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土木工程视角下独塔双索面转体斜拉桥施工控制及参数分析

论文编号:lw202006112019221662 所属栏目:土木工程论文 发布日期:2020年06月14日 论文作者:无忧论文网

本文是一篇土木工程论文,本项目为预应力混凝土独塔斜拉桥(32m+138m+138m+32m),大桥主梁采用满堂支架现浇,然后进行转体施工,在施工期间,大桥结构经历多次体系转换,受力极其复杂,施工中不确定性因素多,特别是转体过程中,结构平曲线半径小,横向偏心大,结构转体空间姿态和安全控制至关重要,因此转体过程结构空间姿态和内力控制极其关键。为确保大桥施工过程的安全,以及成桥结构内力和线形满足设计要求,对大桥施工期建立结构物理参量实时监测系统,监测对象包括应力、线形、温度、索力进行监测,通过监测,可以实时掌握大桥结构状态,以及将监测数据反馈于模型分析,为对大桥监控决策提供依据和参考。


第一章  绪论


1.1 引言

伴随着社会的进步和经济的飞速发展,我国的交通事业也迎来快速发展期。桥梁结构近年来已经逐步用于跨越铁路和公路等交通线路,由于我国大部分地区交通相对来说比较繁忙,在桥梁跨越交通线路的工程实施过程中,为避免对其他交通线路的影响,转体施工法开始受到青睐,目前已在桥梁建设中得到了广泛应用。通常情况下,关于桥梁转体施工的定义可以理解为将桥梁结构在非设计轴线的位置浇筑或拼接成形后[1-3],进行转体到设计位置的施工方法。按照转动方向,又可划分为竖转法、平转法、平转与竖转相结合的方法[1-6]。尤其是在已修建的铁路上修建桥梁,每月必须申请施工计划,并只有在铁路 A 类“天窗”内方可施工,不但施工进度受到行车运营情况的严重制约,而且也会影响繁忙的既有线正常运营,同时也对既有线的安全构成严重威胁,所以转体桥梁施工技术在跨既有线方面近几年飞速发展。同时为了确保既有铁路的运营安全,尽量减少施工对既有铁路运输的影响,转体施工受到桥梁工程界的普遍青睐[7-9]。

独塔斜拉桥作为一种受力性能良好的桥梁结构形式,在全世界已建成各类斜拉桥中,独塔斜拉桥约占斜拉桥总量的 1/6~1/4,所占比重较大;同时,为了跨越交叉线路,不影响其正常运营,转体施工成为了一种较为普遍的施工方法,转体斜拉桥在工程应用中占据着十分重要的地位。 

参数误差识别过程是自适应控制的关键[10-11],其任务就是根据对如桥梁标高、桥塔变形和结构索力测量等控制目标的监测,与有限元模拟施工工程计算值进行对比,根据两者之间数据的差异修正施工过程模拟计算中选用的参数(如混凝土的弹性模量、主梁自重集度、徐变系数等)。

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1.2 独塔转体斜拉桥的构造特点和受力特点

独塔斜拉桥根据跨径布置可以分为两跨不对称式和两跨对称式,二者各有优缺点,对于两跨对称式独塔斜拉桥,自平衡能力较好,但由于两跨对称布置,常规上不会设置端锚索,未能实现对塔顶位移的有效约束,导致在受力和变形方面不能够有效地发挥斜拉桥的特点,为了减小斜拉桥的塔顶偏位,通常会增大斜拉桥桥塔的刚度。独塔斜拉桥的结构体系是桥塔、桥墩和主梁固结的刚构体系,这种结构体系的整体刚度好,扰度小,稳定性好。但对于大跨曲线斜拉桥,如果混凝土主梁浇筑不均或桥体受到干扰,其重心位置容易偏移,结构安全风险较高。

针对独塔转体斜拉桥来说,“独塔”表明斜拉桥在进行设计和施工时,在塔梁墩处进行固结,“转体”表明斜拉桥在非轴线位置处进行浇筑,进而转体施工、合龙成桥,这将使全桥的整体受力特点有别于一般采用半漂浮体系的斜拉桥。转体斜拉桥可根据桥梁实际情况采用墩顶转体和墩底转体两种施工方案,当桥墩较高或桥墩体积较大时,采用墩顶转体相比墩底转体,转体重量明显减小,转体重心较低,降低了球铰、转体结构的设计难度,可较好地提高转体结构可靠性,同时转体结构布置于墩顶,承台和桩基尺寸较小,有利于桥跨布置,对路基扰动小,基坑防护工作减少。但是,墩顶转体施工平台小,转体系统高空安装、施工控制难度大。目前已建的转体斜拉桥除北京六环跨丰沙铁路斜拉桥[12]、衡水市上跨京九、石德立交桥[13]和石家庄市和平路跨铁路高架桥[14]采用墩顶转体以外,大多采用墩底转体方式[15]。

