京沪高铁大跨度钢箱拱桥转体施工控制分析

京沪高铁大跨度钢箱拱桥转体施工控制分析

贾建平

贾建平JiaJianping（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安710043）

（The2ndEngineeringCo.，Ltd.ofChinaRailway17thBureauGroupCorporation，Xi'an710043，China）

摘要：针对高速铁路钢箱拱桥转体施工的内力及线形控制分析对施工指导意义重大，由于拱桥施工工况较多，也比较复杂，如果不能分析清楚各工况对结构内力及成桥线形的影响，那么桥体的合拢会比较困难，也不能满足高速铁路无碴轨道的正常运营要求，本文详细分析了钢箱拱桥的施工、内力及线形控制情况，最终很好的保证了该桥的顺利合拢，并完全满足设计要求。

Abstract:Theinternalforceoftheconstructionofhigh-speedrailwaysteelboxarchbridgeandswivellinearcontrolanalysishavegreatsignificancetotheconstructionguidance.Duetotheconditionofarchbridgeconstructionismoreandcomplex,ifwecannotanalyzetheinfluenceoftheoperatingconditionsonstructuralinternalforceandbridgeline,theclosureofbridgebodywillbedifficult,andalsocannotsatisfythenormaloperationsrequirementsofhigh-speedrailwayballastlesstrack.Thispapermakesadetailedanalysisoftheconstruction,internalforceandlinearcontrolconditionofthesteelboxarchbridge,finallyguaranteestheclosureofthisbridgeandfullymeetsthedesignrequirements.

关键词：钢箱拱桥；转体施工；内力及线形控制

Keywords:steelboxarchbridge；constructionofswivelsections；internalforcesandthelinearcontrol

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）10-0062-02

1工程概况

京沪高速铁路北京段跨越京开高速公路采用的是（32+108+32）m中承式钢箱混凝土拱连续梁体系，为京沪高速铁路北京特大桥的节点桥之一，也是我国高速铁路建设中首座钢箱拱转体桥。大桥主要由44节拱肋与主纵梁段、33片横梁和128片小纵梁组成，最大吊装高度34米，最重节段81.5吨。主纵梁、一字撑、K撑和支墩均采用钢箱截面，其中主纵梁截面宽1.6m，高2.1m，两片主纵梁中心距12m。边拱肋与主拱肋为变高度钢箱混凝土截面，拱肋截面宽1.6m，拱轴线采用二次抛物线，其中主拱矢高24m，边拱矢高12.4m。两片主梁之间采用纵、横梁联结系，除端横梁为箱形截面外，其它横梁和小纵梁均为焊接工字钢截面，纵、横联结系上面铺设宽13.6m，厚30cm的钢筋混凝土桥面板。拱桥吊杆采用?准122mm的圆钢，间距5.4m。

2总体施工方法

由于该桥跨越高速公路，且在既有京沪铁路旁，为不影响繁忙的高速公路通行，又能绝对保证京沪铁路的正常运营，各钢结构采用工厂分段加工制造，在现场沿京开公路两侧搭设支架分为对称的两部分现场拼装、焊接成形，然后转体采用平面转体法进行合龙，单侧转体重量3800吨，转体角度分别为81°和99°。为保证结构的安全，且使得中跨合龙的标高满足设计需要，施工时考虑在主纵梁上搭设一个索塔，并用扣索分别拉住前端和后端，形成一个自锚结构体系。拱脚至索塔顶总高为40m，自主纵梁向上的索塔高度为27m，采用八三墩杆件拼组而成。

3施工工序

该桥为京沪高速铁路的重点桥梁之一，其结构的线形直接影响到轨道的铺设以及其受力特性，而且该桥施工过程比较复杂。主要施工步骤有：①主墩桩基础和边墩钻孔桩施工，基坑开挖，边墩承台、主墩承台及千斤顶反力座、牵引反力座施工，安装转体滑道和中心限位装置。顺京开路方向施工上转盘，试转动后，安装钢拱座及拱脚钢横梁。②顺京开高速公路方向在支架上拼装钢箱拱肋、支墩、纵横梁、横撑、人行道等钢构件，先灌注钢拱座内混凝土，然后顶升边拱肋顶升段混凝土，最后灌注边拱肋端部混凝土，临时固结钢拱座和上转盘，安装桥面板永久钢底模、扣索、塔架及平衡重等。③按照施工顺序第一次张拉扣索，安装两根较长吊杆并施加预拉力，然后安装中间吊杆并施加预拉力，最后再安装两根较短吊杆并施加预拉力，全部脱架完成整个转体系统施工。

