哈西大桥转体承台结构受力研究

2022-04-06傅琦

科学技术创新 2022年8期

傅琦

(中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院，黑龙江哈尔滨 150006)

本次研究范围内的道路设计等级采用主干路标准，60km/h(设计时速)，车道布置采用双向六车道。跨铁路部分桥梁全长434m，全宽30m。本次计算研究的跨铁路(118+198+118)m 转体斜拉桥主桥纵向采用全飘浮体系，预应力混凝土结构π 型梁结构，主塔结构为双塔柱门式结构索塔，斜拉索采用双索面结构，扇面形布置，采用Midas/Civil 2019 专用桥梁分析软件建立分析模型，承台采用六面体和五面体三维实体单元，桩基采用节点竖向弹簧支承模拟，研究该模型在塔底反力作用下各项受力规律并进行验算，为今后此类转体桥梁的设计提供参考。

1 项目概况

本次计算研究的双塔双索面斜拉桥跨总长度434m，跨径布置为(118+198+118)m，边主跨比0.6:1。由于场站铁路线路布置的限制，边跨较常规斜拉桥要大(一般为0.45～0.5:1)。半飘浮结构支承体系，塔和过渡墩处均设置纵向活动支座。设计荷载：城-A 级荷载的1.3 倍(考虑公跨铁安全系数1.3)。设计安全等级：一级。(图1)

图1 桥型布置图

1.1 主塔

主塔结构采用H 形塔柱，钢筋混凝土结构(C50)。主塔高度74m，设置1 道钢结构横梁。上塔柱采用矩形截面，截面尺寸：320cm(横)x650cm(纵)，短边壁厚100cm，长边壁厚60cm。下塔柱为实体墙式结构，截面横桥向尺寸2400cm～3140cm，纵桥向尺寸650cm。横梁为箱形截面，预应力结构。横梁截面尺寸：340cm(高)x550cm(宽)，壁厚50cm，顶面设置散水坡。每个塔柱顶设一座主动型避雷针。

1.2 主梁

主梁采用预应力混凝土π 型梁结构，混凝土C60，按A类预应力体系设计。

主梁道路中心线处高度2.4m，顶宽29.8m，顶板厚度30cm。肋宽180cm，在锚跨尾段及塔根部附近局部加宽至280cm。两肋间设置预应力混凝土横梁，横梁腹板厚度42cm，标准间距7m；塔支点处横梁宽500cm，为箱形截面；过渡墩支点处横梁宽220cm。

主梁共设置11 个节段，8 个支架现浇段，3 个合龙段。

1.3 主塔墩基础

主塔墩基础为本次承台分析结构，承台采用六面体和五面体三维实体单元，桩基采用节点竖向弹簧支承模拟。该模型在塔底反力作用下各桩顶反力的分布规律。

承台下采用直径1.8m 钻孔灌注桩，设计桩长75m，共30根桩，持力层2-1 粉质粘土。下承台平面为八边形，厚度580cm，C40a 引气混凝土。(图2、3)

图2 承台构造图

图3 计算模型

1.4 塔底反力

转体系统由下承台、转体球铰、上承台、牵引系统组成。下承台用于承担整个转体结构重量，转体施工完毕后，结合上承台结构，共同承担塔柱及梁体受力。下承台中埋置用于转体的转体球铰、环形助推滑道及用于转体的牵引反力座、助推反力座等。钢球铰直径4.5m，总高度为0.89m，上下两片式结构。上承台作为转体过程中的主要结构，在转体过程中处于多向立体受力状态。上承台直径18m。转体牵引盘直径φ15m，高度0.8m。转体牵引盘是球铰、撑脚以及上承台相连接的部分，同时也是转盘钢绞线牵引力直接施加的部分。

转体上承台混凝土达到设计强度后，进行转体前支承体系的转换。抽出预先放置的钢垫板，使上承台支承于球铰上。施加对向转体牵引力矩，使转台沿球铰中心轴转动。检查球铰的运转是否正常，测定其摩擦系数，为转体施工提供依据。

摩擦系数按下式测算：

μ＝M/1.13G

μ- 摩擦系数；

M- 转体力矩(t*m)；

G- 转台总重量(t)。

设计静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06，若施工时测出摩擦系数较设计出入较大，应分析找出原因，并作出相应地处理。

转体阶段，上部结构的塔底反力为240000kN。