图 1-1  比利时  本艾因桥

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第二章  转体施工关键技术研究


2.1 工程概况及工程特点

2.1.1 工程概况

某独塔转体斜拉桥与既有铁路交叉,夹角 17°,设计采用(32+138+138+32)m斜拉桥上跨通过。跨越处,线路位于 R=1400m 的平曲线上,纵坡 29.1‰。为避免曲线引起的桥面加宽,梁部采用曲梁形式。桥梁位于大纵坡及小曲线半径,曲线半径仅为1400m,斜拉桥采用大吨位转体球铰支座,曲线横向偏心达 0.847m。依托工程特点如下:

1)邻近既有线施工

斜拉桥主塔及主梁施工过程中,距离既有线距离均小于 20m,全部属于邻近营业线施工。且主梁梁底距离既有线接触网垂直距离为 2.7m,在施工过程中的抛洒物可能飘落至既有线上,影响既有线的行车安全,所以在施工过程中,要严格按照铁路局邻近营业线施工相关规定办理施工手续,在施工中要做好主塔及主梁的防护,采取措施保证既有线的运营安全。

(2)国内铁路最大跨度曲线转体斜拉桥

斜拉桥位于曲线半径为 1400m,纵坡 29.1‰的线路上,主跨跨度为 138m,由于主梁曲线引起的横向偏心为 0.847m,曲线桥梁造成转体斜拉桥的平衡配重难度大,外部配重将会增大桥梁的横向不平衡重。

在主塔及主梁施工过程中,不平衡重的控制是桥梁后期转体的重中之重。

(3)转体重量高达 16500 吨,球铰吨位较大,制造安装精度及球铰下部混凝土密实是重点控制工序

桥梁采用转体施工,转动球铰安装精度要求极高:平面位置偏差≤1mm,球铰平面高差≤0.5mm;滑道安装精度为:平面高差≤0.5mm,平整度≤1mm/m。转动体系的加工及安装精度将直接影响转体能否顺利进行及转体后主梁的合龙线型。故采取措施确保球铰的加工及安装精度是本工程的重点。

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2.2 主梁浇筑

箱梁转体混凝土主梁分 7 个节段(图 2-7)浇筑完成,为减小主梁施工期间支架变形对主梁内力影响,节段之间预留 2m 长后浇带。转体部分主跨箱梁长 2×128m。

主跨主梁采用先支架现浇再转体的施工方法,共分为七个节段进行浇筑,A0 节段为塔梁墩固结段,长度为 16m,A1/B1、A2/B2 节段长度为 46m,A3/B3 节段长度为 22m,每个节段之间预留长度为 2m 的后浇带,主梁所有节段施工完成后再将后浇带浇筑完成。主梁支架采用 M60 盘扣式满堂支架,塔梁墩固结段支架采用型钢托架+M60 盘扣式满堂支架施工。

图 2-7  主梁施工阶段划分示意图

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第三章  转体斜拉桥有限元模型 .................................... 23

3.1 计算模型介绍 ..................................... 23

3.1.1 材料特性 .......................... 23

3.1.2 截面特性 ........................... 23

第四章  转体施工监测与控制技术 ............................... 40

4.1 施工控制的目的及内容 .................................... 40

4.1.1 施工监控的必要性 ............................... 40

4.1.2 施工控制的内容 ................................... 41


第四章  转体施工监测与控制技术


4.1 施工控制的目的及内容

4.1.1 施工监控的必要性

任何桥梁的施工过程,尤其是跨径较大的桥梁,都必须进行施工监控。可以把桥梁的施工工作理解为一个系统的大工程,在这个系统工程中,关于桥梁的设计工作只是前期的一小部分,而从工程开始施工到最终竣工的整合过程中,不可避免地会受到外界因素的影响和干扰,将使工程出现不可避免的偏差和误差  [35-36]。关于这些误差,若不及时发现并进行相应的处理,那么会逐渐累积,直接影响施工结果。工程施工过程中的各项数据和参数都是建立在理想状态的前提下,或是基于理论的基础而提供的,但是在实际的现场施工中通常会出项不同程度的偏差,这是不可避免的。当数据和参数出现理论与实践之间的差异时,就要进行及时的处理和修正,这样才能满足施工的实际需求和设计目标。此时,就体现了施工监控的重要作用,它不仅能起到补充设计和及时修正的功能,还能实时监测施工过程中的各种数据变化和参数波动,然后进行研究分析,及时做出应对措施。

对于施工过程中的各种数据和参数来讲,很多都是建立在理想的状态下,或是不受外界因素干扰的情况下,但是实际的施工工程中不可能存在这样的状态,自然而然的导致预测值和实际值之间产生不同程度的出入。针对上述现象的产生,必须进行及时的发现和处理,不然会对后续的施工阶段产生不可逆的影响,可能导致最终桥梁的结构线形偏离设计目标,对以后的安全行车埋下严重的安全隐患。解决上述问题最有效的方式就是对施工的全过程都进行实时监控和控制,及时发现各种问题,严格按照设计文件进行,如有需要修正的地方进行有效的措施,从而满足设计需求[37]。

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结论与展望


1 结论

本项目为预应力混凝土独塔斜拉桥(32m+138m+138m+32m),大桥主梁采用满堂支架现浇,然后进行转体施工,在施工期间,大桥结构经历多次体系转换,受力极其复杂,施工中不确定性因素多,特别是转体过程中,结构平曲线半径小,横向偏心大,结构转

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