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    超高寶瓶形斜拉橋橋塔被動(dòng)拉桿及主動(dòng)橫撐模擬計(jì)算

    2024-12-31 00:00:00李黎龍夏明強(qiáng)
    交通科技與管理 2024年13期
    關(guān)鍵詞:塔柱有限元

    摘要 索塔作為斜拉橋主要受力構(gòu)件之一,其施工質(zhì)量直接影響橋梁的使用壽命。索塔施工臨時(shí)被動(dòng)拉桿及主動(dòng)橫撐既保證了施工的安全性和穩(wěn)定性,又保障了整體線形指標(biāo)。文章依托于新市金沙江大橋,為防止中、下傾斜塔柱根部截面混凝土處于不良應(yīng)力狀態(tài)而導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂,確保索塔全過(guò)程施工安全可靠、質(zhì)量?jī)?yōu)良,采用Midas Civil 2021建立的索塔有限元模型進(jìn)行模擬計(jì)算和優(yōu)化,分析索塔下橫梁與主塔同步施工、中橫梁與主塔采用塔梁異步施工的受力特征。結(jié)果表明,施工中混凝土最大拉、壓應(yīng)力分別為0.7 MPa和2.7 MPa,下塔柱和中塔柱橫向最大位移分別為8.9 mm和9.2 mm,計(jì)算結(jié)果均符合規(guī)范要求。

    關(guān)鍵詞 公路斜拉橋;塔柱;被動(dòng)拉桿;主動(dòng)橫撐;有限元

    中圖分類號(hào) U443.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2024)13-0067-03

    0 引言

    斜拉橋跨越能力大,主塔往往較高,外形造型獨(dú)特,跨江、跨河施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,特別是風(fēng)的影響大。采用液壓自爬模懸臂施工難度高,主塔向外和向內(nèi)傾斜,懸臂施工過(guò)程中會(huì)在塔根產(chǎn)生彎矩,使主塔產(chǎn)生橫向位移和內(nèi)應(yīng)力,從而影響結(jié)構(gòu)使用年限。為限制拉應(yīng)力和變形位移不超出設(shè)計(jì)和規(guī)范要求,根據(jù)主塔施工節(jié)段劃分,在兩塔肢之間的一定高度范圍內(nèi)設(shè)計(jì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)措施以平衡因外荷載(液壓爬模自重、風(fēng)荷載等)和主塔偏心荷載引起的水平分力。被動(dòng)拉桿和主動(dòng)橫撐[1]設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循內(nèi)力和變形雙控原則,并考慮溫度的變化及時(shí)調(diào)整對(duì)拉力和頂推力的大小[2]。

    1 工程概況

    新市金沙江大橋[3]位于昭通市綏江支線上,依次跨越G353線、金沙江、G213線,跨徑組成為3 m×30 m T梁+(340+680+340)m鋼桁梁+16×30 m T梁,半漂浮體系,設(shè)抗風(fēng)和縱向阻尼器;斜拉索采用1 860 MPa鋼絞線,192根斜拉索,單根索最長(zhǎng)370 m,呈扇形布置;全長(zhǎng)1 867 m,其中主橋長(zhǎng)1 288 m,橋面寬度為25.5 m;

    主塔采用C50鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),兩主塔分別高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 主塔施工步驟

    橋塔施工共劃分50個(gè)節(jié)段(下塔柱為~號(hào)節(jié)段,中塔柱為~號(hào)節(jié)段,上塔柱~號(hào)節(jié)段),橋塔節(jié)段劃分如圖1所示。

    主塔采用液壓自爬模施工,下橫梁采用支架法與主塔同步施工技術(shù),中橫梁采用支架法與主塔異步施工技術(shù),施工工況如表1所示。

    3 荷載及參數(shù)

    3.1 主塔自重荷載

    主塔自重荷載(混凝土、鋼筋、勁性骨架等)按實(shí)際重量取值,由模型計(jì)入。

    3.2 爬模荷載

    外模為鋼模板150 kg/m2,平臺(tái)100 kg/m2,機(jī)位1.2噸/個(gè),下塔柱、中塔柱和上塔柱爬模單肢分別布置14個(gè)機(jī)位、12個(gè)機(jī)位和8個(gè)機(jī)位,則爬模重量分別為102 t、99.4 t和94.6 t。

