武广客运专线140m下承式钢箱系杆拱桥拖拉施工方案探讨.pdf

1 2 4 桥 梁建设 2 0 0 6年增刊 2 文章编号： 1 0 0 3 4 7 2 2 ( 2 0 0 6 ) s 2 0 1 2 4 0 4 武广客运专线 1 4 0 m 下承式钢箱 系 杆拱桥拖拉施工方案探讨 黎 顺 生 ( 铁道第四勘察设计院桥梁处 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 6 3 ) 摘 要：武广客运专线 1 4 0 m下承式钢箱 系杆拱桥 上跨 双向 4车道京珠 高速公路 ， 桥轴线与 京珠 高速公路斜交， 要求在全桥钢箱 系梁、 纵横 梁、 钢箱拱和 吊杆安装完后再进行拖拉就位。采用 ans ys程序对 2种拖拉施工方案施工全过程进行模拟计算 ， 从 临时墩设 置、 临时墩 支座反 力、 导 梁、 纵横梁以及吊杆受力特点等方面进行分析研 究。 关键词 ：系杆拱桥； 拖拉施 工； 施工方案 中图分 类号 ： u4 4 8 2 2 5 ； u4 4 5 4 6 1 文献 标识 码 ： a s t u d y o f co n s t r u c t i o n s c h e me s f o r ha u l i ng er e c t i o n o f 1 4 0 一 m s p a n th r o u g h s t e e l bo x ti e d ar c h br i d g e o n w u h a n gu a ng z h o u pa s s e ng e r de di c a t e d ra i l wa y li s h u n s h e ng ( br i d g e e n g i n e e r i n g di v i s i o n，t h e 4 t h s u r v e y a n d de s i g n i n s t i t u t e o f ch i n a ra i l wa y s ，wu h a n 4 3 0 0 6 3 ，ch i n a ) ab s t r a c t ：th e l 4 0 m s p a n t h r o u g h s t e e l b o x t i e d a r c h b r i d g e o n w u h a n gu a n g z h o u pa s s e n g e r de d i c a t e d ra i l s p a n s t h e d u a l t wo l a n e be i j i n g - z h u h a i ex p r e s s wa y a n d t h e a x i s o f t h e b r i d g e i s s k e w t o t h a t o f t h e ex p r e s s wa y i n t h e c o n s t r u c t i o n ，t h e b r i d g e i s r e q u i r e d t o b e e r e c t e d b y h a u l i n g c o n s t r u c t i o n me t h o d a f t e r t h e i n s t a l l a t i o n o f t h e s t e e l b o x t i e d b e a ms ，l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e b e a ms ，s t e e l b o x a r c h e s a n d h a n g e r s o f t h e wh o l e b r i d g e h a s b e e n c o mp l e t e d i n t h i s p a p e r ，t h e ans ys p r o g r a m i s u s e d t o c o n d u c t s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n