鋼箱拱塔斜拉橋豎轉(zhuǎn)提升技術(shù)

鋼箱拱塔斜拉橋豎轉(zhuǎn)提升技術(shù)

1主橋梁鋼箱梁鋼拱塔錦州小凌河大橋是一條城市道路。根據(jù)雙向6號(hào)車道，設(shè)計(jì)50公里。h，項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)。橋梁全長665m,主橋?qū)?0m,引橋?qū)?7m。主橋?yàn)閮A斜式鋼拱塔斜拉橋,跨徑布置為108m+92m,主橋立面布置示意見圖1。主梁為雙箱分離式鋼箱梁,梁高2.84m,單箱室頂板寬5.7m、底板寬4.9m,箱內(nèi)每4.0m設(shè)置1道橫隔板,兩箱之間通過與箱內(nèi)橫隔板位置對(duì)應(yīng)的倒T形橫梁連接成整體,兩側(cè)各設(shè)長3.6m的懸臂,鋼箱梁橫斷面布置見圖2。鋼箱梁結(jié)構(gòu)采用Q345qE鋼材,輔助設(shè)施采用Q235C鋼材。拱塔為雙鋼套拱,由內(nèi)、外2個(gè)半橢圓形的拱塔相互傾斜嵌套在一起,通過橫撐桿連接為一體,形成整體受力鋼拱塔。外拱塔高65.921m,傾角8°,塔腳間距38.0m;內(nèi)拱塔高54.193m,傾角15°,塔腳間距25.0m;內(nèi)、外拱塔間用橫撐連接,鋼拱塔結(jié)構(gòu)示意見圖3。2豎轉(zhuǎn)綜合體系設(shè)計(jì)為降低鋼拱塔高空吊裝、焊接及涂裝的難度,并減少施工安全隱患,錦州小凌河大橋鋼拱塔采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝、豎向轉(zhuǎn)體的方法施工,拱塔豎轉(zhuǎn)就位后與預(yù)埋段焊接。豎轉(zhuǎn)體系主要由三角撐架、平聯(lián)、自動(dòng)控制提升機(jī)械、拱塔豎轉(zhuǎn)鉸軸、豎轉(zhuǎn)索等組成,其中三角撐架為內(nèi)拱塔豎轉(zhuǎn)提升時(shí)的輔助結(jié)構(gòu),由拉桿、壓桿、斜桿、上橫桿及下橫桿組成,采用Q345B鋼材制。同時(shí)為方便豎轉(zhuǎn)施工,在鋼拱塔塔身中預(yù)制塔鉸及牽引鉸,塔鉸和牽引鉸分別位于鋼箱梁橋面位置處及拱塔上部,均采用Q345qE鋼材制造。2.1鋼拱塔制作工藝鋼拱塔節(jié)段在工廠內(nèi)按照設(shè)計(jì)線形進(jìn)行多節(jié)段連續(xù)匹配拼裝,驗(yàn)收合格后運(yùn)到橋位現(xiàn)場(chǎng)。鋼箱梁拼裝后,在鋼箱梁頂面按照鋼拱塔的設(shè)計(jì)線形進(jìn)行平面放樣,并按照分段長度在鋼箱梁橋面上合理地設(shè)置臨時(shí)支墩。臨時(shí)支墩相對(duì)應(yīng)的鋼箱梁內(nèi)設(shè)有可靠的加勁構(gòu)造(防止發(fā)生永久變形)。鋼拱塔拼裝時(shí)首先將內(nèi)、外鋼拱塔的豎轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝就位,然后依次組裝鋼拱塔節(jié)段,直至拼裝、焊接成整體,鋼拱塔平面拼接示意見圖4。轉(zhuǎn)體施工前將塔、梁臨時(shí)固結(jié),完成豎轉(zhuǎn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。2.2安裝內(nèi)拱塔、張拉鋼拱塔豎轉(zhuǎn)提升分2步進(jìn)行,先進(jìn)行內(nèi)拱塔架設(shè),再進(jìn)行外拱塔架設(shè),內(nèi)、外拱塔提升重量分別約為275t和395t。鋼拱塔豎轉(zhuǎn)示意見圖5,鋼拱塔豎轉(zhuǎn)施工見圖6。豎轉(zhuǎn)施工步驟如下:(1)鋼拱塔完成拼接后,首先在內(nèi)拱塔上安裝豎轉(zhuǎn)三角撐架、牽引錨固耳板及外拱塔張拉反力索鞍,在鋼箱梁端部安裝豎轉(zhuǎn)張拉系統(tǒng)(由4臺(tái)200t液壓張拉油缸組成),在每臺(tái)張拉油缸上安裝油缸位置傳感器(測(cè)量油缸行程),在每個(gè)起吊點(diǎn)位置安裝1只壓力傳感器(測(cè)量各吊點(diǎn)負(fù)載壓力),并通過電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)4臺(tái)張拉油缸同步作業(yè)。(2)安裝牽引鋼絞線,經(jīng)試驗(yàn)、檢測(cè)合格后,進(jìn)行內(nèi)拱塔張拉。