    3.3 風(fēng)荷載

    橫撐計(jì)算時(shí)僅考慮極大風(fēng)荷載(10級(jí),設(shè)計(jì)風(fēng)速為28.4 m/s)時(shí)的受力。

    根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4],按以下公式計(jì)算:

    風(fēng)壓:

    ?1 020×12 mm鋼管風(fēng)荷載:

    ?609×16 mm鋼管風(fēng)荷載:

    鋼管風(fēng)荷載按線荷載加載。

    3.4 施工荷載

    施工人員荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1 kN/m2。

    4 計(jì)算模型

    主塔下的塔柱和中塔柱,在爬模時(shí)處于懸臂施工狀態(tài),建立的施工計(jì)算模型如圖2所示。主塔根部固結(jié),主塔與橫撐分別用梁?jiǎn)卧M,被動(dòng)對(duì)拉桿使用僅受拉桁架單元模擬,而主動(dòng)鋼管的橫撐對(duì)頂力則通過(guò)單元溫度荷載試算確定,同時(shí)考慮主塔混凝土的收縮、彈性壓縮量及升溫20 ℃、降溫20 ℃的橫撐溫度應(yīng)力。

    5 模擬計(jì)算結(jié)果

    寶瓶形主塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是隨著施工進(jìn)度的增加,受自重、偏心矩、對(duì)拉力、對(duì)頂力等影響,主塔豎向位移不斷累積,下塔柱和中塔柱根部應(yīng)力也在不斷變化,橫向位移是模擬分析中的重點(diǎn),即控制主塔線形,橫向位移控制在±10 mm范圍內(nèi),?s15.2鋼絞線對(duì)拉力和?1 020 mm×12 mm、?609 mm×16 mm鋼管[5]對(duì)頂力如表2所示;設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝橫撐時(shí)的實(shí)際天氣情況,考慮升降溫20 ℃工況,橫撐對(duì)頂力如表3所示;控制工況下塔柱受力及變形如表4所示。

    主塔柱混凝土最大壓應(yīng)力[6],發(fā)生在工況55和56;最大拉應(yīng)力,發(fā)生在工況37;主塔受力滿足規(guī)范要求。塔柱施工過(guò)程中,在工況38時(shí)主塔的單肢位移最大,最大值為9.2 mm。

    6 結(jié)語(yǔ)

    為了打造大橋品質(zhì)工程,精確控制新市金沙江大橋主塔施工過(guò)程中各截面應(yīng)力和變形,利用Midas Civil 2021建立有限元模型,對(duì)主塔施工全過(guò)程工況進(jìn)行模擬分析,結(jié)論如下:

    (1)下塔柱在設(shè)置被動(dòng)拉桿后,塔柱拉應(yīng)力及壓應(yīng)力均有減小,塔柱橫向位移由向外傾斜轉(zhuǎn)為向內(nèi)傾斜,最大值由?5.0 mm變至8.9 mm,變幅為13.9 mm。

    (2)中塔柱在設(shè)置主動(dòng)橫撐后,塔柱主要為受壓狀態(tài),塔柱橫向位移由向內(nèi)傾斜轉(zhuǎn)為向外傾斜,最大值由5.5 mm變至?9.2 mm,變幅為14.7 mm。

    (3)整個(gè)主塔單肢橫向位移均小于10 mm,拉、壓應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。

    參考文獻(xiàn)

    [1]侯彥明, 高敏杰, 王宏暢. 灌河斜拉橋索塔中塔柱主動(dòng)橫撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].公路交通技術(shù), 2009(1): 53-56.

    [2]林元培. 斜拉橋[M]. 北京:人民交通出版社, 2004.

    [3]四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川新市金沙江大橋施工圖[Z]. 成都, 2020.

    [4]公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范: JTG/T 3360-01—2018[S]. 北京:人民交通出版股份有限公司, 2019.

    [5]易國(guó)良, 余紹賓.天津海河大橋主塔施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 工業(yè)建筑, 2012(S1): 764-768.

    [6]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50010—2010[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2015.

    收稿日期:2024-03-19

    作者簡(jiǎn)介:李黎龍(1983—),男,本科,高級(jí)工程師,研究方向:公路工程管理。

    通信作者:夏明強(qiáng)(1984—),男,碩士研究生,工程師,研究方向:公路工程施工。

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