瀾滄江特大橋鋼管拱二次豎轉的計算與分析

魏　宇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

瀾滄江特大橋鋼管拱二次豎轉的計算與分析

魏宇

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

Calculation and analysis of two vertical rotating steel pipe arch of the LAN CANGJIANG bridge

WEI Yu

摘要以大瑞線瀾滄江特大橋為例，選取梁單元模擬主拱，對拱肋二次豎轉施工過程進行模擬，對結構進行計算及分析，給出了計算結果及總體評價意見。

關鍵詞拱橋二次豎轉梁單元分析

鋼筋混凝土拱橋是鐵路橋梁結構中普遍運用的結構形式之一，隨著大量的鐵路橋梁工程建設，拱橋的施工方式也日臻成熟，包括就地澆筑、支架施工方法、懸臂施工方法，纜索吊裝法、轉體法和勁性骨架法。

以瀾滄江特大橋做為工程實例，對主拱二次豎轉過程進行計算分析并提出總體評價，為同類橋梁設計施工提供借鑒。

1工程概況

1.1　地形地貌、水文氣象

橋址河床狹窄，地勢險峻，河谷呈“V”形，兩岸相對高差約1 024 m，兩岸山坡角度約60°，局部巖面達90°。

橋址區位于瀾滄江峽谷中，屬亞熱帶河谷型濕潤氣候，夏秋多雨，冬春季干燥，全年中6～10月份為雨季，其余時間為旱季。雨季降水豐富，各種地質災害也頻頻發生；旱季風大，橋址附近年平均風速為12.22 m/s(6級風)，最大風速可達26 m/s(10級風)。

1.2　主要技術條件

瀾滄江特大橋橋跨布置為：(1-32+2-24+1-32) m簡支箱梁+363 m上承式拱橋+1-32 m簡支箱梁，全橋長528 m，主橋計算跨徑342 m，Ⅰ級雙線鐵路，設計速度160 km/h；橋面設置有車站，寬度為14.5 m。

主橋采用363 m上承式勁性骨架鋼筋混凝土拱橋方案， 鋼管混凝土勁性鋼骨架的主弦管與腹桿通過節點板進行栓接連接，節點板與主弦管、拱肋橫撐與主弦管等復雜焊接連接均為工廠焊縫，利用兩岸陡峭的巖體支撐進行拱肋的立式拼裝，通過二次豎轉的新技術完成鋼管混凝土勁性骨架的安裝。拱肋采用外包混凝土，提高了結構的剛度，避免了鋼結構橋梁巨大的養護維修工作量。

主拱為計算跨徑342 m、矢跨比1/4.15、拱軸系數m=3.4的懸鏈線提籃拱，兩條拱肋內傾6.8°。每條拱肋為單個混凝土箱梁，內包鋼管混凝土桁架的勁性骨架。

上、下弦管的鋼管外徑為1.0 m，壁厚根據受力部位的不同分別為26 mm、36 mm、42 mm、46 mm。豎向腹桿除拱腳處受力需要采用鋼箱截面外，其余為焊接工形截面或寬翼緣H型鋼。桁架上、下平聯均為寬翼緣H型鋼，寬翼緣H型鋼型號為HW400×400及HW350×350。全橋共設置20道橫撐，橫撐為箱形混凝土截面，內包鋼結構桁架，其弦管為φ600鋼管，腹桿為型鋼。大理岸山體支撐為3道，保山岸為4道。

為了適應豎轉的需要，拱腳上鉸軸為直徑2.2 m的鋼管混凝土，鉸座下設置定位型鋼，以保證鉸座定位準確。勁性骨架橫向由二片拱肋組成，每個拱腳的鉸軸橫向寬4.5 m。同岸的左右側拱座上豎轉鉸軸保證在一條水平線上。

兩岸拱肋的1/2處也分別設置轉鉸，即中間鉸，中間鉸構造見圖1。

圖1　中間鉸構造

1.3　豎轉體系的布置

本橋采用立拼鋼管拱肋二次豎轉就位新工藝，應用多臺同步連續操作的千斤頂，通過電液比例控制技術進行豎轉施工，每岸豎轉重量近2 400 t，轉體結構長190 m。

二次豎轉施工方案：即在兩岸順著山體安裝施工支架，利用80 t纜索吊機在支架上拼裝拱肋，拼裝完成后安裝豎轉設備，設置牽引索，先將上部分拱肋扳起，完成半跨拱肋連接，再向下豎轉、合龍，完成拱肋勁性骨架安裝施工。

