大跨钢箱斜拉桥塔梁同步施工计算分析

・１０４・　北　方　交　通　２０１３　大跨钢箱斜拉桥塔粱同步施工计算分析　赵晓斌　（山东华鉴路桥技术有限公司，济南２５００００）　摘要：斜拉桥是一种由索、塔、梁三种基本结构形成的高次超静定组合结构。常见的施工方法是先施工主塔　再施工钢箱主梁，并张拉斜拉索，而塔梁同步施工方法目前在国内实践的大桥中尚属少见。基于塔梁同步施工方　法，采用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ空间有限元软件和桥梁博士平面有限元软件两种有限元计算软件进行分析比较，通过详细分　析主要施工工况下索力、主梁位移与应力、索塔应力与偏移的计算数据，证明了塔梁同步施工方法是可行的。　关键词：钢箱梁；斜拉桥；塔梁同步；计算分析　中图分类号：Ｕ４４８．２２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１３）０２—０１０４—０２　１概述　的一个特色，即主塔施工到第五节段后，挂索吊装钢　箱梁与主塔施工同步进行。　４有限元分析　近五十年来，斜拉桥在世界各国得到广泛应用。　随着技术水平的提高，跨度不断增大，结构型式也愈　趋复杂，工艺越来越先进。常见的施工方法是先进　４．１全桥计算模型　采用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ空间有限元软件和桥梁博士　行主塔施工，然后施工主梁，张拉斜拉索。如果将主　塔和安装钢箱梁同步进行施工，势必可以有效节省　施工周期，然而塔梁同步施工目前在国内实践的大　桥中尚属少见，其缺点除同样具有初始索力确定较　困难以外，还包括：　平面有限元软件对该桥进行结构计算分析。两种软　件均采用不同的单元类型来模拟斜拉桥不同的部　位，模拟分析的内容包括：主梁的模拟、拉索的模拟、　（１）斜拉索张拉的时候难以保证主塔具有足够　的刚度和稳定性满足接下来的施工步骤；　（２）由于在安装主梁挂索的过程中主塔偏位不　断变化，这也使得主塔的施工线形较难控制。　２研究内容　预应力筋的模拟、索塔的模拟、施工荷载形式模拟、　结构体系转换模拟、边界条件的模拟以及混凝土收　缩、徐变的影响等。　以ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ建立施工控制仿真分析模型，　见图１所示。模型的主要部分斜拉索采用索单元，　塔、墩、梁采用梁单元。全桥离散为３８８个节点，３０１　（１）根据某钢箱梁斜拉桥的塔梁同步施工工　艺，建立施３２／成桥阶段模型，以设计成桥索力和主　梁线形为合理成桥状态，采用倒拆一正装迭代法反　复调试后确定的初始张拉索力，详细分析主要施工　工况下索力、主梁挠度与应力、索塔应力与偏移。　（２）采用ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ空间有限元软件和桥梁　个单元。其中斜拉索共７６个单元，塔、墩、梁共２２５　个单元。　以桥梁博士建立施工控制仿真分析模型，见图　２所示。全桥共划分５０３个节点，２２２个单元，其中　～　博士平面有限元软件两种有限元计算软件分析施　一　Ｉ／成桥阶段理论数据，并且对结果做了较为详细的　总结比较，使得模型计算结果更加可信。　３本文工程背景　图１　ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ计算模型图　本文以某钢箱梁斜拉桥为工程背景，其跨径组　合（４８．２＋８７．８＋２５４）ｉｎ，边跨主梁４８．２＋８７．８＝　１３６ｍ为预应力混凝土箱梁，边跨主梁伸过桥塔　１５ｍ，通过钢混合段与主跨钢箱梁连接。独塔、墩塔　梁固结，斜拉索为准单索面。塔梁同步施工是该桥　图２桥梁博士计算模型图　第２期　赵晓斌：大跨钢箱斜拉桥塔梁同步施工计算分析　・１０５・　梁单元１８２个，索单元３８个，挂蓝单元２个。　该斜拉桥计算模型材料参数参考设计图纸，依　照施工情况取值，边界条件包括：　（１）一般支承模拟墩塔底端固结，主梁两端铰　支座，钢管支架固结；　（２）弹性连接模拟辅助墩支座、支架对主梁的　支撑；　（３）刚性连接模拟斜拉索锚固、主塔与承台连　内，最大差值出现在主跨１５＃梁段附近，其值为　１．４ｃｍ。张拉最后一根斜拉索１９＃以及二期恒载阶　段主梁位移对比结果见表２。　表２项目　＾Ｈ　位移结果对比　二期恒载阶段　位移结果对　ｍ　１９＃斜拉索张拉后　位移结果对比／ｍ　节点位置　￣Ｍｉｄａｓ②桥博差值②一①＠Ｍｉｄａｓ②桥博差值②一①　接、主塔与梁连接、主塔柱与主塔柱连接。　荷载工况包括自重、预应力、吊机重量、二期恒　载、活载。　施工阶段的划分包括：　（１）先施工主塔至钢锚箱第５节（共１６节），并　同时施工边跨钢筋混凝土现浇段；　（２）安装主跨钢箱梁与主塔下一节段施工同步　进行；　（３）主跨钢箱梁合拢；　（４）二次调索；　（５）二期铺装；　（６）成桥运营。　４．２塔梁同步施工计算结果分析　（１）索力　经索力结果对比，得知两模型各阶段计算结果　除个别斜拉索索力误差在３％～５％，其余大部分斜　拉索索力误差在３％之内；桥博计算结果与设计值　最大误差为４．７％，发生在主跨Ｍ１９斜拉索，其余大　部分斜拉索索力误差在２％之内。（注：差值＝桥博　结果一Ｍｉｄａｓ结果，误差＝差值／Ｍｉｄａｓ结果×　１００％，Ｓ、Ｍ分别表示边跨、主跨，下同。）二期恒载　阶段索力对比结果见表１。　表１　二期恒载阶段索力对比结果　（２）主梁位移和应力　经位移结果对比，得知两模型计算结果在二期　恒载及以前阶段各点位移差值基本位于±２ｃｍ之　主梁的应力以钢箱梁上缘拉应力作为控制选　项，最大拉应力出现在主跨钢箱梁跨中截面，为　８６．５ＭＰａ，能够有效地控制在容许范围之内。　主梁应力同时按塔梁结合处主梁剪力，通过索　力进行控制，范围基本控制在～１．６４×１０　一１．７８×　１０　ｋＮ。　（３）索塔应力与偏移　经两模型计算结果对比，得知主塔在成桥阶段　最大组合应力－１－１０．５ＭＰａ；计算时发现河侧中塔柱　上下外侧均出现较大拉应力，主桥安装钢箱梁挂索　阶段索力调节必须考虑保证该部位不会出现裂缝，　且使钢箱梁受力均匀。通过索力进行控制，主塔中　塔柱最大拉应力２ＭＰａ出现在主跨跨中１１＃钢箱梁　节段安装过程，ｌｌ＃斜拉索张拉后该应力随即减小，　在随后的两个钢箱梁安装节段，该应力逐渐递减至　１ＭＰａ左右。　经两模型计算显示，主塔偏位在合拢阶段为　４．８ｃｍ；成桥阶段６．