钢箱系杆拱桥平衡转体施工阶段结构分析

摘要

转体施工是一种施工新技术,以前一直在山区比较盛行,近些年来由于钢管混凝土和新型桥梁结构形式的出现,转体施工开始从山区走向城市。伴随着我国铁路的跨越式发展,大批客运专线和高速铁路已投入建设和使用,跨线桥梁也越来越多。由于很多情况下被跨越线路交通繁忙,所以不影响通行的转体施工工艺被广泛采用。但转体施工仍旧有很多关键问题没有得到很好解决,如合理的索力难以确定,转体阶段结构容易整体失稳等,为了转体施工的进一步发展,有必要对它们进行分析研究。
　　 本文以京沪高铁跨京开高速公路钢箱系杆拱桥转体施工过程为背景,利用midas/civil有限元软件对其进行了施工过程的分析。本文对转体结构进行了施工阶段的挠度及应力分析、施工各个阶段对扣索力及吊杆力的影响、施工各阶段支架的内力的变化和压重及扣索力变化对转体结构的挠度影响做了相应研究。同时利用现场对转体结构转动过程中的监测数据,归纳出了各施工阶段对不平衡弯矩的影响和重心位置的偏移情况。得出了以下结论:
　　 (一)对结构的整体受力分析,钢箱型截面的截面特性足以抵抗扣索的张拉力以及吊杆的张拉力,钢箱型截面的应力值在转体结构完全脱架时为最大,最大应力值为44MPa。完全可以满足稳定性及强度要求;
　　 (二)在拆除支架及张拉吊杆的过程中对扣索的张拉力影响很小,整个施工过程对扣索力的综合影响在3.4％以内,扣索力的变化主要在张拉扣索施工阶段;
　　 (三)在拆除支架的各个施工阶段吊杆内力的变化很小,但在第二次张拉扣索过程中,吊杆3、4、5的内力变化特别大,吊杆5在第二次张拉扣索后由原来35kN增加到407kN,其轴向应力为36MPa;
　　 (四)转体结构的挠度主要是在张拉扣索引起的,第一次张拉扣索时只是主跨拱肋有所上挠;第二次张拉扣索时,由于拱肋与主纵梁之间已有吊杆连接所以整个转体结构都有向上较大位移;
　　 (五)在边跨施加压重也会对挠度产生影响,但这种影响主要为刚体转动,中跨挠度增加的同时边跨会相应减小。在边跨施加压重距拱脚距离远近不同挠度的变化也会不同。挠度的变化量基本与施加压重的重量成比例关系;
　　 (六)转体结构在脱离支架及转体过程中,转体结构的重心及不平衡弯矩不断改变,因此撑脚的内力在不断变化。