為了抵抗中間轉鉸以上部分拱肋扳起時向江心的水平拉力和一次豎轉完成后二次豎轉開始初期中間轉鉸處向山體側壓力，分別在2號墩、3號墩及6號臺處設置拉壓連接桿。大理岸(左側)邊向江心的水平拉力由2號墩和1號墩兩者共同受力承擔(兩墩通過柔性拉索傳遞拉力)，其壓力通過拉壓桿由2號墩單獨承擔；保山岸(右側)中間轉鉸處的水平拉力和壓力均通過拉壓桿傳遞到M2錨碇，由M2錨碇承擔。保山岸豎轉后采用巖錨結構，大理岸豎轉后采用樁基承臺結構。

2計算模型的建立

采用MIDAS計算程序建立空間模型。模型底轉鉸采用一般支承的鉸接形式，山體支撐和拉壓桿采用桁架形式，也采用一般支承的鉸接形式。中間鉸的模擬采用分離式，將中間鉸上下兩部分分開建立，中間鉸以上部分鋼結構在中間鉸銷軸位置處的模擬采用一般支承的鉸接，然后將中間鉸以上部分產生的三個方向的反力加到中間鉸以下部分，并把中間鉸以下撐桿的一端釋放梁端約束，以模擬鉸接形式。

3拱肋豎轉計算

主拱整個豎轉過程分為9個工況，計算工況如表1。

表1　主拱豎轉工況

拱肋勁性骨架用梁單元模擬，主要桿件單元內力見表2。

表2　各工況下桿件最大內力

桿件單元應力見表3。

表3　各工況下桿件最大應力　MPa

各工況下索力見表4。

表4　各工況下索力(單根索)　kN

各工況下底轉鉸受力見表5。

表5　各工況下底轉鉸反力(單個鉸)　kN

4結論

本橋的二次豎轉技術處于國內領先水平，由于在拱肋豎轉中采用了兩次豎轉分步進行，每岸下放重量達到2 400 t。在整個豎轉過程中，中間鉸的受力最為關鍵，第一次豎轉期間，中間鉸支腿受力先由大到小，底轉鉸箱形腹桿受力先由小到大；第二次豎轉期間，中間鉸支腿受力再由小到大，底轉鉸箱形腹桿受力由大到小。第一次豎轉啟動時，拉壓桿的受力也最大，隨著豎轉過程，拉壓桿受力逐漸減小。由此可見，在整個豎轉結構中，每次豎轉啟動時，均需對結構進行嚴密監控，與計算結果進行對比，以保證結構安全可靠。計算及施工過程表明，豎轉過程中，中間鉸、拱肋及拉壓桿均具有良好的受力性能。

參考文獻

[1]中華人民共和國鐵道部.TB 10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005

[2]中華人民共和國鐵道部.TB 10002.2—2005鐵路橋涵鋼結構設計規范.北京：中國鐵道出版社，2005

[3]徐升橋.鐵路橋梁鋼管混凝土結構基本設計參數研究[J].鐵道標準設計，2011(3)：52-55

[4]瞿國釗，劉華全.宜萬鐵路落步溪大橋178 m混凝土拱橋設計[J].鐵道標準設計，2005(11)：57-59

[5]馮叢.云桂鐵路南盤江特大勁性混凝土拱橋施工技術探討[J].鐵道建筑技術，2012(8)：77-80

[6]劉桂紅.灌河大橋連續鋼桁拱梁設計[J].鐵道勘察，2014(1)：94-96

[7]王亞超.勁性骨架鋼筋混凝土拱橋拱肋設計[J].鐵道建筑技術，2013(z1)：1-3

[8]李桂玲.鋼管混凝土拱橋拱肋混凝土澆筑過程中的穩定性分析[J].鐵道勘察，2012(4)：72-74

中圖分類號：U442.5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)02-0116-03

作者簡介：魏宇(1983—)，男，2009年畢業于西南交通大學橋梁工程專業，碩士，工程師。

收稿日期：2014-12-09