基于有限元模型的和平路高架橋轉體 施工配重選擇

秦愛紅 李克建 薛曉輝

(青島理工大學琴島學院1 ) 山東 青島 266106 青島地礦巖土工程有限公司2) 山東青島 2661001 陜西鐵路職業技術學院 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，采用連續箱梁結構形式，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，和平路高架橋鋼結構連續箱梁設計采用轉體施工技術，根據現場場地條件及橋梁的結構形式，將橋東側選為轉體的臨時場地，對橋梁結構進行順時針轉體。考慮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，故鋼箱梁實際轉體長度100.975m。

圖1 轉體施工有限元模型圖

圖2 結構變形圖

圖3 結構等效應力圖（Pa）

表1 情況一配重下高架橋轉體施工時支座反力

圖4 結構變形圖（m）

圖5 結構等效應力圖（Pa）

本項目中，兩跨連續鋼箱梁跨徑分別為64.22m、64.232m，其中，轉體部分上跨鐵路段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。為保證縱向穩定，同時保證轉體時抗縱向傾覆穩定系數為1.4，在橋梁結構的縱向可以采用水箱作為配重形式。另外橋梁結構的平面線形采用了圓弧加緩和曲線，故橋梁結構同時存在橫向扭矩，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#墩連續鋼箱梁轉體施工進行建模。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體施工的影響

通常，轉體施工中將轉盤設在承臺結構頂部，梁和橋墩同時轉體，直到準確到位。和平路高架橋受到地面交通情況影響，故將其轉心設在箱梁梁體結構與下部結構的蓋梁之間，將高架橋的蓋梁制作為轉盤，其直徑為8.4m，在此蓋梁上布置所有的轉體結構。

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構變形圖、結構等效應力圖分別如圖2、圖3，此種配重下高架橋轉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構變形圖、結構等效應力圖分別如圖4、圖5，此種配重下高架橋轉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；橋梁結構主墩東側平衡配重改為28 噸， 通過軟件進行計算，針對情況三進行加載計算得到結構變形圖、結構等效應力圖分別如圖6、圖7，此種配重下高架橋轉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體施工時支座反

圖6 結構變形圖（m）

圖7 結構等效應力圖（Pa）

根據表1、表2、表3 可以看出，懸臂端平衡配重為160 噸，主墩東側平衡配重為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構北懸臂端東、北懸臂西支腿處的豎向反力差值達到最小，同時此時的總配重量最小，反力值一方面將能保證橋梁結構縱向的穩定性，另一方面使結構穩定支腿和轉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構進行轉體施工，結構穩定，連續鋼箱梁在此情況下可順利就位。

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

表3 情況三配重下高架橋轉體施工時支座反

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 型鋼采用鋼構件焊接牢固。水箱周圍焊鋼構件限位。因鋼箱梁頂面存在縱橫坡度，所以必須在H 型鋼鋪設時調整水平，保證水箱水平放置，確保重心位置。

配重的調整采用在水箱內加水放水的方式進行，通過在縱向和橫向配重水箱內加水、放水，將其重量的變化反應到稱重結構的傳感器上，根據穩定支腿下的反力控制整個體系得平衡。

4 結語

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；橋梁結構主墩東側平衡配重改為28 噸進行配重，從工程實際情況來看，轉體施工順利進行，轉體效果很好。橋梁轉體施工技術在現代公路鐵路橋中使用較多，不等跨的連續橋梁為不等跨且采用轉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體施工工程提供借鑒。