基于有限元模型的和平路高架橋轉(zhuǎn)體 施工配重選擇

秦愛紅 李克建 薛曉輝

(青島理工大學(xué)琴島學(xué)院1 ) 山東 青島 266106 青島地礦巖土工程有限公司2) 山東青島 2661001 陜西鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 714000)

1 工程概況

和平路是石家莊市北翼東西向的一條主干道，部分路段已進行過改建，但道路在通過京廣鐵路時較為擁擠。為改善此處擁擠現(xiàn)狀，石家莊市決定建造和平路高架橋。和平路高架橋共有兩跨，采用連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式，跨徑分別為64.22m、64.232m，橋梁全長為128.452m。

為了減少對京廣鐵路的影響，和平路高架橋鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁設(shè)計采用轉(zhuǎn)體施工技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場場地條件及橋梁的結(jié)構(gòu)形式，將橋東側(cè)選為轉(zhuǎn)體的臨時場地，對橋梁結(jié)構(gòu)進行順時針轉(zhuǎn)體?？紤]到對周邊建筑物的影響，確定在個別橋墩處留后拼段即84#橋墩位置留10.204m，在86#橋墩位置留17.273m 作為后拼段，故鋼箱梁實際轉(zhuǎn)體長度100.975m。

圖1 轉(zhuǎn)體施工有限元模型圖

圖2 結(jié)構(gòu)變形圖

圖3 結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖（Pa）

表1 情況一配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反力

圖4 結(jié)構(gòu)變形圖（m）

圖5 結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖（Pa）

本項目中，兩跨連續(xù)鋼箱梁跨徑分別為64.22m、64.232m，其中，轉(zhuǎn)體部分上跨鐵路段54.016m、另一跨46.959m，由于上跨梁比另一跨梁長7.057m，故存在縱向的傾覆力矩。為保證縱向穩(wěn)定，同時保證轉(zhuǎn)體時抗縱向傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.4，在橋梁結(jié)構(gòu)的縱向可以采用水箱作為配重形式。另外橋梁結(jié)構(gòu)的平面線形采用了圓弧加緩和曲線，故橋梁結(jié)構(gòu)同時存在橫向扭矩，為了避免橫向傾覆可以采用水箱形式進行橫向配重。將兩種方法很好的結(jié)合，可在平衡縱向傾覆力矩的同時平衡橋梁本身橫向扭矩，保證施工中的穩(wěn)定性。

2 有限元模型的建立

和平路高架橋采用大型軟件ANSYS 對84-86#墩連續(xù)鋼箱梁轉(zhuǎn)體施工進行建模。用ANSYS 中shell單元建立輔助塔和鋼箱梁模型，用link 單元建立拉索模型。模型如圖1。

3 三種配重方式對高架橋轉(zhuǎn)體施工的影響

通常，轉(zhuǎn)體施工中將轉(zhuǎn)盤設(shè)在承臺結(jié)構(gòu)頂部，梁和橋墩同時轉(zhuǎn)體，直到準(zhǔn)確到位。和平路高架橋受到地面交通情況影響，故將其轉(zhuǎn)心設(shè)在箱梁梁體結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的蓋梁之間，將高架橋的蓋梁制作為轉(zhuǎn)盤，其直徑為8.4m，在此蓋梁上布置所有的轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。

利用有限元軟件ANSYS 把三種配重加載到上述高架橋上，具體分析如下：情況一：懸臂端平衡配重為160 噸，主墩東側(cè)平衡配重為73 噸。通過軟件進行計算，針對情況一進行加載計算得到結(jié)構(gòu)變形圖、結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖分別如圖2、圖3，此種配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反力情況如下表1。情況二：懸臂端平衡配重為180 噸，主墩東側(cè)平衡配重為73.2 噸。通過軟件進行計算，針對情況二進行加載計算得到結(jié)構(gòu)變形圖、結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖分別如圖4、圖5，此種配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反力情況如下表2。情況三：懸臂端平衡配重為180 噸，且配重東移1.8m；橋梁結(jié)構(gòu)主墩東側(cè)平衡配重改為28 噸， 通過軟件進行計算，針對情況三進行加載計算得到結(jié)構(gòu)變形圖、結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖分別如圖6、圖7，此種配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反力情況如下表3。

表2 情況二配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反

圖6 結(jié)構(gòu)變形圖（m）

圖7 結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力圖（Pa）

根據(jù)表1、表2、表3 可以看出，懸臂端平衡配重為160 噸，主墩東側(cè)平衡配重為73 噸時，北懸臂端東支腿支座反力為26.24，西支腿支座反力為26.73，支座反力差為0.49；懸臂端平衡配重為180噸，主墩東側(cè)平衡配重為73.2 噸時，北懸臂端東支腿支座反力為35.92，西支腿支座反力為35.69，支座反力差為0.23；懸臂端平衡配重為180 噸，且東移1.8m；主墩東側(cè)平衡配重降為28 噸時，北懸臂端東支腿支座反力為36.2，西支腿支座反力為36.4，支座反力差為0.2；從上述分析可看出，情況三所用的配重形式會使得橋梁結(jié)構(gòu)北懸臂端東、北懸臂西支腿處的豎向反力差值達(dá)到最小，同時此時的總配重量最小，反力值一方面將能保證橋梁結(jié)構(gòu)縱向的穩(wěn)定性，另一方面使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定支腿和轉(zhuǎn)動滑道支架滿足強度的同時亦滿足剛度的要求，采用情況三所示配重對橋梁結(jié)構(gòu)進行轉(zhuǎn)體施工，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，連續(xù)鋼箱梁在此情況下可順利就位。

和平路高架橋在進行轉(zhuǎn)體施工時應(yīng)按設(shè)計位置根據(jù)設(shè)計要求安放180 噸平衡重水箱，且東移1.8m，主墩東側(cè)平衡配重降為28 噸，即在放置平衡重水箱時必須保證其重心位置應(yīng)該與設(shè)計保持一致，且兩端的平衡重應(yīng)該保持相同。

表3 情況三配重下高架橋轉(zhuǎn)體施工時支座反

水箱底部在腹板位置沿橋向鋪一道200×200mmH型鋼作縱梁，橫向布200×200mm H型鋼作橫梁，其上放置水箱，縱橫H 型鋼采用鋼構(gòu)件焊接牢固。水箱周圍焊鋼構(gòu)件限位。因鋼箱梁頂面存在縱橫坡度，所以必須在H 型鋼鋪設(shè)時調(diào)整水平，保證水箱水平放置，確保重心位置。

配重的調(diào)整采用在水箱內(nèi)加水放水的方式進行，通過在縱向和橫向配重水箱內(nèi)加水、放水，將其重量的變化反應(yīng)到稱重結(jié)構(gòu)的傳感器上，根據(jù)穩(wěn)定支腿下的反力控制整個體系得平衡。

4 結(jié)語

和平路高架橋按照方案三即懸臂端平衡配重為180 噸，且配重東移1.8m；橋梁結(jié)構(gòu)主墩東側(cè)平衡配重改為28 噸進行配重，從工程實際情況來看，轉(zhuǎn)體施工順利進行，轉(zhuǎn)體效果很好。橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在現(xiàn)代公路鐵路橋中使用較多，不等跨的連續(xù)橋梁為不等跨且采用轉(zhuǎn)體施工時需考慮配重的影響，本文中配重選擇及有限元建模方法可為類似轉(zhuǎn)體施工工程提供借鑒。