朝天门大桥施工过程重压重控制技术

重庆朝天门长江大桥施工期间中压重控制技术周仁忠1作者介绍：周仁忠(1972-)，男，湖南株洲人，工程师，工程硕士，大跨度桥梁监测与有限元结构分析。(武汉港湾工程设计研究院中交集团桥遂技术重点实验室，武汉)摘要 :重庆朝天门长江大桥主梁施工采用爬行类悬吊机悬臂法的大悬臂梁施工情况下，为确保结构稳定安全，在边支点附近进行压载。 通过有限元仿真分析，确定了不同施工阶段的压载量，确保了桥梁整体施工过程中的抗性稳定系数满足规范要求。关键词：朝天门长江大桥、重压、阻力稳定系数、有限元分析中图分类编号:U441文献识别码:Amonitiontrontectionofheharivyproseructionstructionofofhearivechaotiaenvironmentyangtzeriverbridge没有ren-没有(wuhanharbourneeringeneeringservicetinstitutitylabofbridgetunneltechnologyofccg，wuhan )abstract : chaotiaryangtzeriverbridge提供了， yityofthebridgeduringconstruction，原constructicredbythemetofcantityofcantitybusingacrawlingcrawling.inordertoensurestabil， heheviypresusedtheedefothesteeriderbyfiniteelementanalysis theweithehehehehehehehayvireprosetateddiffedtedifed安装tyfactor是constructionoftheconstructionoftheconstructiononingtheconstructioningverkeywords : chaotiaenvironmentyangtzeriverbridge，Heavy pressure，anti-capsize stability factor，Finite element analysis1工程概况重庆朝天门长江大桥主桥上部结构设计为： 190m 552m 190m三跨连续中承式钢拉杆拱桥，双桥面，上段设有双向六车道和双侧人行道，桥面总宽36m，下段中间设有双线城市轨道交通，两侧各有7m宽的汽车道路。图2是图1全桥配置图主要双拱的间隔为29m，拱到中支点的高度为142m，拱的下弦线采用二次抛物线，矢高为128m，箭跨比为1/4.3125的拱上弦部分的线性也采用二次抛物线，与边缘上弦之间采用R=700m的逆圆曲线进行了转移。 主要采用改变高度的“n”线，拱门为中高14m，中支点为高73.13m (其中拱门的加强弦为高40.65m )，边支点为高11.83m。 全桥采用变节距布置，共采用12m、14m、16m三种节距形式，边节距布置为12m、14m、16m，其中节距布置为16m、14m、2812 m、14m、16m。 全桥配置上下两层连接杆，间隔11.83m，上层采用“h”形截面钢结构连接杆，下层采用“王”形截面钢结构连接杆和体外预应力，钢结构连接杆端部连接拱桥下弦节点，下层体外预应力锚定在节点端部。 主桥钢梁用悬臂梁安装，跨中合龙。 全桥的布局图如图1所示。2总体施工方法2.1施工流程图如下图所示：(下图2为朝天门桥施工流程图)图2施工流程图2.2施工工艺流程主桥钢桁，先躺下再主要躺下。 在横架上设置三个临时辅助腿。 其中，1，2 #节架设1000t.m塔架，其馀架设2100t.m爬虫类吊架机悬臂。 从钢架到3#临时脚之间拔出1#临时脚，从钢架到14#节之间主脚开始受到菱形力时拔出2#临时脚，从钢架到18#节之间整体调整钢架，正确对准中支点位置和中支撑台位置，同时开始安装按钮塔。 