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        鐵路拱承斜拉橋豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結(jié)構設計研究

        2021-03-19 01:27:20韓若愚
        四川建筑 2021年6期
        關鍵詞:鋼箱橋塔轉(zhuǎn)體

        新建常益長鐵路沅江特大橋(32+90+90+32) m拱承斜拉橋主塔采用豎轉(zhuǎn)方式施工,其轉(zhuǎn)體結(jié)構的設計是是影響施工安全的重要因素。文章介紹利用Ansys軟件對轉(zhuǎn)體結(jié)構施工狀態(tài)下的受力進行了驗算,同時還分析了在側(cè)向風荷載作用下的安全性,證明所設計的轉(zhuǎn)體結(jié)構滿足了施工要求,以期為類似施工方案提供參考。

        特大橋; 鋼箱主塔; 豎轉(zhuǎn); 轉(zhuǎn)體結(jié)構

        U445.465?? A

        [定稿日期]2021-03-12

        [作者簡介]韓若愚(1995~),男,本科,研究方向為橋梁工程。

        1 工程概述

        沅江特大橋跨石長鐵路(32+90×2+32) m拱承斜拉橋位于位于湖南省常德市武陵區(qū),橋梁起點里程為DK9+335.49(對應石長線里程為K88+916.49),終點里程為DK9+581.19(對應石長線里程為K89+162.19),全長245.7 m,處曲線半徑R=2800 m圓曲線上。主塔采用拱型橋塔,塔底以上橋塔全高為66 m,橋面以上塔高45 m,橋面以下塔高21 m。拱軸線線型采用橢圓形。主梁在橋塔處與橫梁剛性連接。拱塔截面尺寸為:順橋向3.0 m×橫橋向4.0 m,板厚為24~36 mm,拱塔單側(cè)分為8段。橋塔橫梁截面尺寸為:梁高2.8 m,梁寬3.0 m,頂板厚14 mm,底板和腹板厚16 mm。其結(jié)構示意如圖1所示。

        2 豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體結(jié)構設計概況

        主橋橋塔為全鋼箱結(jié)構拼裝而成,采用工廠加工、試拼接,現(xiàn)場臥式拼裝、豎向轉(zhuǎn)體、與合攏。根據(jù)圖2中所示,橋塔整體結(jié)構與轉(zhuǎn)體機構[1-2]分為以下幾個構件:

        (1)橋塔結(jié)構:包括承臺預埋段鋼箱、轉(zhuǎn)體鋼箱與合龍段;

        (2)豎轉(zhuǎn)結(jié)構:支撐桿桿件(BM段),拉桿桿件1(BC段)與拉桿桿件2(BD段);

        (3)牽引機構與軌道:水平作用在支撐桿桿件(BM段)上的牽引鋼絞線與電機以及支撐桿桿件BM的輔助軌道;

        (4)定位機構:支撐桿桿件BM作用到鋼轉(zhuǎn)盤上時的輔助定位機構;

        (5)保護機構:支撐桿桿件BM在牽引移動過程中發(fā)生失效時可以與軌道鎖定的機構。

        3 豎轉(zhuǎn)過程有限元分析

        3.1 初始位置分析

        如圖3所示,在初始狀態(tài)下橋塔OA段為水平放置,BM桿牽引端M距離最終位置距離最遠,分別計算M在初始位置,距離最終位置47 m、37 m、27 m、16 m、6.4 m以及5 m時候整個模型的受力情況。

        按照豎轉(zhuǎn)過程的施工過程,設置合適的邊界條件,即在A處整體施加標準加速度,在B處采用鉸接約束,在C處釋放轉(zhuǎn)動約束,并固結(jié)其他方向約束。

        根據(jù)圖4的計算結(jié)果,B處的反力為FY方向(豎向)為2 712 kN,F(xiàn)Z方向(水平)為2 587 kN,豎轉(zhuǎn)鉸處反力FY方向(豎向)為1 900 kN,F(xiàn)Z方向(水平)為2 641 kN,牽引荷載為2 723 kN。

        頂推桿(BM)所受軸向力:

        F=FY2+FZ2=3748kN

        根據(jù)歐拉公式[3-4]計算臨界荷載

        Pcr=π2EIl2=π2E1-0.994412l2=19000kN

        根據(jù)以上結(jié)果,可得到安全系數(shù)f=10.13,滿足規(guī)范要求。

        3.2 滑移過程受力分析

        按照施工方案在模型中施加合理的邊界條件,即在B、C兩處施加鉸接邊界條件,僅允許軸向轉(zhuǎn)動,整體施加標準重力加速度。然后計算施工過程中支撐鉸(M處)距豎轉(zhuǎn)鉸47 m、37 m、27 m、16 m、6.4 m時的工況,其結(jié)果如表1所示。

        3.3 支撐鉸(M處)距豎轉(zhuǎn)鉸5m工況計算分析

        當豎轉(zhuǎn)體系撐腳據(jù)橋塔中心5 m,T0與T1鋼箱尚未安裝封板,其整個體系的受力和前者有所不同,需要另行建模分析(圖5)。

        按照施工方案,模型的邊界條件可按照如下要求設置:橋塔仍由支撐桁架BM支撐,B處銷軸孔鉸接,沿銷軸可轉(zhuǎn)動,其他方向約束,C處銷軸孔鉸接,沿銷軸可轉(zhuǎn)動,其他方向約束,整體施加標準重力加速度。模型的計算結(jié)果如下所示。

        撐鉸M處反力:FY方向(豎向)為4 978 kN,F(xiàn)Z方向(水平)為1 710 kN。

        單根支撐鋼箱受力:

        F= FY2+FZ2/2=2631kN

        屈曲安全系數(shù):

        S=PcrF=190002631=7.22

        其值滿足規(guī)范要求。

        豎轉(zhuǎn)鉸C處反力:FY方向(豎向)為-922 kN,F(xiàn)Z方向(水平)為-1 710 kN。

        除此之外,通過圖5可知,應力最大值為129 MPa,頂端Z方向(水平)位移最大119 mm,頂端最大豎向位移69 mm,滿足實際施工要求。

        3.4 側(cè)風分析

        根據(jù)標準風壓公式[5]:Wp=0.5 V2/g,其中,空氣重度r=0.01225 kN/m3,g=9.8 m/s2,v為風速??紤]10級大風,取風速上限28.4 m/s,得到風荷載Wp=0.51kN/m2。

        由于模型為梁單元模型,因此施加線荷載。塔單元施加2.04 kN/m,拉板BC,BD施加0.408 kN/m,撐桿BM施加0.51 kN/m,如圖6所示。

        在考慮上轉(zhuǎn)盤自重荷載下,豎轉(zhuǎn)體系撐腳處一側(cè)反力為2 894 kN,另一側(cè)為3 380 kN,都沒有出現(xiàn)負反力,滿足施工要求。

        4 結(jié)論

        新建常益長鐵路沅江特大橋(32+90+90+32)m拱承斜拉橋鋼箱主塔采用豎轉(zhuǎn)方式施工,其轉(zhuǎn)體結(jié)構的設計與使用是施工安全的重要因素。本文通過數(shù)值分析,對豎轉(zhuǎn)施工的整個過程中的轉(zhuǎn)體結(jié)構的受力進行了驗算,發(fā)現(xiàn)整個結(jié)構的受力、變形均滿足施工需要。最后文章還對整個體系在側(cè)向風載作用下的穩(wěn)定性進行了分析,豎轉(zhuǎn)體系撐腳均沒有出現(xiàn)負反力,滿足施工安全要求。

        參考文獻

        [1] 高興贊, 游德泉, 李瓊慧. 基于有限元模型的獨塔斜拉橋鋼塔豎轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體過程靜力分析研究[J]. 福建交通科技, 2018(1):28-29.

        [2] 張國臣. 轉(zhuǎn)體橋施工控制要點分析[J]. 建筑工程技術與設計, 2015(7).

        [3] 孫潮, 陳寶春, 謝云舉.徐州京杭運河特大橋豎轉(zhuǎn)受力分析[J]. 福州大學學報(自然科學版), 2002, 30(3):358-361..

        [4] 何敏娟, 鄭元, 呂兆華. 鋼拱塔斜拉橋豎轉(zhuǎn)施工方案分析[J]. 特種結(jié)構, 2010, 027(1):76-79.

        [5] 嚴國敏. 法國伊澤爾河的吉利橋——塔豎轉(zhuǎn)與梁平轉(zhuǎn)的斜拉橋[J]. 鐵道標準設計, 1993,(12):40-42.

        3825501908275

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