o f t h e wh o l e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s o f t h e p r o p o s e d t wo k i n d s o f t h e h a u l i n g c o n s t r u c t i o n s c h e me s a n d t h e a n a l y t i c s t u d y i s ma d e a s we l l f r o m a s p e c t o f s e t t i n g o f t h e t e mp o r a r y p i e r s ，r e a c t i o n f o r c e s o f t h e b e a r i n g s o n t h e t e mp o r a r y p i e r s ， a n d s t r u c t u r a l b e h a v i o r o f t h e l a u n c h i n g n o s e s ，l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e be a m s a nd ha ng e r s ke y wo r d s ：t i e d a r c h b r i d g e ；h a u l i n g c o n s t r u c t i o n；c o n s t r u c t i o n s c h e me 1 工 程概 况 武广客运 专线 1 4 0 m 下承式钢 箱系杆拱桥拱 与系梁均由钢箱截 面组成 ， 桥 面采用钢纵横梁一混 凝土板的结合梁体系 ， 刚性 吊杆 ， 拱桥上跨京珠高速 公路 ， 其交叉角度仅有 2 6 。 。京珠 高速公路为双向 4 车道 ， 路面宽 3 0 m， 车流量相 当大， 为了尽量减少对 高速公路交通 的影响 ， 要求在 全桥钢箱 系粱 、 纵横 梁 、 钢箱拱和吊杆安装完后再进行拖拉就位 ， 拖拉过 程 中临时墩 、 导梁 、 纵横梁和 吊杆的受力相 当复杂 ， 因此临时墩的设置是整个施工方案的关键 。 在临时墩与桥轴线斜交时， 临时墩采用不对称 性布置 ， 间距较大 ， 因此不仅导梁对减少临时墩支座 收稿 日期 ： 2 0 0 5 1 0 一l 1 作者简介 ：黎顺生 ( 1 1 ) 7 9) 。 男 ， 2 0 0 5年毕业 于武汉理工大学交通学院结构工程专业 ， 工学硕士 。 维普资讯 武广客运专线 1 4 0 m下承式钢箱系杆拱桥拖拉施工方案探讨 黎顺生 1 2 5 反力 、 纵横梁和吊杆应力贡献比较小 ， 反而 由于临时 墩的不对称性 ， 在拖拉过程中导梁的应力相当大， 导 致临时墩支座反力不减反增 ， 因此斜交时前端不加 设导梁拖拉。采用 a ns ys程序计算分析 比较 ， 得 出两较优方案。 方案 1 ： 临时墩与桥轴线正交， 前端加设 导梁拖 拉 。 在京珠高速的超车道设置 2个临时墩 ， 并在高速 公路两旁分别设置 2个临时墩， 临时墩最大间距 3 8 m， 在端横梁前端加设 2 2 m 长导梁。方案 2 ： 临时 墩与桥轴线斜交 ， 无导梁拖拉 。 在京珠高速的中间隔 离带沿高速公路方 向设置 2个临时墩， 并在高速公 路两旁分别设置 3个临时墩 ， 临时墩最大问距 4 o m， 在拖拉过程 中， 部分 阶段主桁后端需 5 0 0 k n的 压重。两方案临时墩平面布置见图 1 。 在拱桥拖拉过程 中。 导梁应力 、 临时墩支座反 力、 纵横梁和吊杆受力随拖拉工况不同而变化， 按每 拖拉 2 m为一工况 ， 采用 ans y s程序对两方案进 行计算分析。 二 二 二 一 卜 _7辔晰 舞 三 二 _ 7 二 二 方案l 拖拉方向 ( a )方案1 二 。 嘈 二 厂 一 日 一_ 一 7垂留 行 多 口 - 一 - 一 十 蛳 l 4 0 0 0 j 3 4 0 0 1 9 8 6 l 2 1 6 7 注 图中表示临时墩号 ( b )方案2 单位 ：ci i 1 图 l 两方案临时墩平面布置 成 。导梁布置见图 2 。 