跨在21#节之间，脱离了3#临时座位。 从钢梁架到26#节之间，挂1#绳索完成一次初张力。 继续悬臂组装钢梁至32#节之间时，挂2#绳索完成一次初张力，悬臂架设33#、34#节之间、南架设35#节之间，调整合龙口误差，架设北35#节之间，实现主拱龙。 拆下假节间钢梁和假节间锤。 施加临时连接杆完成初始张力，将刚性连接杆架设到刚性连接杆变成龙为止。 架设桥面板，同时拆卸临时拉筋拆卸-2#按钮拆卸-1#按钮拆卸-按钮塔拆卸-桥面焊接。 拉伸体外预应力-桥梁附属结构安装-桥面铺装-全桥最终涂装-成桥检测。下图3为朝天门大桥整体施工布局图图3整体施工布局图三钢梁悬臂梁受阻措施跨朝天门桥边缘架设悬臂最大长度为80m，跨中架设悬臂最大长度为276m，是同类桥世界最大悬臂。 其最大霸权力矩达到t.m/侧梁，确保这样大的悬臂梁对其霸权的稳定性，是朝天门桥施工时应控制的关键。 为了防止钢梁霸权，跨越端部1#、2#假节点之间，跨越镇流平衡之间，与1#、2#永久节点之间一起作为重压区域。 重压的目的是为了平衡钢梁前端悬臂梁的回弹力矩，形成阻力回弹力矩。 根据铁路桥梁钢结构设计规范 (TB 10002.2-2005 )，必须满足排斥力矩/排斥力矩1.3的安全系数。压重的方法是用混凝土做的口0.7m1m2.8m的压重块，每块约4.5吨。 在假设的1#、2#节间和永久的1#、2#节间架设压重分配梁，将压重块放置在压重分配梁上。 镇流量为2110t/侧位，全桥压重总量为8440t。 重压区域如图3和图4所示。图4朝天门桥施工现场照片4计算模型概述为了确保钢梁施工的抗倾斜稳定性，不同钢梁架设情况下压载量不同。 为此，在朝天门桥上建立了有限元结构模型，跟踪分析了施工过程，确定了各阶段的镇流量，确保了钢梁的抗倾斜稳定性满足要求。朝天门桥属于空间杆系结构体系，采用空间结构有限元分析软件MIDAS/CIVIL2006进行计算。 模型根据设计设计图提供的材料和尺寸，采用空间梁单元、杆单元和电缆单元建立仿真模型。模型为节点985个，单元2464个，其中主梁构件、主梁纵向连接系统、主梁横向连接系统和刚性拉杆仅由梁单元模拟的动臂单元、体外预应力束由拉杆单元模拟，施工中的辅助措施为临时拉杆和拉杆斜向所有主梁构件应考虑冲压、弯曲、扭转、剪切的共同作用。 梁采用梁单元模拟，梁的两端作为铰链处理。 整体模型的结构图如图5所示。图5整体计算模型图5抗性安全系数的计算方法对于施工的不同阶段，要正确计算阻力系数，确保桥梁施工中阻力系数达到规范。 以边跨钢梁架设在第9#节之间为例，计算钢梁阻力系数的方法如下如下面的图6所示，将节点106作为霸权点，钢梁围绕霸权点旋转。 将钢梁分为左右两部分，首先分析左侧部分，左侧部分的反作用力和阻力矩如下表1所示。表1左半反作用力和阻力矩表节点编号101103106阻力矩反作用力3218(KN )6837(KN )703.7(KN )(KN.m )并且以右半部分为对象，分析了右半部分的反作用力和霸权力矩，如下表2所示。表2右半反作用力和霸权力矩表节点编号106110霸权力矩反作用力4128.5(KN )4529.4(KN )(KN.m )图6整体计算模型图这种情况下钢梁的抗倾斜安全系数如下排斥力矩/排斥力矩=/=1.9391.3。 满足规范要求。计算得到的阻力系数不足1.3的话，会增加重压，经过反复计算，最终得到最佳的压载方案。六重压力方案的确定6.1压力重量的确定综合考虑各种因素，必须保证排斥系数1.3的规范要求，保证腿的反作用力不超过基准值(腿的反作用力不超过1200吨)，另外，考虑到超过钢梁的应力不超过基准值，并综合考虑暂时腿的脱空和绳索拉力的调整等一系列后续工作反复计算的结果，各阶段的压载量如下表3所示。