4转体体系平衡控制分析

对半跨钢箱梁转体结构建立空间计算模型，其中钢箱梁的主纵梁、横梁及小纵梁采用梁单元；索塔采用等刚度截面梁单元模拟，并释放梁底转角约束；吊杆采用桁架单元；扣索采用只受扣索单元，主要计算施工过程中的转体体系平衡计算、脱架过程模拟计算以及合拢前标高计算，从而确定平衡重配比，扣索张力大小等问题。进行转动体系平衡计算的关键在于建立精确的计算模型，模型产生的自重须与实际相符，建模时对钢箱梁各个节段的重量进行仔细核对，根据截面的不同采用逐段荷载加载方式。将拱脚处进行全约束，若拱脚两边（边跨及中跨）重量分配相等，则拱脚处的弯矩为0，若拱脚两边重量分配不等，则会在拱脚处产生纵向不平衡弯矩，根据该值来确定平衡重的重量。

通过施加自重荷载，计算得拱脚处的不平衡弯矩1300tm，需在边跨梁端配100t的平衡量。在施加平衡重后，拱脚处弯矩减小为200tm，由e=计算得偏心距为0.06m，式中M为不平衡力矩，G为体结构总重。

5施工过程内力及线控分析

5.1支架组成支架为八三墩拼组而成，各段钢箱梁在支架上进行拼装。各段钢箱梁在支架上焊接成形后，安装索塔与扣索，随后灌注边拱肋端部箱内混凝土，钢箱梁材质为Q370qE，灌注混凝土为C50，计算中采用施工阶段联合截面来模拟边拱肋的刚度变化。

5.2扣索拉力施工中分两次张拉扣索，边拱肋端部灌注完混凝土及配重后，进行第1次张拉；待安装完3组吊杆后（由长至短进行安装），进行第2次张拉，吊杆张拉力（由长至短）分别为5t，4t，10t，2t，5t。两次扣索的张拉力如表1所示。扣索采用7-?准5钢绞线，抗拉标准强度为1860Mpa，计算得单根扣索的轴向应力为646Mpa，为标准强度的35%。

5.3索塔受力计算得，索塔所承受的最大竖向力为2650kN。按四肢组合构件，缀条为角钢∠80×80×10来计算索塔结构的整体稳定性。先计算出换算长细比，查出稳定系数，再按轴心受力构件计算受压稳定。换算长细比

计算得索塔整体受压强度为57Mpa，索塔结构无论是在杆件受力还是整体受压上均满足要求，并有较大的安全储备。

5.4钢箱梁受力转体施工过程计算中，当拆除梁上支架及部分主梁支架时，在拱肋与主梁固结位置处，梁体出现最大应力，为48Mpa，整个施工过程中，梁体应力较小，表明该施工方案有利于控制梁体合拢前的体内应力。

5.5线形控制计算①全部脱架后，转体前，前端索力220吨，后端270吨，配重65吨时，主纵梁位移+2cm，梁端位移+1.45cm。②转体到位后，梁端横梁灌注混凝土，梁端落于支座上，位移为0，主纵梁梁端位移为+3.9cm。索塔横向位移2.2cm，位移结果如图4。③中拱肋扣索增张拉160KN，边拱肋扣索增张拉200kN（边拱肋扣索的张拉是为了保证索塔顶部的位移），主纵梁端由3.9cm上升到6.8cm，索塔顶部横向位移2.2cm。位移结果如图5。④合拢时，主纵梁跨中位移+6.6cm，索塔顶部横向位移2.2cm，如图6。⑤拆除扣索后，主纵梁跨中位移+5.8cm（该值为设计合龙预拱度）。⑥分级卸载时，主纵梁跨中位移与塔顶横向位移如表2。⑦线控结论。计算结果与实际施工时的测量结果吻合得较好，由于影响位移的因素较多，除了严格依据理论计算结果作为施工指导外，还需加强现场监控。在后端索力270吨、前端索力220吨、后端配重65吨、后端+3cm、主纵梁前端+4cm的情况下，转体到位后，后端到位并压上另一跨混凝土梁后会引起主纵梁前端位移上升，此时需严密监控该过程中主纵梁的上升高度，并适当调整索力。

根据计算结果，合拢并放松索力后主纵梁跨中下挠1cm，因此在后端落梁后，需保证主纵梁端上挠+6.8cm，也就是拱肋的合拢上挠值，为保证前端的上挠值就需要微调张拉或放松扣索。

6结语

转体施工已逐渐成为一种比较成熟的桥梁施工方法，尤其是对修建处于交能运输繁忙的城市立交桥和铁路跨线桥，有着明显的优势。转体施工过程的内力及线形控制对成桥有很大的现实意义。通过对京沪高速铁路跨京开高速公路钢箱拱转体桥有平衡重不对称平转法施工过程的内力及线形控制分析，论证了该桥施工方案合理可行，并且通过实测数据与理论数据的比较，表明了计算结果与实际的发展趋势相对应，为该桥安全顺利地进行转体并合龙提供了保障，同时也可为今后同类桥梁施工提供借鉴。

参考文献：

[1]张联燕，谭邦明.桥梁转体施工[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]周丹，褚奇，黑世强.钢筋混凝土拱桥转体施工的仿真分析[J].交通科技，2008（2）：28-30.