跨成昆铁路斜拉桥施工监测和转体施工技术_郭清波.pdf

公路 年月第期 基金项目：四川省科技服务业示范项目，项目编号 收稿日期：，（，；，）：（），：；文章编号：（）中图分类号：文献标识码：跨成昆铁路斜拉桥施工监测和转体施工技术郭清波（中国五冶集团有限公司成都市 ）摘要：某跨成昆铁路斜拉桥跨径为 ，桥塔总高。为保证下方铁路正常运营，该桥前期采用支架法在铁路线一侧完成下部结构和主梁施工工序，之后采用转体施工方法，以桥墩为轴进行转动，直至斜拉桥主梁跨越铁路并与引桥完成对接。前期施工中，支架拆除时刻为该阶段最不利状态，通过有限元分析和施工监测，有效保证了大桥的施工安全。后期施工中，转体技术难度较高，通过称重和配重技术保证了大桥的转体稳定性。关键词：跨线斜拉桥；支架法；有限元分析；施工监测；转体施工工程概况某大跨径斜拉桥跨越成昆铁路，为保证下方铁路正常运营，该桥采用转体施工方法，即在铁路线一侧完成下部结构和主梁施工工序，之后以桥墩为轴进行转动，直至斜拉桥主梁跨越铁路并与引桥完成对接。斜拉桥主梁跨径为 ，如图所示，以桥塔为分界点，一侧长 ，另一侧长 。主梁采用预应力混凝土单箱双室等宽箱梁，主梁中心线处的梁高为 ，顶板宽度为，底板宽度为 。桥塔采用混凝土结构，总高，其中桥面以上塔柱高，桥面以下塔柱高。桥塔为水滴形，拉索段桥塔为立柱形式，拉索段以下采用分肢塔柱；均采用空心矩形截面。塔底截面尺寸由 （横桥向）（纵向）变化到 （横桥向）（纵向）；桥面以下分肢塔柱尺寸由塔底 （横桥向）（顺桥向）过渡到桥面处 （横桥向）（顺桥向），两肢中心距离由塔底处的 变化至桥面处的 。桥面以上分肢塔柱尺寸由桥面 （横桥向）（顺桥向）过渡到结合处 （横桥向）（顺桥向），中心间距由 变化至桥面处的 。拉索结合段尺寸由下部 （横桥向）（顺桥向）变化至塔顶 （横桥向）（顺桥向）。图全桥实景桥面处塔柱间设置一处横梁，为单箱双室预应力混凝土箱形横梁，横梁高 ，宽度为 。为有效传递纵向塔肢间索力水平分力及抵抗塔柱纵向变形引起的弯矩，混凝土塔柱拉索区采用 形预应力钢束。为便于斜拉索张拉和后期换索，选用环氧涂层平行钢绞线作斜拉索，钢绞线强度 。斜拉索外包 外套管。该斜拉桥全过程施工工序为：桥塔塔柱施工桥塔塔身施工主梁施工安装并张拉斜拉索拆除梁体满堂支架对桥梁称重、配重拆除沙箱和临时约束试转并采集数据正式转体大桥姿态调整合龙二次调索力。大桥受力分析有限元模型为了分析大桥在施工过程中的受力和变形，采用桥梁专用软件 建立有限元分析模型，如图所示。全桥共划分 个单元，个节点。桥塔、墩柱、混凝土主梁采用梁单元模拟，斜拉索采用只受拉桁架单元模拟。图大桥有限元模型全桥测点布置有限元分析结果反映了大桥施工过程中的理论受力状态。要明确大桥的实际受力状态，还需要对结构布置应变和挠度测点，通过理论结果与实测结果的对比，来控制施工质量和安全。主梁位移测点布置采用水准仪和高精度全站仪测量主梁坐标。为避免温度变化对测试结果产生干扰，观测时间一般定在夜晚：凌晨：。主梁位移测点布置如图所示。测试截面共计 个，每个截面布置个测点，全桥共布置 个主梁位移测点。图大桥主梁的挠度测点布置示意 主梁应变测点布置采用应变传感器测试主梁应变。测试截面共计个，包括各跨跨中、主跨截面、辅助墩支座附近截面，即，如图所示。每个截面布置个应变传感器，如图所示，全桥共布置有 个应变传感器。图大桥主梁的应变测点布置示意 公路 年第期 年第期郭清波：跨成昆铁路斜拉桥施工监测和转体施工技术 桥塔应变测点布置采用应变传感器测试桥塔应变。桥塔根部轴力和弯矩较大，横截面积较小，受力较为不利，因此测试截面位于桥塔底部，应变测点共计 个，如图所示。图大桥桥塔的应变测点 斜拉索索力监测斜拉索作为斜拉桥主要承重构件之一，其索力对大桥成桥线形及内力状态有着至关重要的影响。因此，在施工过程中，采用索力动测仪器对每根斜拉索进行索力监测。当大桥受力状态与理论状态差异较大时，通过索力调整对大桥受力进行优化。理论与实测结果对比 梁体线形对比梁体理论线形与实测线形对比如图所示。由图可知，理论结果与实测结果基本一致，表明该桥施工控制效果较好，梁体线形满足设计要求。图梁体线形测量结果 主梁应力对主梁而言，支架拆除时刻为其最不利状态。测试得到该状态下主梁各截面应变增量，将应变增量实测结果换算为应力增量，并与理论结果进行对比，见表。由表可知，主梁应力增量实测结果与理论结果基本一致，表明施工控制精度较高；在最不利状态下，主梁最大应力增量仅为 ，安全储备较高。表拆除支架后主梁各截面应力理论值与实测值对比测试截面位置截面上下缘实测均值 计算值 实测值与计算值的比值顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 顶板 底板 桥塔应力对桥塔而言，支架拆除时刻为其最不利状态。