大温差地区连续梁转体施工综合技术研究及应用

2023-02-20

1 概况

兰新铁路第二双线乌鲁木齐新客站至动车运用所区间跨乌奎高速公路特大桥为全线的控制性工程, 桥梁在跨越乌奎高速公路处以 (40+61+40) m连续梁通过。主梁在平行于高速公路两侧采用支架现浇施工, 现浇完成后, 32#墩逆时针转87°, 33#墩逆时针转90°合拢。转体重量35000KN, 转体T构为29.5m+29.5m。

本工程具有连续梁转体施工技术标准高、难度大、工期紧、安全风险大等特点。本工程的重点在于转盘球铰的安装和转体施工, 球铰安装精度要求高;转体施工要做好称重工作, 配置好平衡重, 确保平稳转体。转体桥梁不仅结构受力复杂, 而且对施工技术也提出了更高的要求, 其施工及控制技术研究在新疆地区尚属首例。

2 研究内容及主要目标

2.1 研究跨乌奎高速公路转体桥连续梁各施工阶段箱梁的应力和变形, 确保连续梁各个施工阶段满足设计要求, 提出可行的箱梁施工阶段数值模拟仿真方法;

2.2 研究不同温度梯度模式下跨乌奎高速公路转体桥连续梁各施工阶段箱梁的温度效应, 确定适合于大温差地区箱梁温度场分析的温度梯度模式;

2.3 研究跨乌奎高速公路转体桥T型刚构转体施工过程的安全性, 提出合理、可行的转体施工方案。

2.4 利用通用有限元软件ANSYS建立转动球铰有限元模型, 对转体施工阶段进行转动铰接触应力有限元分析, 计算转动铰应力, 并结合不平衡称重配重计算确定合理、安全的T构转体称重试验方案。

2.5 在实桥上埋设应力测点、挠度测点和混凝土温度测点, 监测施工过程中的应力状态、变形状态和混凝土温度, 并与计算值进行对比, 优化转体桥施工方案。

3 连续梁转体桥施工监控及仿真分析

连续梁转体桥施工监控的最终目标是确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。施工监控中须遵循三个方面的原则:受力要求、线形要求、稳定要求。连续梁转体施工过程中以线形监控为主, 应力监控为辅。监控工作主要内容包括理论分析预测、施工监测及施工控制三部分。根据现场实测结果, 主梁线形满足设计与相关施工规范的要求;主梁控制截面最大压应力为11.90MPa, 墩底截面最大压应力为4.03MPa, 球铰面最大压应力为11.29MPa, 下转盘最大压应力为5.03MPa, 均在容许范围之内, 满足设计和监控的精度要求。

4 温度应力对连续箱梁桥转体施工的影响

新疆地区降水量较少, 常年气候都比较干燥, 由于特殊的地理位置, 昼夜温差也特别大, 冬季的冰冻期非常长, 由于这种气候环境, 所以对于连续梁施工过程中对于质量的影响还是比较大的。通过对连续梁0#段数值仿真模拟, 选取仿真模拟温度梯度模式, 建立有限元模型, 利用ANSYS对连续梁的建设进行模拟演练, 对于后边的施工建设在保障质量和进度方面还是非常有用的, 到时再建设的过程中对于温度的变化要求较高, 如果温度过高, 会产生变形甚至裂缝的情况产生, 如果严重的华可能对桥梁的寿命都造成一定的影响:所以在建设过程中要对于温度实施检测, 尽量避免因温度的变化格桥梁的质量产生影响。

5 转动铰接触应力分析和不平衡称重

在旋转之前, 旋转体称重以测试旋转构件的不平衡力矩、摩擦力矩、偏心率和摩擦系数, 并且相应的配重平衡。利用球铰测量不平衡力矩, 将千斤顶和位移传感器放置在梁的底部, 对梁的不平衡力矩进行测试。旋转体通常是用来平衡旋转的, 重量可以参照垂直平衡的旋转程序, 根据相反的程序与不同的垂直重量或重量平衡的平衡的旋转程序。试验结果表明, 三十号码头二摩擦力矩大于旋转扭矩, 脚和滑块和配重的接触;三分之三十终端扭矩小于旋转扭矩, 小脚侧块;球体大于转子的摩擦力矩不平衡力矩”;33墩与旋转体摩擦扭矩小于不平衡力矩的方法”。

6 结论

对主梁线形、重要控制截面的应力的监控检测, 结合当地特殊的大温差、干旱气候条件, 采用有限元数值模拟的方法, 分析温度应力对连续箱梁施工的影响。得出以下结论:

(1) 主梁线形:全桥合龙后整体线形与设计线形吻合较好, 标高实测值与预测值误差在容许范围之内, 满足设计与相关施工规范的要求。

(2) 主梁、桥墩、球铰面及下转盘应力均在容许范围之内, 满足设计和监控的精度要求。保证了该桥在整个施工过程的安全和顺利完成。

(3) 双向温度梯度模式下的作用为横向温度梯度模式与竖向温度梯度模式的叠加。

(4) 通过对比乌奎高速连梁桥温度应力实测值与软件计算值, 分析两者的误差, 可以看出软件计算的温度应力值是可靠的, 计算方法也是较准确的。

(5) 研究跨乌奎高速公路转体桥T型刚构转体施工过程的安全性, 提出合理、可行的转体施工方案。

摘要：随着国家高速铁路的迅猛发展, 转体法施工大跨度预应力钢筋混凝土连续梁已经广泛应用于一些跨主要陆地交通道路和跨既有铁路的桥梁施工中。它可以将位于障碍上的桥梁结构置于障碍物外或近地面作业, 大大减小安全风险, 降低施工难度。跨乌奎高速公路转体桥连续梁工程地处新疆乌鲁木齐市, 该地区夏季白天日照强烈且日照时间长, 昼夜温差大, 日照温差和较大的水化热会使箱梁内部产生过高的温度应力, 从而影响连续箱梁的施工质量和安全使用, 同时温度影响转体精度。本文对连续梁转体施工的各个过程进行数值仿真模拟, 以探求各个施工阶段箱梁内应力和变形的变化规律, 研究科学的施工方案, 确保T型刚构转体过程安全可靠, 也可为今后同类工程设计和施工提供参考。

关键词：大温差地区,连续梁,转体施工,研究,应用