魏　宇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

瀾滄江特大橋鋼管拱二次豎轉(zhuǎn)的計(jì)算與分析

魏宇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

摘要以大瑞線瀾滄江特大橋?yàn)槔?，選取梁?jiǎn)卧M主拱，對(duì)拱肋二次豎轉(zhuǎn)施工過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算及分析，給出了計(jì)算結(jié)果及總體評(píng)價(jià)意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞拱橋二次豎轉(zhuǎn)梁?jiǎn)卧治?/p>

鋼筋混凝土拱橋是鐵路橋梁結(jié)構(gòu)中普遍運(yùn)用的結(jié)構(gòu)形式之一，隨著大量的鐵路橋梁工程建設(shè)，拱橋的施工方式也日臻成熟，包括就地澆筑、支架施工方法、懸臂施工方法，纜索吊裝法、轉(zhuǎn)體法和勁性骨架法。

以瀾滄江特大橋做為工程實(shí)例，對(duì)主拱二次豎轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行計(jì)算分析并提出總體評(píng)價(jià)，為同類橋梁設(shè)計(jì)施工提供借鑒。

1工程概況

1.1　地形地貌、水文氣象

橋址河床狹窄，地勢(shì)險(xiǎn)峻，河谷呈“V”形，兩岸相對(duì)高差約1 024 m，兩岸山坡角度約60°，局部巖面達(dá)90°。

橋址區(qū)位于瀾滄江峽谷中，屬亞熱帶河谷型濕潤(rùn)氣候，夏秋多雨，冬春季干燥，全年中6～10月份為雨季，其余時(shí)間為旱季。雨季降水豐富，各種地質(zhì)災(zāi)害也頻頻發(fā)生；旱季風(fēng)大，橋址附近年平均風(fēng)速為12.22 m/s(6級(jí)風(fēng))，最大風(fēng)速可達(dá)26 m/s(10級(jí)風(fēng))。

1.2　主要技術(shù)條件

瀾滄江特大橋橋跨布置為：(1-32+2-24+1-32) m簡(jiǎn)支箱梁+363 m上承式拱橋+1-32 m簡(jiǎn)支箱梁，全橋長(zhǎng)528 m，主橋計(jì)算跨徑342 m，Ⅰ級(jí)雙線鐵路，設(shè)計(jì)速度160 km/h；橋面設(shè)置有車站，寬度為14.5 m。

主橋采用363 m上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱橋方案， 鋼管混凝土勁性鋼骨架的主弦管與腹桿通過(guò)節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行栓接連接，節(jié)點(diǎn)板與主弦管、拱肋橫撐與主弦管等復(fù)雜焊接連接均為工廠焊縫，利用兩岸陡峭的巖體支撐進(jìn)行拱肋的立式拼裝，通過(guò)二次豎轉(zhuǎn)的新技術(shù)完成鋼管混凝土勁性骨架的安裝。拱肋采用外包混凝土，提高了結(jié)構(gòu)的剛度，避免了鋼結(jié)構(gòu)橋梁巨大的養(yǎng)護(hù)維修工作量。

主拱為計(jì)算跨徑342 m、矢跨比1/4.15、拱軸系數(shù)m=3.4的懸鏈線提籃拱，兩條拱肋內(nèi)傾6.8°。每條拱肋為單個(gè)混凝土箱梁，內(nèi)包鋼管混凝土桁架的勁性骨架。

上、下弦管的鋼管外徑為1.0 m，壁厚根據(jù)受力部位的不同分別為26 mm、36 mm、42 mm、46 mm。豎向腹桿除拱腳處受力需要采用鋼箱截面外，其余為焊接工形截面或?qū)捯砭塇型鋼。桁架上、下平聯(lián)均為寬翼緣H型鋼，寬翼緣H型鋼型號(hào)為HW400×400及HW350×350。全橋共設(shè)置20道橫撐，橫撐為箱形混凝土截面，內(nèi)包鋼結(jié)構(gòu)桁架，其弦管為φ600鋼管，腹桿為型鋼。大理岸山體支撐為3道，保山岸為4道。

為了適應(yīng)豎轉(zhuǎn)的需要，拱腳上鉸軸為直徑2.2 m的鋼管混凝土，鉸座下設(shè)置定位型鋼，以保證鉸座定位準(zhǔn)確。勁性骨架橫向由二片拱肋組成，每個(gè)拱腳的鉸軸橫向?qū)?.5 m。同岸的左右側(cè)拱座上豎轉(zhuǎn)鉸軸保證在一條水平線上。