测试得到该状态下桥塔底部截面的应变增量，将应变增量实测结果换算为应力增量，并与理论结果进行对比，见表。由表可知，桥塔应力增量实测结果与理论结果基本一致，表明施工控制精度较高；在最不利状态下，桥塔最大应力增量仅为 ，安全储备较高。表拆除支架后桥塔底部截面应力理论值与实测值对比测点点号实测均值 计算值 实测值与计算值的比值号 号 号 号 号 号 号 号 号 号 斜拉索力斜拉索到场安装后，在主桥混凝土梁支架拆除以前进行初始张拉。待主桥全部施工完成后，拆除其下方支架，并对成桥索力值进行测试和调整。采用索力误差率来表征斜拉索的张拉精度，如式（）所示。（）式中：为斜拉索的实际索力；为斜拉索的理论索力。根据式（）计算得到各斜拉索的索力误差率，并进行统计分析，如图所示。由图可知，索力误差率基本符合正态分布，索力误差率分布于区间内的频次最高，保证率高达 。索力误差率最高为 ，平均值为 ，表明索力控制精度较高。图索力误差率统计结果转体施工技术 配重理论分析在该桥转体施工中，有两点值得重点关注：（）平衡配重分析；（）转动过程中结构的受力分析与监控。大桥转动前，重心与转轴存在一定距离，引发一定量的不平衡力矩。该力矩会降低结构在转动过程中的稳定性，因此在转动前有必要通过施加配重来降低该不平衡力矩的量值，。可通过称重法来确定该桥的不平衡力矩，进而设计配重，具体如下。（）若大桥左侧重于右侧，则不平衡力矩 沿逆时针方向。此时在转盘底部右侧布置千斤顶，并施加一个向上的顶推力，在转盘底部左侧布置百分表。当结构在作用下产生微量转动时，即百分表有微小示数时，停止顶推。假定转动时球铰产生的摩阻力矩大于不平衡力矩，根据受力平衡有：（）（）在转盘底部右侧布置千斤顶，在转盘底部左侧布置百分表。当千斤顶荷载达到时，结构产生微量转动。假定转动时球铰产生的摩阻力矩大于不平衡力矩，根据受力平衡有：（）（）联立式（）和式（）可得 和：（）（）（）比较 和的大小，若大于，则计算结果准确。若小于或等于，则在顶推后逐步卸载，当卸载至时，结构反向滑动，此时有：（）（）（）按照上述步骤计算得到球铰摩阻力矩和结构不平衡力矩 后，即可明确大桥转体前所需施加的配重。称重及配重施加采用混凝土块为大桥施加配重。为了便于称重操作，在称重前根据有限元分析结果，在大桥端部施加配重 ，如图（）所示。之后按照上节步骤进行桥梁称重，转盘下方对称布置有个百分表和个千斤顶，如图所示。称重结果表明，球铰摩阻力矩 ，结构不平衡力矩 。为了消除残余的不平衡力矩，在该桥端部再次施加配重 ，如图（）所示，由此可充分保证大桥转体过程中的稳定性。转体过程转体过程中，一方面采用钢尺直接量测牵引千斤顶缸体上的张拉长度，从而掌握千斤顶牵引进程，控制转体线速度；另一方面在转盘侧面标示转体角度，控制转体角速度。这样将转体速度控制在设计要求范围内，并对可能出现的急起、急停情况进行预报，保证转体的安全性。大桥转体就位时，采用全站仪测试主梁位置，根据测量结果对主梁位置进行微调，以实现桥梁转体的精准就位。结语某跨成昆铁路斜拉桥跨径为 ，桥塔总高。为保证下方铁路正常运营，该桥前期采用支架法在铁路线一侧完成下部结构和主梁施工工序，之后采用转体施工方法，以桥墩为轴进行转 公路 年第期 年第期郭清波：跨成昆铁路斜拉桥施工监测和转体施工技术单位：图配重设计示意图称重过程中转盘下方百分表和千斤顶布置示意动，直至斜拉桥主梁跨越铁路并与引桥完成对接。前期施工中，支架拆除时刻为该阶段最不利状态。为了保证大桥的施工安全，进行了有限元分析和施工监测。结果表明，有限元分析结果与实测结果基本一致，大桥应力较小，安全储备较高，斜拉索的索力误差率较小。后期施工中，通过称重和配重保证了大桥的转体稳定性；该桥转体的顺利完成，验证了转体技术的可靠性。参考文献：文望青，林骋，王斌，等 双幅同步转体矮塔斜拉桥设计桥梁建设，（）：黄仕平，唐勇，袁兆勋，等桥梁转体施工接触面应力分析及优化方法哈尔滨工程大学学报，（）：丁仕洪 钢混组合桁架梁桥异位成型及转体施工技术桥梁建设，（）：魏赞洋，张文学，黄荐，等连续梁桥水平转体过程中振动加速度与整体稳定性的关系研究铁道学报，（）：邹正其，张志平，龚建平，等某跨铁路桥设计方案优化研究公路，（）：魏庆预应力混凝土转体形刚构桥施工监控铁道工程学报，（）：张毅，孔瑞富，李鹏，等 某跨铁路大吨位转体斜拉桥球铰设计研究 公路，（）：陈洪涛 高速公路改扩建上跨铁路非对称转体桥梁设计世界桥梁，（）：古建军，李超，木江涛，等 基于三维激光扫描的桥梁转体过程 监 测 方 法 科 学 技 术 与 工 程，（）：王子文非对称独塔混合梁斜拉桥转体施工关键技术桥梁建设，（）：牛远志，李恒跃，全伟，等超大吨位斜拉桥水平转体铰型式研究铁道工程学报，（）：