雙套鋼拱塔豎向翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受力研究

□文/卜明津

雙套鋼拱塔豎向翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)受力研究

□文/卜明津

以往雙套鋼拱塔這種特殊索塔結(jié)構(gòu)的斜拉橋施工是通過搭設(shè)腳手架和支撐平臺，使用大噸位塔吊或吊車逐段拼裝，這種施工工藝工期長、成本高。為解決這一缺點(diǎn)采用通過液壓同步提升設(shè)備將鋼拱塔整體豎轉(zhuǎn)到位的新工藝。文章以實(shí)際工程為例，深入研究了雙套鋼拱塔豎向翻轉(zhuǎn)技術(shù)中的結(jié)構(gòu)受力，通過有限元分析，攻克了雙套鋼拱塔豎向翻轉(zhuǎn)的技術(shù)難點(diǎn)。

雙套鋼拱塔；豎轉(zhuǎn)；有限元；結(jié)構(gòu)受力

1 工程概況

錦州小凌河云飛大橋主橋?yàn)橐蛔p拱塔斜拉橋。大橋主梁為雙鋼箱主梁，梁高2.8m。拱塔為雙鋼套拱，外拱塔塔高65.522m，傾角8°，塔根間距38m；內(nèi)拱塔塔高54.256m，傾角15°，塔根間距25m。外拱塔與內(nèi)拱塔之間采用13根拉（壓）桿連接，上部12根為拉桿，為平行鋼絲拉索，最底下一根為壓桿。全橋共設(shè)置20對斜拉索，主跨梁段索距8m，邊跨梁段索距8m，拱塔上的索距2.2及2.7m。見圖1。

2 內(nèi)拱塔豎轉(zhuǎn)時整體計(jì)算

2.1 計(jì)算說明

1）施工說明

內(nèi)拱塔豎轉(zhuǎn)時的狀態(tài)見圖2和圖3。

內(nèi)拱塔轉(zhuǎn)體采用起扳法施工。將內(nèi)拱塔在橋面水平拼裝好，穿好轉(zhuǎn)絞銷；安裝內(nèi)拱塔上三角架結(jié)構(gòu)；整體起扳內(nèi)拱塔，使內(nèi)拱塔與橋面成75°。

2）荷載工況

（1）被提內(nèi)拱塔轉(zhuǎn)體質(zhì)量按照275t設(shè)計(jì)計(jì)算。單側(cè)吊點(diǎn)加固：拉桿鉸點(diǎn)處8t，壓桿處10t，索鞍5t。

（2）三角架自重。

（3）后拉索拉力。

（4）風(fēng)載按照錦州地區(qū)10a一遇風(fēng)壓：0.4kN/m2，A類地貌。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用Sap2000有限元程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分段模擬橋塔實(shí)際的重量及抗彎剛度。

計(jì)算2個狀態(tài)：初始狀態(tài)，即橋塔0°狀態(tài)；最終狀態(tài)即橋塔75°狀態(tài)。

對每種狀態(tài)分別統(tǒng)計(jì)索力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、橋塔鉸點(diǎn)反力、錨點(diǎn)反力。計(jì)算模型見圖4和圖5。模型中橋塔預(yù)埋段采用固結(jié)方式，轉(zhuǎn)體段與預(yù)埋段之間采用鉸接節(jié)點(diǎn)。索與錨點(diǎn)連接采用鉸接形式。在這里考慮橋面板對塔體固結(jié)段的約束作用。

2.3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)論

結(jié)構(gòu)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力統(tǒng)計(jì)

（1）轉(zhuǎn)鉸反力標(biāo)準(zhǔn)值

初始狀態(tài)反力：Fx=303kN,Fy=2691kN,Fz=2591kN。

到位狀態(tài)反力：Fx=-347kN,Fy=346kN,Fz=2182kN。

（2）固結(jié)段反力以及錨點(diǎn)反力

節(jié)點(diǎn)編號見圖6和圖7。

0°狀態(tài)節(jié)點(diǎn)反力見表2。

75°狀態(tài)節(jié)點(diǎn)反力見表3。

表3 75°狀態(tài)節(jié)點(diǎn)反力

（3）內(nèi)拱塔本身應(yīng)力

整個塔體的最大應(yīng)力比出現(xiàn)在0°狀態(tài)時。內(nèi)拱塔轉(zhuǎn)體部分本身最大應(yīng)力比為0.202；另外，由于固結(jié)段塔體大部分埋在橋面板里面，在這里考慮橋面板對其支撐作用，得出最大應(yīng)力比為0.166。

3 外拱塔轉(zhuǎn)體時整體計(jì)算

3.1 計(jì)算說明

1）施工說明

以內(nèi)拱塔以及三角架作為提升支承結(jié)構(gòu)，對外拱塔進(jìn)行提升。外拱塔豎轉(zhuǎn)時狀態(tài)見圖8和圖9。

2）荷載工況

（1）被提橋塔質(zhì)量約為395t，單側(cè)鋼絞線拉點(diǎn)鉸支座的質(zhì)量按照15t考慮。

（2）風(fēng)載按照錦州地區(qū)10a一遇風(fēng)壓：0.4kN/m2，A類地貌。

（3）后拉索拉力。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用Sap2000（9.16）有限元程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分段模擬橋塔實(shí)際的重量及抗彎剛度。內(nèi)拱塔底部按照剛接。

計(jì)算狀態(tài)2個狀態(tài)：外拱塔初始狀態(tài)，即0°狀態(tài)；外拱塔最終狀態(tài)，即外拱塔82°狀態(tài)。

對每種狀態(tài)分別統(tǒng)計(jì)索力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、橋塔鉸點(diǎn)力、錨點(diǎn)反力。計(jì)算模型見圖10和圖11。

3.3 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)論

1）索力統(tǒng)計(jì)

結(jié)構(gòu)索力見表4。

表4 結(jié)構(gòu)索力 kN

2）反力

節(jié)點(diǎn)編號見圖12和圖13。

（1）外拱塔0°狀態(tài)反力見表5。

表5 外拱塔0°狀態(tài)反力

（2）外拱塔82°狀態(tài)反力見表6。

表6 外拱塔82°反力

（3）轉(zhuǎn)鉸反力標(biāo)準(zhǔn)值

初始狀態(tài)反力：Fx=-290kN,Fy=-1749kN,Fz=757 kN。

最終狀態(tài)反力：Fx=-298kN,Fy=-164kN,Fz=2093 kN。

4 內(nèi)外拱塔應(yīng)力水平復(fù)核

外拱塔轉(zhuǎn)體段的最大應(yīng)力比為0.379，固結(jié)段應(yīng)力比為0.311；內(nèi)拱塔最大應(yīng)力比為0.430。

5 結(jié)語

通過有限元分析錦州市小凌河云飛大橋雙套鋼拱塔結(jié)構(gòu)受力，分別對外拱、內(nèi)拱各個工況下的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和分析，為今后豎向翻轉(zhuǎn)技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和留下了寶貴的資料。

U445

C

1008-3197（2011）02-43-04

2011-03-22

卜明津/男，1961年出生，工程師，天津第七市政公路工程有限公司，從事工程質(zhì)量控制工作。