■高興贊 游德泉 李瓊慧
(1.湖北交投宜昌投資開(kāi)發(fā)有限公司,宜昌 443000;2.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所,福州 350004;3.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,武漢 430050)
某城市高新二路獨(dú)塔斜拉橋主橋?yàn)楠?dú)塔雙索面斜拉橋,橋跨布置為(65+95)m。塔高 66.116m,主塔尺寸 3.6m×3.6m,主梁采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)。主橋立面布置如圖1所示,主梁箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。主橋主梁采用鋼箱梁,梁段橫斷面為整體式閉合箱型斷面,鋼箱梁采用全焊結(jié)構(gòu)。箱梁梁高為2.6m,設(shè)置坡度大小為1.5%的雙向橫坡,頂板寬36.0m,底板寬26.6m。頂板板厚16mm,腹板厚為16mm與30mm兩種,橫隔板間距分別為 2.5m、3.0m、3.5m。
圖1 主橋立面圖(單位:m)
圖2 主梁箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位:mm)
鋼拱塔外觀從橫立面看呈網(wǎng)球拍型,塔高約66.1m,與豎直向成10°夾角。其中橋面標(biāo)高以上部分約63.5m;主塔采用鋼箱截面,截面尺寸為3.6m×3.6m,板厚8~40mm;材料采用Q345qD鋼材,頂?shù)装寮案拱寰O(shè)置縱向加勁肋,加勁肋間距0.72m。主塔鋼箱約每3m設(shè)置一道帶鑲邊的橫隔板。塔上設(shè)置鋼錨箱,斜拉索錨固于鋼錨箱內(nèi)。
根據(jù)橋體的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不同可以分為三類(lèi)轉(zhuǎn)體施工法:水平轉(zhuǎn)體施工法、豎向轉(zhuǎn)體施工法與平豎轉(zhuǎn)結(jié)合施工法[1]。早在20世紀(jì)40年代豎轉(zhuǎn)法就已經(jīng)出現(xiàn)了,這是最早出現(xiàn)的轉(zhuǎn)體施工法[2]。常用的轉(zhuǎn)體方法有兩種:一種是利用三角架起扳進(jìn)行轉(zhuǎn)體,另一種是利用豎轉(zhuǎn)架進(jìn)行轉(zhuǎn)體[3]。高新二路獨(dú)塔斜拉橋由于場(chǎng)地限制及鋼塔受力分析后選用了塔架豎提轉(zhuǎn)體的方法。
鋼塔整體拼裝鋼塔自重848.41t,分為15個(gè)箱梁,D0至D7段為左右鏡像形式,D8節(jié)段為單節(jié)段,如圖3所示:
圖3 鋼塔外形及安裝分段示意圖
現(xiàn)場(chǎng)鋼塔整體組裝胎架與鋼塔橋面成15°夾角,現(xiàn)場(chǎng)胎架搭建按照鋼塔整體與橋面成13°夾角投影放地樣,所有準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備結(jié)束后,啟動(dòng)液壓千斤頂,開(kāi)始豎轉(zhuǎn);當(dāng)鋼拱塔豎轉(zhuǎn)到與地面呈80°夾角位置后,系統(tǒng)將停機(jī),在此期間將所有夾持器夾緊,轉(zhuǎn)體過(guò)程如圖4,圖5,圖6所示。
圖4 豎轉(zhuǎn)初始位
圖5 鋼塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程示意
圖6 鋼塔豎轉(zhuǎn)到位
ANSYS建立斜拉梁模型時(shí)根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)主梁會(huì)選擇不同的建模方式[4]。高新二路獨(dú)塔斜拉橋空間有限元模型采用了單主梁形式。梁與塔均用三維彈性梁BEAM 188單元[5]模擬。本模型未對(duì)下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,只將箱梁的兩個(gè)邊墩和鋼塔拱座進(jìn)行了約束,空間模型的模型如圖7所示。在使用BEAM 188這種單元建立模型時(shí),采用了它的任意截面功能,即將梁與塔的實(shí)際截面導(dǎo)入建模。首先將實(shí)際截面的CAD圖形生成面域并輸出SAT格式文件,將該截面導(dǎo)入ANSYS,再對(duì)這個(gè)截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分,SECWRITE這個(gè)面,保存截面為SECT文件,這樣就創(chuàng)建了這個(gè)任意截面,最后用SECREAD命令讀入即可。