表3各阶段的压下重量计压载阶段临时节间临时节间1#、2#节间1#、2#节间下层配合重量(吨)上层配合重量(吨)下层配合重量(吨)上层配合重量(吨)边跨在7#节之间100边跨在8#节之间100边跨在9#节之间100边跨在11#节之间90边跨在12#节之间100中间跨距19#节间100中间跨距26#节间70中间跨距27#节间310中间跨距28#节间85300中间跨距29#节间385中间跨距30#节间70370中间跨距31#节间360中间跨距32#节间380中间跨距33#节间245145中间跨距34#节间450中间跨距35#节间460合计10551055105510556.2压载的说明(1)根据设计要求，镇流区上下楼层桥面每单位厚度不得超过25t，均匀分布于上下楼层桥面镇流区。(2)压载的顺序为前下弦、后上弦、前临时、后永久。 具体地说，假设1#、2#节间下层、后1#、2#节间下层、还有假设1#、2#节间上层，最后按压1#、2#节间上层。(3)各阶段作为单侧(北岸)压载，单侧总压重4220吨，全桥总压重8440吨。 在整体平衡方案表中没有考虑分配梁，必须考虑实际的重压。 南岸侧压载与北岸侧相同。 只有阻力垄断系数比北岸稍大。6.3各情况下的电阻系数在以上镇流量的作用下，各箱中的钢梁的电阻系数如以下的表4所示表4各阶段的抵抗性安全系数压载阶段回弹系数压载阶段回弹系数边跨在4#节之间2.275中跨23#节间1.72边跨在5#节之间1.357中间跨距24#节间1.565边跨在8#节之间3.275中间跨距25#节间1.443边跨在9#节之间1.939中间跨距26#节间1.347边跨在12#节之间4.855中间跨距27#节间1.311边跨在13#节之间2.616中间跨距28#节间1.31114#下弦杆1.95中间跨距29#节间1.31边跨在14#节之间1.302中间跨距30#节间1.308中间跨距17#节间7.546中间跨距31#节间1.308中间跨距18#节间4.772中间跨距32#节间1.307中间跨距19#节间3.419中间跨距33#节间1.309中间跨距20#节间2.602中间跨距34#节间1.307中间跨距21#节间2.065中间跨距35#节间1.307中间跨距22#节间1.887从表中可以看出，阻力霸权系数在最小跨度35#节间架设时为1.307，但在整个过程中阻力霸权系数大于1.3，满足规范的要求。7边支点反作用力时从表3可以看出，随着钢梁的前架，压力越来越大，在保证抵抗霸权的要求的同时，边支点反作用力也增加，在边压重的作用下，根据计算，各个案例的支点反作用力如下表5所示。表5各阶段边支点反力表盒子反作用力(KN )盒子反作用力(KN )跨越1#2#段的边1988.3中跨度18#分段8460.3临时节6333.2中跨度19#分段10150.3跨越3#段的边5115.8中跨距20#段9948.54#跨段的边4315.5中跨距21#段9730.6边缘跨越5#段3153.4中跨距22#段10319.5边缘跨越6#段3269.5中跨距23#段9269.3边缘跨越7#段3718.2中跨距24#段8087.5边缘跨越8#段2941.7中跨距25#段6982.8边缘跨越9#段6002.5中跨距26#段6419.1边跨10#段5583.7中跨距27#段7135.5边跨11#段6193.8中跨距28#段7750.2边缘跨越12#段6755.7中跨距29#段8057.7边缘跨越13#段6216.2中跨距30#段8529.6边缘跨越14#段10365.7中跨距31#段10967.0中跨距15#段8902.9中跨距32#段9180.0中跨度16#分段8795.6中十字龙11756.5中跨度17#分段8632.5由表5可知，主拱龙中边支点反作用力最大，为11756.5KN，不足12000KN，满足要求。 工程全过程中边支点反力小于12000KN。8主梁结构应力时下表6显示的是主拱结合龙时边的最大应力部件的应力。 表明，边跨越最不利条件的是E3-E4和a1-a1，其中E3-E4实测为-228.4MPa，a10-a1实测为204.7MPa，但小于施工允许应力。 其施工容