魏　宇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，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)的計算與分析

魏宇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，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為例，選取梁單元模擬主拱，對拱肋二次豎轉(zhuǎn)施工過程進行模擬，對結(jié)構(gòu)進行計算及分析，給出了計算結(jié)果及總體評價意見。

關(guān)鍵詞拱橋二次豎轉(zhuǎn)梁單元分析

鋼筋混凝土拱橋是鐵路橋梁結(jié)構(gòu)中普遍運用的結(jié)構(gòu)形式之一，隨著大量的鐵路橋梁工程建設，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例，對主拱二次豎轉(zhuǎn)過程進行計算分析并提出總體評價，為同類橋梁設計施工提供借鑒。

1工程概況

1.1　地形地貌、水文氣象

橋址河床狹窄，地勢險峻，河谷呈“V”形，兩岸相對高差約1 024 m，兩岸山坡角度約60°，局部巖面達90°。

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

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簡支箱梁+363 m上承式拱橋+1-32 m簡支箱梁，全橋長528 m，主橋計算跨徑342 m，Ⅰ級雙線鐵路，設計速度160 km/h；橋面設置有車站，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節(jié)點板進行栓接連接，節(jié)點板與主弦管、拱肋橫撐與主弦管等復雜焊接連接均為工廠焊縫，利用兩岸陡峭的巖體支撐進行拱肋的立式拼裝，通過二次豎轉(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)護維修工作量。

主拱為計算跨徑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型鋼型號為HW400×400及HW350×350。全橋共設置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，鉸座下設置定位型鋼，以保證鉸座定位準確。勁性骨架橫向由二片拱肋組成，每個拱腳的鉸軸橫向?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處也分別設置轉(zhuǎn)鉸，即中間鉸，中間鉸構(gòu)造見圖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，應用多臺同步連續(xù)操作的千斤頂，通過電液比例控制技術(shù)進行豎轉(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纜索吊機在支架上拼裝拱肋，拼裝完成后安裝豎轉(zhuǎn)設備，設置牽引索，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向江心的水平拉力和一次豎轉(zhuǎn)完成后二次豎轉(zhuǎn)開始初期中間轉(zhuǎn)鉸處向山體側(cè)壓力，分別在2號墩、3號墩及6號臺處設置拉壓連接桿。大理岸(左側(cè))邊向江心的水平拉力由2號墩和1號墩兩者共同受力承擔(兩墩通過柔性拉索傳遞拉力)，其壓力通過拉壓桿由2號墩單獨承擔；保山岸(右側(cè))中間轉(zhuǎn)鉸處的水平拉力和壓力均通過拉壓桿傳遞到M2錨碇，由M2錨碇承擔。保山岸豎轉(zhuǎn)后采用巖錨結(jié)構(gòu)，大理岸豎轉(zhuǎn)后采用樁基承臺結(jié)構(gòu)。

2計算模型的建立

采用MIDAS計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)計算

主拱整個豎轉(zhuǎn)過程分為9個工況，計算工況如表1。

表1　主拱豎轉(zhuǎn)工況

拱肋勁性骨架用梁單元模擬，主要桿件單元內(nèi)力見表2。

表2　各工況下桿件最大內(nèi)力

桿件單元應力見表3。

表3　各工況下桿件最大應力　MPa

各工況下索力見表4。

表4　各工況下索力(單根索)　kN

各工況下底轉(zhuǎn)鉸受力見表5。

表5　各工況下底轉(zhuǎn)鉸反力(單個鉸)　kN

4結(jié)論

本橋的二次豎轉(zhuǎn)技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，由于在拱肋豎轉(zhuǎn)中采用了兩次豎轉(zhuǎn)分步進行，每岸下放重量達到2 400 t。在整個豎轉(zhuǎn)過程中，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)啟動時，拉壓桿的受力也最大，隨著豎轉(zhuǎn)過程，拉壓桿受力逐漸減小。由此可見，在整個豎轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中，每次豎轉(zhuǎn)啟動時，均需對結(jié)構(gòu)進行嚴密監(jiān)控，與計算結(jié)果進行對比，以保證結(jié)構(gòu)安全可靠。計算及施工過程表明，豎轉(zhuǎn)過程中，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：U442.5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)02-0116-03

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

收稿日期：2014-12-09