2 方案 1导梁受力分析 导梁有 2种受力形式 ： 导梁越长 ， 其 自身受力越大， 耗材越多 ， 经济性 ( 1 )悬臂梁( 含部分悬臂梁) 形式。此时导梁上 越差； 导梁越短 ， 主桁伸臂越长 ， 伸 臂部分的反f 甸受 弦杆受拉 ， 下弦杆受压 ， 其中悬臂根部受力最大。 力( 对比成桥后的主桁受力而言) 越大 ， 相应主桁加 ( 2 )简支梁形式 。此时导 梁已到达前方墩台。 固范围越大， 所需要的压重越大。经过反复试算 ， 导 导梁( 或部分导梁) 作为简支梁的一部分 ， 导梁受力 梁采用长度 2 2 m， 立面高度由 6 m逐层降为 4 m、 2 以上弦受压 、 下弦受拉为主 ， 支点处的导梁斜腹杆受 m。平面最宽 8 m。除端部 与主桁连接处外， 其他 压较大。 主要部位均为2 m一个节问， 采用万能杆件拼装而 整体而言， 导梁上 、 下弦杆的内力较大 ， 腹杆受 力较小。方案 1导梁应力曲线见图 3 。 ( a ) 立面 7 c 7 l i j ( b )平面 图 2方案 l导梁 布置 1 60 日 1 40 垦 1 2 0 1 0 0 80 越 6 0 4 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 拖拉距离 m 一 导梁最大轴向拉应力 一导粱最丈轴 向压应力 图 3 方案 1 导粱应 力曲线 维普资讯 1 2 6 桥梁建设 2 0 0 6年增刊 2 通过分析比较可 以得出方案 1 拖拉过程中导梁 应力具有以下特点 ( 1 )悬臂粱状态时 ， 导梁轴 向应 力较小基本保 持稳定 ， 上弦杆拉应力与下弦杆压应力差值很小 。 ( 2 )导粱前端拖拉到临时墩后， 即简 支梁状态 ， 导梁应力开始增大 ， 上弦杆压应力增加速度 比下 弦 杆快 ， 但下弦杆拉应力增幅较大 。 ( 3 )在简支梁状 态， 随着主桁伸臂段增长导梁 应力变化较大， 因此导梁与主桁连接段结构强度要 局部加强 ， 图 3中横坐标拖拉距离 2 o 3 0 m、 5 8 6 9 m、 9 6 1 0 6 1 t i 、 1 2 6 1 3 6 1 t i 所对 应 的拉应 力和 压 应力起伏均较大， 这与导梁和主桁连接段强度变化 较大有关 。 ( 4 )当主桁上临时墩后 ， 导梁又 回到悬臂梁状 态 ， 上下弦杆应力急剧下降 ， 在导梁拖拉到下一个临 时墩上前基本保持稳定状态。 拖拉过程需确定导梁前端下挠度值 ， 以作为导 梁前端上墩方案制定的依据。因此在满足拖拉各构 件强度安全系数 的基础上， 应设计导梁尽量减小其 前端下挠度值。方案 1拖拉过程中导梁前端最大下 挠度值为 0 0 2 5 6 m。 3 临时墩支座反力 3 1 方案 1 临时墩支座反力分析 方案 1l 临时墩与桥轴线正交 ， 将横向左右立柱 中心里程相同的临时墩相连组成 门式墩 ， 临时墩支 座反力变化曲线见图 4 。 萎 r 墨 i 一 1 号临时j毂 一 2 号临时墩 一3 号临时墩 图 4 方案 1 临时墩支座反 力变化 曲线 通过分析 比较可以得出方案 1拖拉过程中墩顶 支座反力具有 以下特点 ； ( 1 )在主桁拖拉到临时墩上时， 临时墩支座反 力有一突增的过程 ， 突增量与导梁结构有相 当大关 系 。导梁后端结构强度与主桁强度越接近 ， 突增量 越小。 ( 2 )拖拉过程中横向左右两侧墩立柱 中心里程 相同的临时墩顶支座反力相同， 无差异性。 ( 3 )在最大悬 臂状 态时， 前端临时墩支座反力 可能会出现峰值， 但不是最大值， 最大值都是在导梁 前端拖拉过下一墩顶一段距离后出现 2 。 ( 4 )在主桁前端拖 拉过前 方 2号临时墩 ， 且 导 梁前 端上前方第 3个 临时墩后 ， 1号临时墩顶支座 反力变化较小， 基本趋于稳定 。各墩最大支座反力 值见表 1 。 表 1 临 时墩墩顶最 大支座反力值 k n 临时墩号 方案 1 方案 2 3 ， 2 方案 2临时墩支座反力分析 方案 2临时墩与桥轴线 斜交 ， 1号和 2号临时 墩组成门式墩 ， 4号和 5号临时墩组成 门式墩 ， 7号 和 8号临时墩组成 门式墩 ， 临时墩非对称性布置 ， 因 此拖拉过称 中各构件受力规律性较差。