澜沧江特大桥钢管拱二次竖转的计算与分析

2015-03-16魏宇

铁道勘察 2015年2期

关键词：劲性压杆拱桥

魏　宇

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

澜沧江特大桥钢管拱二次竖转的计算与分析

魏宇

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

摘要以大瑞线澜沧江特大桥为例，选取梁单元模拟主拱，对拱肋二次竖转施工过程进行模拟，对结构进行计算及分析，给出了计算结果及总体评价意见。

关键词拱桥二次竖转梁单元分析

钢筋混凝土拱桥是铁路桥梁结构中普遍运用的结构形式之一，随着大量的铁路桥梁工程建设，拱桥的施工方式也日臻成熟，包括就地浇筑、支架施工方法、悬臂施工方法，缆索吊装法、转体法和劲性骨架法。

以澜沧江特大桥做为工程实例，对主拱二次竖转过程进行计算分析并提出总体评价，为同类桥梁设计施工提供借鉴。

1工程概况

1.1　地形地貌、水文气象

桥址河床狭窄，地势险峻，河谷呈“V”形，两岸相对高差约1 024 m，两岸山坡角度约60°，局部岩面达90°。

桥址区位于澜沧江峡谷中，属亚热带河谷型湿润气候，夏秋多雨，冬春季干燥，全年中6～10月份为雨季，其余时间为旱季。雨季降水丰富，各种地质灾害也频频发生；旱季风大，桥址附近年平均风速为12.22 m/s(6级风)，最大风速可达26 m/s(10级风)。

1.2　主要技术条件

澜沧江特大桥桥跨布置为：(1-32+2-24+1-32) m简支箱梁+363 m上承式拱桥+1-32 m简支箱梁，全桥长528 m，主桥计算跨径342 m，Ⅰ级双线铁路，设计速度160 km/h；桥面设置有车站，宽度为14.5 m。

主桥采用363 m上承式劲性骨架钢筋混凝土拱桥方案，钢管混凝土劲性钢骨架的主弦管与腹杆通过节点板进行栓接连接，节点板与主弦管、拱肋横撑与主弦管等复杂焊接连接均为工厂焊缝，利用两岸陡峭的岩体支撑进行拱肋的立式拼装，通过二次竖转的新技术完成钢管混凝土劲性骨架的安装。拱肋采用外包混凝土，提高了结构的刚度，避免了钢结构桥梁巨大的养护维修工作量。

主拱为计算跨径342 m、矢跨比1/4.15、拱轴系数m=3.4的悬链线提篮拱，两条拱肋内倾6.8°。每条拱肋为单个混凝土箱梁，内包钢管混凝土桁架的劲性骨架。

上、下弦管的钢管外径为1.0 m，壁厚根据受力部位的不同分别为26 mm、36 mm、42 mm、46 mm。竖向腹杆除拱脚处受力需要采用钢箱截面外，其余为焊接工形截面或宽翼缘H型钢。桁架上、下平联均为宽翼缘H型钢，宽翼缘H型钢型号为HW400×400及HW350×350。全桥共设置20道横撑，横撑为箱形混凝土截面，内包钢结构桁架，其弦管为φ600钢管，腹杆为型钢。大理岸山体支撑为3道，保山岸为4道。

为了适应竖转的需要，拱脚上铰轴为直径2.2 m的钢管混凝土，铰座下设置定位型钢，以保证铰座定位准确。劲性骨架横向由二片拱肋组成，每个拱脚的铰轴横向宽4.5 m。同岸的左右侧拱座上竖转铰轴保证在一条水平线上。

两岸拱肋的1/2处也分别设置转铰，即中间铰，中间铰构造见图1。

图1　中间铰构造

1.3　竖转体系的布置

本桥采用立拼钢管拱肋二次竖转就位新工艺，应用多台同步连续操作的千斤顶，通过电液比例控制技术进行竖转施工，每岸竖转重量近2 400 t，转体结构长190 m。

二次竖转施工方案：即在两岸顺着山体安装施工支架，利用80 t缆索吊机在支架上拼装拱肋，拼装完成后安装竖转设备，设置牵引索，先将上部分拱肋扳起，完成半跨拱肋连接，再向下竖转、合龙，完成拱肋劲性骨架安装施工。

为了抵抗中间转铰以上部分拱肋扳起时向江心的水平拉力和一次竖转完成后二次竖转开始初期中间转铰处向山体侧压力，分别在2号墩、3号墩及6号台处设置拉压连接杆。大理岸(左侧)边向江心的水平拉力由2号墩和1号墩两者共同受力承担(两墩通过柔性拉索传递拉力)，其压力通过拉压杆由2号墩单独承担；保山岸(右侧)中间转铰处的水平拉力和压力均通过拉压杆传递到M2锚碇，由M2锚碇承担。保山岸竖转后采用岩锚结构，大理岸竖转后采用桩基承台结构。

2计算模型的建立

采用MIDAS计算程序建立空间模型。模型底转铰采用一般支承的铰接形式，山体支撑和拉压杆采用桁架形式，也采用一般支承的铰接形式。中间铰的模拟采用分离式，将中间铰上下两部分分开建立，中间铰以上部分钢结构在中间铰销轴位置处的模拟采用一般支承的铰接，然后将中间铰以上部分产生的三个方向的反力加到中间铰以下部分，并把中间铰以下撑杆的一端释放梁端约束，以模拟铰接形式。

3拱肋竖转计算

主拱整个竖转过程分为9个工况，计算工况如表1。

表1　主拱竖转工况

拱肋劲性骨架用梁单元模拟，主要杆件单元内力见表2。

表2　各工况下杆件最大内力

杆件单元应力见表3。

表3　各工况下杆件最大应力　MPa

各工况下索力见表4。

表4　各工况下索力(单根索)　kN

各工况下底转铰受力见表5。

表5　各工况下底转铰反力(单个铰)　kN

4结论

本桥的二次竖转技术处于国内领先水平，由于在拱肋竖转中采用了两次竖转分步进行，每岸下放重量达到2 400 t。在整个竖转过程中，中间铰的受力最为关键，第一次竖转期间，中间铰支腿受力先由大到小，底转铰箱形腹杆受力先由小到大；第二次竖转期间，中间铰支腿受力再由小到大，底转铰箱形腹杆受力由大到小。第一次竖转启动时，拉压杆的受力也最大，随着竖转过程，拉压杆受力逐渐减小。由此可见，在整个竖转结构中，每次竖转启动时，均需对结构进行严密监控，与计算结果进行对比，以保证结构安全可靠。计算及施工过程表明，竖转过程中，中间铰、拱肋及拉压杆均具有良好的受力性能。

参考文献

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[2]中华人民共和国铁道部.TB 10002.2—2005铁路桥涵钢结构设计规范.北京：中国铁道出版社，2005

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中图分类号：U442.5

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)02-0116-03