官廳水庫特大橋拱形鋼桁梁頂推主橋應(yīng)力控制技術(shù)

馮 祁

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

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官廳水庫特大橋拱形鋼桁梁頂推主橋應(yīng)力控制技術(shù)

馮 祁

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

結(jié)合工程實(shí)例，介紹官廳水庫特大橋的頂推施工方法，重點(diǎn)介紹鋼桁梁頂推過程中模擬計(jì)算主橋應(yīng)力狀態(tài)一種簡單準(zhǔn)確的檢算方法，通過對(duì)比模型，保證了方法的正確性和有效性。對(duì)鋼桁梁整體頂推中的一些問題進(jìn)行反思和總結(jié)，以期在其他類似工程中加以借鑒。

拱形鋼桁梁 頂推施工 應(yīng)力控制

1 工程背景

官廳水庫特大橋是新建京張鐵路重點(diǎn)工程之一，其主橋跨越北京市一級(jí)水源保護(hù)區(qū)—官廳水庫庫區(qū)，全長9.077 km，其中主橋?yàn)?孔110 m簡支拱形鋼桁梁橋。簡支拱形鋼桁梁計(jì)算跨度108 m，梁長109.7 m，采用上弦變高度桁式，近似拱形。主桁支點(diǎn)桁高11.0 m，跨中桁高19.0 m，桁寬13.8 m。橋面系采用正交異形鋼橋面板，道砟橋面，鋼橋面板上擋砟墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)20 cm厚混凝土道砟槽板。

2 施工概況

本工程施工周期短，要求質(zhì)量高，且跨越一級(jí)水源保護(hù)地，經(jīng)多次方案論證及審查，考慮到縮短施工周期的同時(shí)盡量降低對(duì)庫區(qū)水源的影響，最終將施工方案確定為雙向頂推施工，即兩岸同時(shí)拼裝鋼梁向中間進(jìn)行頂推施工。

2.1 北京側(cè)鋼梁架設(shè)

在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁與第3孔鋼梁，并安裝第1套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第1孔鋼梁向張家口側(cè)頂推110 m。

在拼裝支架上拼裝第2孔鋼梁，并用臨時(shí)桿件與第3孔鋼梁連接，增設(shè)第2套頂推系統(tǒng)，利用2套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第2～3孔鋼梁向張家口側(cè)頂推110 m。

在拼裝支架上拼裝第1孔鋼梁，并用臨時(shí)桿件與第2孔鋼梁連接，增設(shè)第3套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第1～3孔鋼梁頂推向張家口側(cè)，鋼梁就位。

2.2 張家口側(cè)鋼梁架設(shè)

在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁與第4孔鋼梁，并安裝第1套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第4孔鋼梁向北京側(cè)頂推110 m。

在拼裝支架上拼裝第5～6孔鋼梁，并用臨時(shí)桿件將第4～6孔鋼梁連為一體，增設(shè)第2套頂推系統(tǒng)，利用2套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第4～6孔鋼梁向北京側(cè)頂推110 m。

在拼裝支架上拼裝第7～8孔鋼梁，并用臨時(shí)桿件將第4～8孔鋼梁連為一體，增設(shè)第3套頂推系統(tǒng)，將導(dǎo)梁與第4～8孔鋼梁頂推就位。

2.3 橋面系施工

8孔鋼桁梁頂推就位后，拆除臨時(shí)桿件，完成混凝土板及橋面系施工，最后完成主橋施工(如圖1所示)。

3 頂推施工主橋模擬及檢算

為準(zhǔn)確模擬主橋鋼梁在頂推施工過程中的狀態(tài)，采用兩種不同的模型模擬鋼梁施工過程，分別為單桁平面模型和雙桁空間模型。結(jié)合各施工階段實(shí)際情況，對(duì)各滑塊位置處采用一般支承進(jìn)行邊界條件的模擬。通過平面和空間計(jì)算，提取各個(gè)施工步驟時(shí)鋼梁桿件的內(nèi)力值，對(duì)鋼梁桿件進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算，從而確保頂推施工過程中鋼梁構(gòu)件的安全。

