双套钢拱塔竖向翻转结构受力研究

□文/卜明津

双套钢拱塔竖向翻转结构受力研究

□文/卜明津

以往双套钢拱塔这种特殊索塔结构的斜拉桥施工是通过搭设脚手架和支撑平台，使用大吨位塔吊或吊车逐段拼装，这种施工工艺工期长、成本高。为解决这一缺点采用通过液压同步提升设备将钢拱塔整体竖转到位的新工艺。文章以实际工程为例，深入研究了双套钢拱塔竖向翻转技术中的结构受力，通过有限元分析，攻克了双套钢拱塔竖向翻转的技术难点。

双套钢拱塔；竖转；有限元；结构受力

1 工程概况

锦州小凌河云飞大桥主桥为一座双拱塔斜拉桥。大桥主梁为双钢箱主梁，梁高2.8m。拱塔为双钢套拱，外拱塔塔高65.522m，倾角8°，塔根间距38m；内拱塔塔高54.256m，倾角15°，塔根间距25m。外拱塔与内拱塔之间采用13根拉（压）杆连接，上部12根为拉杆，为平行钢丝拉索，最底下一根为压杆。全桥共设置20对斜拉索，主跨梁段索距8m，边跨梁段索距8m，拱塔上的索距2.2及2.7m。见图1。

2 内拱塔竖转时整体计算

2.1 计算说明

1）施工说明

内拱塔竖转时的状态见图2和图3。

内拱塔转体采用起扳法施工。将内拱塔在桥面水平拼装好，穿好转绞销；安装内拱塔上三角架结构；整体起扳内拱塔，使内拱塔与桥面成75°。

2）荷载工况

（1）被提内拱塔转体质量按照275t设计计算。单侧吊点加固：拉杆铰点处8t，压杆处10t，索鞍5t。

（2）三角架自重。

（3）后拉索拉力。

（4）风载按照锦州地区10a一遇风压：0.4kN/m2，A类地貌。

2.2 结构计算

采用Sap2000有限元程序对结构进行分析。分段模拟桥塔实际的重量及抗弯刚度。

计算2个状态：初始状态，即桥塔0°状态；最终状态即桥塔75°状态。

对每种状态分别统计索力、结构应力、桥塔铰点反力、锚点反力。计算模型见图4和图5。模型中桥塔预埋段采用固结方式，转体段与预埋段之间采用铰接节点。索与锚点连接采用铰接形式。在这里考虑桥面板对塔体固结段的约束作用。

2.3 结构整体计算结论

结构内力统计见表1。

表1 结构内力统计

（1）转铰反力标准值

初始状态反力：Fx=303kN,Fy=2691kN,Fz=2591kN。

到位状态反力：Fx=-347kN,Fy=346kN,Fz=2182kN。

（2）固结段反力以及锚点反力

节点编号见图6和图7。

0°状态节点反力见表2。

75°状态节点反力见表3。

表3 75°状态节点反力

（3）内拱塔本身应力

整个塔体的最大应力比出现在0°状态时。内拱塔转体部分本身最大应力比为0.202；另外，由于固结段塔体大部分埋在桥面板里面，在这里考虑桥面板对其支撑作用，得出最大应力比为0.166。

3 外拱塔转体时整体计算

3.1 计算说明

1）施工说明

以内拱塔以及三角架作为提升支承结构，对外拱塔进行提升。外拱塔竖转时状态见图8和图9。

2）荷载工况

（1）被提桥塔质量约为395t，单侧钢绞线拉点铰支座的质量按照15t考虑。

（2）风载按照锦州地区10a一遇风压：0.4kN/m2，A类地貌。

（3）后拉索拉力。

3.2 结构计算

采用Sap2000（9.16）有限元程序对结构进行分析。分段模拟桥塔实际的重量及抗弯刚度。内拱塔底部按照刚接。

计算状态2个状态：外拱塔初始状态，即0°状态；外拱塔最终状态，即外拱塔82°状态。

对每种状态分别统计索力、结构应力、桥塔铰点力、锚点反力。计算模型见图10和图11。

3.3 结构整体计算结论

1）索力统计

结构索力见表4。

表4 结构索力 kN

2）反力

节点编号见图12和图13。

（1）外拱塔0°状态反力见表5。

表5 外拱塔0°状态反力

（2）外拱塔82°状态反力见表6。

表6 外拱塔82°反力

（3）转铰反力标准值

初始状态反力：Fx=-290kN,Fy=-1749kN,Fz=757 kN。

最终状态反力：Fx=-298kN,Fy=-164kN,Fz=2093 kN。

4 内外拱塔应力水平复核

外拱塔转体段的最大应力比为0.379，固结段应力比为0.311；内拱塔最大应力比为0.430。

5 结语

通过有限元分析锦州市小凌河云飞大桥双套钢拱塔结构受力，分别对外拱、内拱各个工况下的应力应变进行了详细的计算和分析，为今后竖向翻转技术打下了坚实的基础和留下了宝贵的资料。

U445

C

1008-3197（2011）02-43-04

2011-03-22

卜明津/男，1961年出生，工程师，天津第七市政公路工程有限公司，从事工程质量控制工作。