临时墩支座 反力变化曲线见图 5 。 拖拉 量 + 1 号临时墩 一 2 号临时墩 一 3 号临时墩 一 4 号临时墩 一 5 号临时墩一 6 号临时墩一 7 号临时墩 一 8 号临时墩 图 5 方 案 2临时墩支座反力变化 曲线 通过分析 比较可以得出方案 2拖拉过程中墩顶 支座反力具有 以下特点： ( 1 )在主桁拖拉 到前方 临时墩 时， 与其 同侧 的 后方临时墩支座反力下降 ， 不同侧 临时墩支座反力 可能有小幅下降 ， 也可能有小幅增加。本桥在主桁 拖拉到 3号临时墩 ， 1 号临时墩支座反力变化很小 ， 2号临时墩支座反力降幅较大 ； 在主桁上 4号临时 墩后 ， 2 、 3号临时墩支座反力变化小， 而同侧 1号临 时墩支座反力降幅较大； 主桁上 5号临时墩后 ， 2 、 3 号临时墩支座反力大幅下 降， 1 、 4号 临时墩支座反 力反而有所增加 ； 主桁上 6号临时墩后 ， 1 、 4号临时 墩支座反力大幅下降 ； 主桁上 7 、 8号临时墩后 ， 1 6 号临时墩支座反力都有所下降 ， 其 中 5 、 6号临时墩 o 7 8 o 8 7 4 6 3 9 o 1 4 9 2 8 拈 坫 5 3 5 5 5 5 4 4 喜 咖湖 啪 喜 垂 0 维普资讯 武广客运专线 1 4 0 m下承式钢箱系杆拱桥拖拉施工方案探讨 黎顺生 1 2 7 降幅最大 ； 在主桁上主墩后 ， 7 、 8号临时墩支座反力 大幅下降。 ( 2 )拖拉过程 中 3个门式墩左右两侧墩顶所受 支座反力均存在反力差， 且该差值存在正负不一致 性 ， 即内侧墩顶支座反力并不总大于或小于外侧墩 顶 支座 反力l 2 。 ( 3 )与方案 1 不 同， 由于没有导 梁作用在最大 悬臂状态时， 前端临时墩支座反力 出现峰值即为此 临时墩最大 支座 反力值。各墩最 大支座反力值见 表 1 。 4 纵横梁、 吊杆受力分析 在拖拉过程 中， 主桁构件受力与运 营状态受力 完全不同， 因此拖拉过程中如何有效地控制纵横梁、 吊杆 的安全系数以达到强度要求 ， 是进行拖拉施工 计算 的主要 目的。拖拉过程 中纵横梁应力 、 吊杆轴 向力见表 2 、 表 3 。 表 2 拖拉过程 中纵横梁最大应力 吊 杆 墨 _大 塑 塑 塑 曼 生 堕 墅 墨 塾 编号方案 l 方案 2 方案 l 方案 2 l方案 1 方案 2 住 ： 表 中 吊 杆梭 长 厦 不 同编 号 ， 吊 杆 1是最 短 的 吊杆 ， 吊杆 8是 最长的吊杆 纵横梁应力、 吊杆轴 向力峰值一般出现在主桁 伸臂最大处或附近 ， 减小主桁受力最直接的方法就 是增加临时墩 ， 尽量使主桁伸臂不要太长 。如 ： 方案 2的 3号、 6号临时墩就是为 了减 小 主桁的伸臂长 度 。导梁的使用也可 以间接减小 主桁的伸臂 长， 提 高纵横梁、 吊杆 的安全系数。如： 方案 1 从提高主桁 安全系数 、 减小临时墩支座反力出发确定导梁的形 状 和尺 寸 。 拱桥纵梁在有横梁处与无横梁处相 比， 纵梁强 度相差 比较大， 为了提高拖拉过程中纵横梁安全系 数， 应设置临时墩尽量避免最大伸臂长出现时 ， 临时 墩支座位于无横梁 的纵梁处 。吊杆均设在有横粱 处 ， 这样对提高吊杆的临界系数有很大帮助， 从表 3 中可以看出两方案 吊杆临界系数均能满足施工 。 5 方案比较 本结构设 计方案的主要问题是如何设置临时墩 和导粱， 保证在拖拉过程 中主桁的纵横梁和导梁 的 应力能满足强度要求， 以及吊杆的稳定性较好 。 方案 1主结构支座反力较小 ， 吊杆临界系数较 大 ， 纵横梁应力满足强度要求 ， 导梁应力较小 ， 主桁 后端无需压重 ， 拖拉各构件受力规律性较好 ， 施工容 易控制 。但临时墩设置需 占用京珠高速公路超车 道 ， 在短时间内对行车有较大的影响。 方案 2主结构无需导梁 ， 临时墩设在高速公路 隔离带 ， 对京珠 高速公路通车影响较小。但 临时墩 非对称性布置， 排列无 序， 支座反力较大， 纵横梁应 力虽然能满足强度要求 ， 但安全系数较小， 在主桁尾 端需要压重 ， 拖拉各构件受力较复杂 ， 规律性较差 ， 施工较难控制。 综上所述 。 方案 1 在经济性和实用性方面较好。 6 结 语 ( 1 )方案 1