基于有限元模型的和平路高架桥转体 施工配重选择

秦爱红 李克建 薛晓辉

(青岛理工大学琴岛学院1 ) 山东 青岛 266106 青岛地矿岩土工程有限公司2) 山东青岛 2661001 陕西铁路职业技术学院 陕西渭南 714000)

1 工程概况

和平路是石家庄市北翼东西向的一条主干道，部分路段已进行过改建，但道路在通过京广铁路时较为拥挤。为改善此处拥挤现状，石家庄市决定建造和平路高架桥。和平路高架桥共有两跨，采用连续箱梁结构形式，跨径分别为64.22m、64.232m，桥梁全长为128.452m。

为了减少对京广铁路的影响，和平路高架桥钢结构连续箱梁设计采用转体施工技术，根据现场场地条件及桥梁的结构形式，将桥东侧选为转体的临时场地，对桥梁结构进行顺时针转体。考虑到对周边建筑物的影响，确定在个别桥墩处留后拼段即84#桥墩位置留10.204m，在86#桥墩位置留17.273m 作为后拼段，故钢箱梁实际转体长度100.975m。

图1 转体施工有限元模型图

图2 结构变形图

图3 结构等效应力图（Pa）

表1 情况一配重下高架桥转体施工时支座反力

图4 结构变形图（m）

图5 结构等效应力图（Pa）

本项目中，两跨连续钢箱梁跨径分别为64.22m、64.232m，其中，转体部分上跨铁路段54.016m、另一跨46.959m，由于上跨梁比另一跨梁长7.057m，故存在纵向的倾覆力矩。为保证纵向稳定，同时保证转体时抗纵向倾覆稳定系数为1.4，在桥梁结构的纵向可以采用水箱作为配重形式。另外桥梁结构的平面线形采用了圆弧加缓和曲线，故桥梁结构同时存在横向扭矩，为了避免横向倾覆可以采用水箱形式进行横向配重。将两种方法很好的结合，可在平衡纵向倾覆力矩的同时平衡桥梁本身横向扭矩，保证施工中的稳定性。

2 有限元模型的建立

和平路高架桥采用大型软件ANSYS 对84-86#墩连续钢箱梁转体施工进行建模。用ANSYS 中shell单元建立辅助塔和钢箱梁模型，用link 单元建立拉索模型。模型如图1。

3 三种配重方式对高架桥转体施工的影响

通常，转体施工中将转盘设在承台结构顶部，梁和桥墩同时转体，直到准确到位。和平路高架桥受到地面交通情况影响，故将其转心设在箱梁梁体结构与下部结构的盖梁之间，将高架桥的盖梁制作为转盘，其直径为8.4m，在此盖梁上布置所有的转体结构。

利用有限元软件ANSYS 把三种配重加载到上述高架桥上，具体分析如下：情况一：悬臂端平衡配重为160 吨，主墩东侧平衡配重为73 吨。通过软件进行计算，针对情况一进行加载计算得到结构变形图、结构等效应力图分别如图2、图3，此种配重下高架桥转体施工时支座反力情况如下表1。情况二：悬臂端平衡配重为180 吨，主墩东侧平衡配重为73.2 吨。通过软件进行计算，针对情况二进行加载计算得到结构变形图、结构等效应力图分别如图4、图5，此种配重下高架桥转体施工时支座反力情况如下表2。情况三：悬臂端平衡配重为180 吨，且配重东移1.8m；桥梁结构主墩东侧平衡配重改为28 吨， 通过软件进行计算，针对情况三进行加载计算得到结构变形图、结构等效应力图分别如图6、图7，此种配重下高架桥转体施工时支座反力情况如下表3。

表2 情况二配重下高架桥转体施工时支座反

图6 结构变形图（m）

图7 结构等效应力图（Pa）

根据表1、表2、表3 可以看出，悬臂端平衡配重为160 吨，主墩东侧平衡配重为73 吨时，北悬臂端东支腿支座反力为26.24，西支腿支座反力为26.73，支座反力差为0.49；悬臂端平衡配重为180吨，主墩东侧平衡配重为73.2 吨时，北悬臂端东支腿支座反力为35.92，西支腿支座反力为35.69，支座反力差为0.23；悬臂端平衡配重为180 吨，且东移1.8m；主墩东侧平衡配重降为28 吨时，北悬臂端东支腿支座反力为36.2，西支腿支座反力为36.4，支座反力差为0.2；从上述分析可看出，情况三所用的配重形式会使得桥梁结构北悬臂端东、北悬臂西支腿处的竖向反力差值达到最小，同时此时的总配重量最小，反力值一方面将能保证桥梁结构纵向的稳定性，另一方面使结构稳定支腿和转动滑道支架满足强度的同时亦满足刚度的要求，采用情况三所示配重对桥梁结构进行转体施工，结构稳定，连续钢箱梁在此情况下可顺利就位。

和平路高架桥在进行转体施工时应按设计位置根据设计要求安放180 吨平衡重水箱，且东移1.8m，主墩东侧平衡配重降为28 吨，即在放置平衡重水箱时必须保证其重心位置应该与设计保持一致，且两端的平衡重应该保持相同。

表3 情况三配重下高架桥转体施工时支座反

水箱底部在腹板位置沿桥向铺一道200×200mmH型钢作纵梁，横向布200×200mm H型钢作横梁，其上放置水箱，纵横H 型钢采用钢构件焊接牢固。水箱周围焊钢构件限位。因钢箱梁顶面存在纵横坡度，所以必须在H 型钢铺设时调整水平，保证水箱水平放置，确保重心位置。

配重的调整采用在水箱内加水放水的方式进行，通过在纵向和横向配重水箱内加水、放水，将其重量的变化反应到称重结构的传感器上，根据稳定支腿下的反力控制整个体系得平衡。

4 结语

和平路高架桥按照方案三即悬臂端平衡配重为180 吨，且配重东移1.8m；桥梁结构主墩东侧平衡配重改为28 吨进行配重，从工程实际情况来看，转体施工顺利进行，转体效果很好。桥梁转体施工技术在现代公路铁路桥中使用较多，不等跨的连续桥梁为不等跨且采用转体施工时需考虑配重的影响，本文中配重选择及有限元建模方法可为类似转体施工工程提供借鉴。