
Calculation models for final condition
5
计算模型及结果分析 采用桥梁空间有限元软件 MIDAS 建模分 析， 模
Layout of construction scheme
图3 Fig． 3
计算模型
Calculation models for initial condition
4. 2
拱肋被提升至合龙位置状态 此种状态支架 处 于 最 不 稳 定 状 态， 故也需对其
进行验算， 有 3 种 计 算 模 型： ① 双 塔 之 间 不 加 横 梁 、 背拉索不加索力， 如图 4a 所示； ② 双塔之间加横梁 、 背拉 索 加 索 力 （ 背 拉 索 施 加 的 初 始 索 力 为 1 000kN ） ， 如 图 4b 所 示； ③ 双 塔 之 间 加 横 梁 、 背拉 索加索力 、 双塔侧面再加拉索（ 背拉索施加的初始
529mm 螺 旋 钢 管， 钢 管 壁 厚 10mm ， 材 质 Q235 ； 支 架横 撑 采 用 325mm 钢 管， 壁 厚 8mm ； 斜 撑 采 用 165mm 钢管， 壁厚 4. 5mm 。 支架分为两大段， 先在 地面平 躺 拼 装， 第 1 段 高 42m ， 第 2 段 高 16m ， 用 200t 履带式 起 重 机 起 吊 安 装 。 安 装 接 头 采 用 法 兰 盘连接， 每个支架顶高出拱肋顶面 8m 。 由于提升塔 架采用钢桁 架 结 构， 除 了 验 算 强 度 之 外， 还要进行 稳定性验算 。 4 提升塔架的极限状态分析 施工方案在转 体 过 程 中， 拱肋提升初始状态和 拱肋被提升至合龙 位 置 状 态 为 两 种 最 不 利 状 态， 取 吊装时的长段分别进行这两种状态的分析计算 。 4. 1 拱肋提升初始状态 支 架 的 受 力 最 大， 需要对其进行 此种状态 下， 验算， 有两种计算模 型： ① 双 塔 之 间 不 加 横 梁 、 背拉 索不加索力， 如图 3a 所示； ② 双塔之间加横梁 、 背拉 索加索力 （ 背 拉 索 施 加 的 初 始 索 力 为 1 000kN ） ， 如 图 3b 所示 。