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摘要:索塔作为斜拉桥主要受力构件之一,其施工质量直接影响桥梁的使用寿命。索塔施工临时被动拉杆及主动横撑既保证了施工的安全性和稳定性,又保障了整体线形指标。文章依托于新市金沙江大桥,为防止中、下倾斜塔柱根部截面混凝土处于不良应力状态而导致混凝土开裂,确保索塔全过程施工安全可靠、质量优良,采用Midas Civil 2021建立的索塔有限元模型进行模拟计算和优化,分析索塔下横梁与主塔同步施工、中横梁与主塔采用塔梁异步施工的受力特征。结果表明,施工中混凝土最大拉、压应力分别为0.7 MPa和2.7 MPa,下塔柱和中塔柱横向最大位移分别为8.9 mm和9.2 mm,计算结果均符合规范要求。
斜拉桥跨越能力大,主塔往往较高,外形造型独特,跨江、跨河施工现场环境复杂,特别是风的影响大。采用液压自爬模悬臂施工难度高,主塔向外和向内倾斜,悬臂施工过程中会在塔根产生弯矩,使主塔产生横向位移和内应力,从而影响结构使用年限。为限制拉应力和变形位移不超出设计和规范要求,根据主塔施工节段划分,在两塔肢之间的一定高度范围内设计临时结构措施以平衡因外荷载(液压爬模自重、风荷载等)和主塔偏心荷载引起的水平分力。被动拉杆和主动横撑[1]设计时应遵循内力和变形双控原则,并考虑温度的变化及时调整对拉力和顶推力的大小[2]。
1、工程概况
新市金沙江大桥[3]位于昭通市绥江支线上,依次跨越G353线、金沙江、G213线,跨径组成为3 m×30 m T梁+(340+680+340)m钢桁梁+16×30 m T梁,半漂浮体系,设抗风和纵向阻尼器;斜拉索采用1 860 MPa钢绞线,192根斜拉索,单根索最长370 m,呈扇形布置;全长1 867 m,其中主桥长1 288 m,桥面宽度为25.5 m;主塔采用C50钢筋预应力混凝土结构,两主塔分别高290.16 m和297.51 m,塔柱采用空心矩形截面,下塔柱呈“V”形,中塔柱呈“A”形。
2、主塔施工步骤
桥塔施工共划分50个节段(下塔柱为~号节段,中塔柱为~号节段,上塔柱~号节段),桥塔节段划分如图1所示。
图1桥塔节段划分示意图(m)
主塔采用液压自爬模施工,下横梁采用支架法与主塔同步施工技术,中横梁采用支架法与主塔异步施工技术,施工工况如表1所示。
表1施工工况表
3、荷载及参数
3.1主塔自重荷载
主塔自重荷载(混凝土、钢筋、劲性骨架等)按实际重量取值,由模型计入。
3.2爬模荷载
外模为钢模板150 kg/m2,平台100 kg/m2,机位1.2吨/个,下塔柱、中塔柱和上塔柱爬模单肢分别布置14个机位、12个机位和8个机位,则爬模重量分别为102 t、99.4 t和94.6 t。
3.3风荷载
横撑计算时仅考虑极大风荷载(10级,设计风速为28.4 m/s)时的受力。
根据《公路桥梁抗风设计规范》[4],按以下公式计算:
1 020×12 mm钢管风荷载:
609×16 mm钢管风荷载:
钢管风荷载按线荷载加载。
3.4施工荷载
施工人员荷载标准值为1 k N/m2。
4、计算模型
主塔下的塔柱和中塔柱,在爬模时处于悬臂施工状态,建立的施工计算模型如图2所示。主塔根部固结,主塔与横撑分别用梁单元模拟,被动对拉杆使用仅受拉桁架单元模拟,而主动钢管的横撑对顶力则通过单元温度荷载试算确定,同时考虑主塔混凝土的收缩、弹性压缩量及升温20℃、降温20℃的横撑温度应力。
图2施工计算模型图
5、模拟计算结果
宝瓶形主塔结构特点是随着施工进度的增加,受自重、偏心矩、对拉力、对顶力等影响,主塔竖向位移不断累积,下塔柱和中塔柱根部应力也在不断变化,横向位移是模拟分析中的重点,即控制主塔线形,横向位移控制在±10 mm范围内,∅s15.2钢绞线对拉力和∅1 020 mm×12 mm、∅609 mm×16 mm钢管[5]对顶力如表2所示;设计时结合现场安装横撑时的实际天气情况,考虑升降温20℃工况,横撑对顶力如表3所示;控制工况下塔柱受力及变形如表4所示。
表2对拉力和对顶力汇总表
表3升降温20℃横撑对顶力汇总表
表4控制工况下塔柱受力及变形表
6、结语
为了打造大桥品质工程,精确控制新市金沙江大桥主塔施工过程中各截面应力和变形,利用Midas Civil2021建立有限元模型,对主塔施工全过程工况进行模拟分析,结论如下:
(1)下塔柱在设置被动拉杆后,塔柱拉应力及压应力均有减小,塔柱横向位移由向外倾斜转为向内倾斜,最大值由-5.0 mm变至8.9 mm,变幅为13.9 mm。
(2)中塔柱在设置主动横撑后,塔柱主要为受压状态,塔柱横向位移由向内倾斜转为向外倾斜,最大值由5.5 mm变至-9.2 mm,变幅为14.7 mm。
(3)整个主塔单肢横向位移均小于10 mm,拉、压应力均满足设计和施工要求。
参考文献:
[1]侯彦明,高敏杰,王宏畅.灌河斜拉桥索塔中塔柱主动横撑结构的优化设计[J].公路交通技术, 2009(1):53-56.
[2]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]四川省公路规划勘察设计研究院有限公司,四川新市金沙江大桥施工图[Z].成都, 2020.
[4]公路桥梁抗风设计规范:JTG/T 3360-01—2018[S].北京:人民交通出版股份有限公司, 2019.
[5]易国良,余绍宾.天津海河大桥主塔施工关键技术研究[J].工业建筑, 2012(S1):764-768.
[6]混凝土结构设计规范:GB 50010—2010[S].北京:中国建筑工业出版社, 2015.
文章来源:李黎龙,夏明强.超高宝瓶形斜拉桥桥塔被动拉杆及主动横撑模拟计算[J].交通科技与管理,2024,5(13):67-69.
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期刊名称:青海交通科技
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主办单位:黑龙江省交通科学研究所,黑龙江省交通科技情报总站
出版地方:青海
专业分类:交通
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