圖1 鋼桁梁頂推施工示意

圖2 鋼桁梁全頂推過程中支承情況示意

3.1 各頂推階段模擬

張家口側(cè)鋼梁頂推與架設(shè)較為復(fù)雜，以張家口側(cè)5孔鋼梁為對(duì)象進(jìn)行研究，并對(duì)各頂推工況進(jìn)行模擬。根據(jù)各個(gè)頂推期間滑塊的支承位置(各滑塊僅設(shè)置于鋼桁梁節(jié)點(diǎn)位置)，模擬各期間鋼梁的支承情況，鋼梁各支承情況示意如圖2所示。計(jì)入初始頂推階段和頂推完畢階段，全頂推過程中鋼梁的支承情況共計(jì)61種。

3.2 模型計(jì)算

采用midas civil 2015建立鋼桁梁的單桁平面模型和雙桁空間模型。對(duì)于單桁平面模型，所有單元均采用梁單元進(jìn)行模擬，橋面系自重荷載及上平聯(lián)自重荷載采用節(jié)點(diǎn)荷載方式分別加載于主桁橫梁位置及上弦節(jié)點(diǎn)位置。對(duì)于雙桁空間模型，主桁桿件、聯(lián)結(jié)系桿件及縱橫梁采用梁單元進(jìn)行模擬，鋼橋面板采用板單元進(jìn)行模擬。頂推施工中只計(jì)入主體鋼結(jié)構(gòu)、臨時(shí)連接及導(dǎo)梁的自重，道砟槽板及二恒荷載在頂推施工計(jì)算中不計(jì)入。單桁平面模型及雙桁空間模型如圖3～圖5所示。

圖3 一孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型

圖4 三孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型

圖5 五孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型

對(duì)模型進(jìn)行有限元計(jì)算，提取各主桁桿件最大內(nèi)力及對(duì)應(yīng)工況，并根據(jù)最大內(nèi)力計(jì)算各主桁桿件強(qiáng)度，驗(yàn)算最大應(yīng)力和穩(wěn)定驗(yàn)算最大應(yīng)力(如表1～表4所示)。

表1 單桁平面模型主桁弦桿最大應(yīng)力及對(duì)應(yīng)工況

3.3 結(jié)果分析

對(duì)比單桁平面模型檢算和雙桁空間模型檢算，兩種模型檢算的最大應(yīng)力值相差不大，弦桿最大應(yīng)力差值為7.5 MPa，腹桿最大應(yīng)力差值為16.4 MPa，弦桿應(yīng)力控制工況兩計(jì)算模型相同。由于計(jì)入了面外彎矩的影響，腹桿應(yīng)力控制工況空間模型與單桁模型部分桿件對(duì)應(yīng)工況有所不同。

表4 雙桁空間模型主桁腹桿最大應(yīng)力及對(duì)應(yīng)工況

由檢算結(jié)果可知，主桁桿件在頂推過程中強(qiáng)度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論及建議

(1)提供了一種在程序中模擬頂推施工過程中鋼梁應(yīng)力狀態(tài)的方法，方便簡單，能夠準(zhǔn)確反映出頂推施工過程中鋼梁各桿件的內(nèi)力及應(yīng)力情況。

(2)設(shè)計(jì)中采用兩種不同的模型進(jìn)行對(duì)比模擬，確保了計(jì)算結(jié)果的正確性和有效性。

(3)采用一般支承模擬滑塊支點(diǎn)，未能準(zhǔn)確地模擬節(jié)點(diǎn)位置處桿件的實(shí)際受力情況和應(yīng)力狀態(tài)，在今后的設(shè)計(jì)中可考慮加入局部有限元計(jì)算，對(duì)節(jié)點(diǎn)位置實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，保證節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度滿足規(guī)范。

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Stress Control Technology of Guanting Reservoir Bridge (Arch Steel Truss Bridge) by Incremental Launching Construction Method

FENG Qi

2016-09-28

馮 祁(1985— )，男，2010年畢業(yè)于中南大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2016)06-0082-03

U445.461

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