兩岸拱肋的1/2處也分別設(shè)置轉(zhuǎn)鉸，即中間鉸，中間鉸構(gòu)造見(jiàn)圖1。

圖1　中間鉸構(gòu)造

1.3　豎轉(zhuǎn)體系的布置

本橋采用立拼鋼管拱肋二次豎轉(zhuǎn)就位新工藝，應(yīng)用多臺(tái)同步連續(xù)操作的千斤頂，通過(guò)電液比例控制技術(shù)進(jìn)行豎轉(zhuǎn)施工，每岸豎轉(zhuǎn)重量近2 400 t，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)190 m。

二次豎轉(zhuǎn)施工方案：即在兩岸順著山體安裝施工支架，利用80 t纜索吊機(jī)在支架上拼裝拱肋，拼裝完成后安裝豎轉(zhuǎn)設(shè)備，設(shè)置牽引索，先將上部分拱肋扳起，完成半跨拱肋連接，再向下豎轉(zhuǎn)、合龍，完成拱肋勁性骨架安裝施工。

為了抵抗中間轉(zhuǎn)鉸以上部分拱肋扳起時(shí)向江心的水平拉力和一次豎轉(zhuǎn)完成后二次豎轉(zhuǎn)開(kāi)始初期中間轉(zhuǎn)鉸處向山體側(cè)壓力，分別在2號(hào)墩、3號(hào)墩及6號(hào)臺(tái)處設(shè)置拉壓連接桿。大理岸(左側(cè))邊向江心的水平拉力由2號(hào)墩和1號(hào)墩兩者共同受力承擔(dān)(兩墩通過(guò)柔性拉索傳遞拉力)，其壓力通過(guò)拉壓桿由2號(hào)墩單獨(dú)承擔(dān)；保山岸(右側(cè))中間轉(zhuǎn)鉸處的水平拉力和壓力均通過(guò)拉壓桿傳遞到M2錨碇，由M2錨碇承擔(dān)。保山岸豎轉(zhuǎn)后采用巖錨結(jié)構(gòu)，大理岸豎轉(zhuǎn)后采用樁基承臺(tái)結(jié)構(gòu)。

2計(jì)算模型的建立

采用MIDAS計(jì)算程序建立空間模型。模型底轉(zhuǎn)鉸采用一般支承的鉸接形式，山體支撐和拉壓桿采用桁架形式，也采用一般支承的鉸接形式。中間鉸的模擬采用分離式，將中間鉸上下兩部分分開(kāi)建立，中間鉸以上部分鋼結(jié)構(gòu)在中間鉸銷軸位置處的模擬采用一般支承的鉸接，然后將中間鉸以上部分產(chǎn)生的三個(gè)方向的反力加到中間鉸以下部分，并把中間鉸以下?lián)螚U的一端釋放梁端約束，以模擬鉸接形式。

3拱肋豎轉(zhuǎn)計(jì)算

主拱整個(gè)豎轉(zhuǎn)過(guò)程分為9個(gè)工況，計(jì)算工況如表1。

表1　主拱豎轉(zhuǎn)工況

拱肋勁性骨架用梁?jiǎn)卧M，主要桿件單元內(nèi)力見(jiàn)表2。

表2　各工況下桿件最大內(nèi)力

桿件單元應(yīng)力見(jiàn)表3。

表3　各工況下桿件最大應(yīng)力　MPa

各工況下索力見(jiàn)表4。

表4　各工況下索力(單根索)　kN

各工況下底轉(zhuǎn)鉸受力見(jiàn)表5。

表5　各工況下底轉(zhuǎn)鉸反力(單個(gè)鉸)　kN

4結(jié)論

本橋的二次豎轉(zhuǎn)技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，由于在拱肋豎轉(zhuǎn)中采用了兩次豎轉(zhuǎn)分步進(jìn)行，每岸下放重量達(dá)到2 400 t。在整個(gè)豎轉(zhuǎn)過(guò)程中，中間鉸的受力最為關(guān)鍵，第一次豎轉(zhuǎn)期間，中間鉸支腿受力先由大到小，底轉(zhuǎn)鉸箱形腹桿受力先由小到大；第二次豎轉(zhuǎn)期間，中間鉸支腿受力再由小到大，底轉(zhuǎn)鉸箱形腹桿受力由大到小。第一次豎轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，拉壓桿的受力也最大，隨著豎轉(zhuǎn)過(guò)程，拉壓桿受力逐漸減小。由此可見(jiàn)，在整個(gè)豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，每次豎轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，均需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以保證結(jié)構(gòu)安全可靠。計(jì)算及施工過(guò)程表明，豎轉(zhuǎn)過(guò)程中，中間鉸、拱肋及拉壓桿均具有良好的受力性能。

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中圖分類號(hào)：U442.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)02-0116-03

作者簡(jiǎn)介：魏宇(1983—)，男，2009年畢業(yè)于西南交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)，碩士，工程師。

收稿日期：2014-12-09