４ｅｒａ。满足施工规范　’４　关于本　桥塔柱的倾斜度误差不大于１／３０００，且塔柱轴线偏　差不大于３０ｍｍ的要求。　５结论　（１）通过算例分析，发现塔梁同步施工取得的　成桥索力、线形计算结果与设计合理成桥索力、线形　符合较为理想，能够满足实际生产需要，并且可以充　分发挥钢箱梁斜拉桥施工进度快、方便施工的优势，　－１０６・　北　方　交　通　２０１３　公路隧道设计阶段的环保问题探讨　国健飞　（宁波市高等级公路建设指挥部，宁波摘３１５１９２）　要：结合工程实例，介绍了公路隧道环保设计要点，可供公路隧道设计及相关环保工作人员参考。　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１３）０２—０１０６—０４　关键词：公路隧道；环境保护；环境问题　中图分类号：Ｕ４５２．２　１　引言　２　隧道设计阶段的环境保护　２．１　路基和隧道方案比选　随着环保理念的深入人心，在山区公路隧道建　设过程中，必须要树立“不破坏就是最大的保护”的　理念，坚持“最大限度地保护、最小程度地破坏、最　强力度地恢复”，使工程建设顺应自然、融入自然；　要把设计作为改善环境的促进因素，摒弃先破坏、后　恢复的陋习，实现环境保护与隧道建设并举、公路发　展与自然环境相和谐。　隧道勘察设计应从节约土地资源，保护生态环　境，坚持可持续发展出发，考虑工程建设全寿命周期　成本，对中心挖深大于３０ｍ的路堑应进行路、隧方　案综合比选。　宁波象山港公路大桥接线工程中在杨公山路段　对隧道方案和大挖方方案进行了综合比选，详见表　从而说明了该论文仿真计算过程具有现实可行性。　（２）塔梁同步施工，在求得合理索力初始张拉　力后可以保证主塔在塔梁同步施工过程中具有足够　的刚度和稳定性；塔梁结合处应力也可以控制在容　许范围之内。　（３）塔梁同步施工时主塔线形按切线进行安装　参考文献　［１］王伯惠．斜拉桥结构发展和中国经验［Ｍ］．北京：人民交通出版　社。２００３．９．　［２］林元培．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４．　［３］ＪＴＧ／Ｔ　Ｆ５０—２０１１，公路桥涵施工技术规范［Ｓ］．　［４］ＪＴＧ／Ｔ　１９６５—０１－２００７，公路斜拉桥设计细则［ｓ］．　［５］安金星．大跨度斜拉桥施工控制与仿真计算［Ｄ］．成都：西南交　通大学，２００６．　施工，成桥以后主塔线形平顺，主塔偏位也可以满足　要求。　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｅｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　Ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｂｅａｍ　ｏｆ　Ｌａｒｇｅ——ｓｐａｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｂｏｘ　Ｃａｂｌｅ—－ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ａ　ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ　ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｃａｂｌｅ，ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｂｅａｍ　ａｌｌ　ｔｏｇｅｔｈｅｒ　ｔｈｒｅｅ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｔｏ　ｆｉｒｓｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｏｗｅｒ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ｂｅａｍ　ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｓｔｒｅｔｃｈ　ｔｈｅ　ｓｔａｙ　ｃａｂｌｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅａｍ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｒａｒｅ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｅｄ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅａｍ，ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ＭＩＤＡＳ／Ｃｉｖｉｌ　ｓｐａｃｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｄｏｃｔｏｒ　２Ｄ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃａｂｌｅ　ｆｏｒｃｅ，ｍａｉｎ　ｂｅａｍ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｏｆ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｗｅｒ　Ｓ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｅｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｂｅａｍ　ｉＳ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｓｔｅｅｌ　ｂｏｘ　ｂｅａｍ；Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ；Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｔｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｂｅａｍ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