圖7 有限元計(jì)算模型
設(shè)定不同位置作為計(jì)算量測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn),如圖8所示??紤]橋鋼塔豎轉(zhuǎn)初始工況(15°工況)、豎轉(zhuǎn)中間工況(30°工況)、橋拱豎轉(zhuǎn)中間工況(45°工況)、橋拱豎轉(zhuǎn)中間工況(60°工況)、橋拱豎轉(zhuǎn)完成工況(80°工況)等 5 個(gè)計(jì)算工況,按照設(shè)計(jì)和施工所確定的施工工序,以及設(shè)計(jì)所提供的基本參數(shù),對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,包括:
(1)各施工狀態(tài)下的理論數(shù)據(jù):主梁標(biāo)高、鋼塔軸線(xiàn)變位、拉索索力以及控制截面應(yīng)力。
(2)施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)各控制點(diǎn)的局部應(yīng)力應(yīng)變。
圖8 關(guān)鍵點(diǎn)位置示意圖
通過(guò)對(duì) 15°工況、30°工況、45°工況、60°工況、80°工況5個(gè)工況計(jì)算結(jié)果的分析,得到了各個(gè)施工階段鋼箱梁、鋼塔的應(yīng)力和位移、斜拉索的索力。
計(jì)算分析結(jié)果表明,鋼箱梁的位移在五個(gè)工況中變化不大,均如圖9所示。
圖9 箱梁變形曲線(xiàn)
鋼箱梁上緣最大壓應(yīng)力為28.11MPa,下緣最大拉應(yīng)力為29.28 MPa;最大應(yīng)力出現(xiàn)在支點(diǎn)處,上述應(yīng)力均小于公路橋規(guī)的容許應(yīng)力值。
鋼塔的變形趨勢(shì)在五個(gè)工況中保持一致變形,鋼塔的變形主要呈向內(nèi)收縮的趨勢(shì),拱角往內(nèi)收縮,最大的位移為1.2cm。
在整個(gè)外塔提升過(guò)程中,在初始15°狀態(tài)時(shí),前、后拉索索力最大,隨豎轉(zhuǎn)進(jìn)行至豎轉(zhuǎn)就位,索力逐漸減小,變化趨勢(shì)如圖10所示。
圖10 前后拉索索力變化
為保證豎轉(zhuǎn)過(guò)程中鋼拱塔的強(qiáng)度、剛度滿(mǎn)足規(guī)范要求,對(duì)主塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行施工跟蹤模擬計(jì)算分析,建立了有限元分析計(jì)算模型,主要對(duì)初始提升狀態(tài)、不同角度下的懸停狀態(tài)和最終豎轉(zhuǎn)到位的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)靜力分析得出了以下結(jié)果:
(1)鋼塔豎轉(zhuǎn)過(guò)程中最大位移出現(xiàn)在30°工況的塔頂,最大豎向位移6.4cm,在安全范圍內(nèi);最大橫向位移9cm,施工中需利用塔吊、千斤頂、倒鏈以及楔子等對(duì)其軸線(xiàn)偏差以及標(biāo)高偏差進(jìn)行校正,鋼塔最大綜合應(yīng)力為38.3MPa,小于許用應(yīng)力160 MPa(有焊縫);
(2)豎轉(zhuǎn)架的最大綜合應(yīng)力為110 MPa,位置在豎轉(zhuǎn)架架腳,小于許用應(yīng)力257 MPa故施工過(guò)程安全;
(3)拉鎖的初始15°工況的索力最大為4157kN,小于拉鎖單根最大破斷力6250kN,施工中拉鎖安全;
(4)同其它方案相比,豎向轉(zhuǎn)體施工具有施工時(shí)間短,避免高空作業(yè),豎轉(zhuǎn)時(shí)采用計(jì)算機(jī)全過(guò)程控制,使其更安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[1]張健峰,鐘啟賓.橋梁水平轉(zhuǎn)體法施工的成就及發(fā)展[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1992,(6).
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