當(dāng)內(nèi)拱塔張拉到達(dá)理論位置后,將內(nèi)拱塔用鋼絞線與鋼箱梁錨固定位,進(jìn)行豎轉(zhuǎn)接口焊接,完成內(nèi)拱塔的安裝。(3)按照上述同樣的工序完成外拱塔的豎轉(zhuǎn)、焊接。(4)安裝并張拉斜拉索,使內(nèi)、外鋼拱塔成為一個(gè)整體受力結(jié)構(gòu)。3內(nèi)、外拱塔局部受力分析為保證豎轉(zhuǎn)過程中鋼拱塔的強(qiáng)度、剛度滿足規(guī)范要求,對(duì)鋼拱塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體及局部受力計(jì)算分析,本文重點(diǎn)計(jì)算分析內(nèi)、外拱塔整體受力及鉸的局部受力。3.1總壓力計(jì)算與分析整體受力計(jì)算時(shí)采用SAP2000軟件建模,按照最不利荷載組合進(jìn)行驗(yàn)算。3.1.1內(nèi)拱塔整體計(jì)算模型內(nèi)拱塔豎轉(zhuǎn)過程中,主要計(jì)算在0°狀態(tài)及75°(轉(zhuǎn)體到位)狀態(tài)時(shí)內(nèi)拱塔及三角撐架整體受力,內(nèi)拱塔整體計(jì)算模型見圖7。三角撐架結(jié)構(gòu)及內(nèi)拱塔結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力見表1。由表1可知,三角撐架拉桿和內(nèi)拱塔的最大應(yīng)力比均出現(xiàn)在0°狀態(tài)時(shí),其最大應(yīng)力比分別為0.495和0.202,結(jié)果均在容許值1.0范圍以內(nèi),滿足規(guī)范要求。3.1.2外拱塔索力及內(nèi)力外拱塔豎轉(zhuǎn)過程中,主要計(jì)算在0°狀態(tài)及82°(轉(zhuǎn)體到位)狀態(tài)時(shí)外拱塔整體受力,內(nèi)、外拱塔整體計(jì)算模型見圖8。外拱塔豎轉(zhuǎn)索力見表2,內(nèi)、外拱塔內(nèi)力見表3。由表2可知,在整個(gè)外塔提升過程中,在初始0°狀態(tài)時(shí),后拉索及內(nèi)塔三角架錨固索索力最大,隨著豎轉(zhuǎn)進(jìn)行至豎轉(zhuǎn)就位,索力逐漸減小。由表3可知,外拱塔轉(zhuǎn)體段的最大應(yīng)力比為0.379,內(nèi)拱塔最大應(yīng)力比為0.430,計(jì)算結(jié)果均在容許值1.0范圍以內(nèi),滿足規(guī)范要求。3.1.3鉸點(diǎn)反力的計(jì)算通過對(duì)整個(gè)豎轉(zhuǎn)過程進(jìn)行分析及計(jì)算可知,各鉸均在0°狀態(tài)下所受反力最大(即在0°狀態(tài)下各鉸處于最不利狀態(tài)),因此,需要從整體計(jì)算數(shù)據(jù)中統(tǒng)計(jì)出各鉸點(diǎn)反力用于鉸點(diǎn)局部受力計(jì)算分析。拱塔0°狀態(tài)時(shí)塔鉸及牽引鉸的反力見表4。3.2單元模型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布塔鉸及牽引鉸構(gòu)造復(fù)雜,在鋼拱塔豎轉(zhuǎn)過程中應(yīng)力較為集中,因此應(yīng)對(duì)各鉸在最不利狀態(tài)時(shí)的局部受力進(jìn)行計(jì)算分析。局部受力計(jì)算時(shí),采用ANSYS軟件建模,利用Shell63單元模擬結(jié)構(gòu),將各鉸的最大反力值(表4)以節(jié)點(diǎn)集中力的形式施加在節(jié)點(diǎn)上,同時(shí)約束側(cè)端面邊線的X、Y、Z向自由度。按照上述模型荷載及邊界條件計(jì)算的各鉸應(yīng)力分布見圖9。由圖9可知,塔鉸A的最大等效應(yīng)力為185.228MPa,塔鉸B、塔鉸C的最大等效應(yīng)力為216.413MPa,內(nèi)拱塔牽引鉸最大等效應(yīng)力為259.349MPa,外拱塔牽引鉸最大等效應(yīng)力為197.926MPa,索鞍牽引鉸最大等效應(yīng)力為219.891MPa,計(jì)算結(jié)果均小于鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值295MPa,滿足規(guī)范要求。4施工質(zhì)量及施工周期短錦州小凌河大橋鋼拱塔采用豎轉(zhuǎn)施工,該