转体桥研究报告

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1、石家庄市和平路跨铁路曲线连续钢箱梁石家庄市和平路跨铁路曲线连续钢箱梁 墩顶转体施工技术研究墩顶转体施工技术研究 研研 究究 报报 告告 中铁十局济南铁路工程有限公司中铁十局济南铁路工程有限公司 二零一一年三月二零一一年三月 2 目 次 1 工程概况.3 1.1 钢箱梁 3 1.2 下部结构 3 2 总体施工方案 4 2.1 中心转盘（支座） 4 2.2 纵横向平衡重 9 2.3 稳定支腿和辅助滑道 10 2.4 临时索塔和斜拉索 13 2.5 转体动力设备及设施 19 3 转体施工工艺.22 3.1 转体施工工艺流程 22 3.2 转体操作要点 23 4 转体监测数据分析.30 4.1 现场监

2、测内容 .30 4.2 现场监测技术方案 .30 4.3 监测结果 .33 3 1 1 工程概况工程概况 石家庄市和平路为市区北翼东西向的一条主干道，在胜利大街西侧与京广铁 路交叉，现状道路为下穿地道形式，交通拥挤，成为和平路交通的瓶颈。为了改 善交通条件，设计修建和平路高架桥，同时保留现有地道。 和平路高架桥上跨京广铁路及规划铁路入地段采用 2 跨 64.22m+64.232m 连续 钢箱梁，全长 128.452m。 1.11.1 钢箱梁钢箱梁 2 跨 64.22m+64.232m 连续钢箱梁位于高架桥 P84#P86#墩，处于平曲线内: 圆曲线（R=4500）53.579m，缓和曲线 81

3、m，E=0.729m。 P84#P85#跨越机务段分叉线 2 股，石德下行线，京广上、下行线，石太下 行线，大厂线共 7 股铁路线（见图 1） 。 钢箱梁为单箱多室结构，单箱顶宽 25.5m，底宽 18.218.916m，翼缘板长 1.6m，支点处梁高 3m，跨中梁高 2.5m（h/L=1/25.4）梁底按折线布置，自中支点 向两侧边支点 9.5m 范围内直线变化；桥面横坡自单向坡 3%变化至双向坡 1.5%， 按计算要求设置预拱度。 钢箱梁顶板为正交异性桥面板，厚度 1416mm，在中墩顶局部加厚至 28mm。 车行道顶板 U 型加劲肋板厚度 8mm；底板厚度 1218mm，中墩顶局部加厚至

4、 28mm；腹板厚度 1020mm，在施工拉索处局部加厚。横隔板标准间距 3m，一般横 隔板厚 8mm，中墩处加厚至 32mm。 1.21.2 下部结构下部结构 为了保留高架桥下通道，下部结构采用 型双柱式桥墩。立柱为 2.0m2.0m 方柱，布置在原有机动车道两侧的挡墙边；盖梁采用平头盖梁，主墩（P85#）盖 梁结合转体施工，中间布置成直径 8.4m 的混凝土圆盘（见图 2） 。 4 图图 2 2 85#85#桥墩立面示意图桥墩立面示意图( (单位：毫米单位：毫米) ) 2 2 总体施工方案及转体体系设计总体施工方案及转体体系设计 2.12.1 总体施工方案总体施工方案 1）转体方式：和平路

5、高架桥上跨京广铁路及规划铁路入地段采取 2 跨 64.22m+64.232m 连续钢箱梁。为了不影响铁路行车，拟对钢箱梁采用转体法施工。 在桥梁转体施工中，为了保证梁体在转动过程中的稳定，通常将转体转心（磨盘） 的位置选择在承台顶面与桥墩底之间，将墩梁临时固结后使桥墩与梁同步转体到 位。本工程中，为了适应工程建成后仍保留地面道路的通行要求，桥墩选择了双 立柱加盖梁的 型结构，两立柱中心间距 14m，跨度较大。如采用传统的转体方 式，转心面积及整体体积势必非常庞大，难以设置，且影响施工期间的桥下临时 交通。为此，将本桥的转体转心（转盘）位置选择在连续梁梁底与盖梁之间，即 进行墩顶转体，目前这种桥

6、梁转体方式在国内尚不多见。 2）施工工艺流程：钢箱梁在既有铁路线东侧沿铁路线路方向进行预拼焊接， 而后顺时针转体 86就位。具体施工工艺流程见图 3 5 四、拆除第二步支架 平行铁路方向 平行铁路方向 三、拆除第一步支架 平行铁路方向 平行铁路方向 一、在支架上拼装钢箱梁，安装辅助塔,施加平衡重。 二、安装辅助索锚固系统，同时张拉索力，拉索初拉力悬臂侧为400t，简支侧为405t； 6 试转距离1 六、落架，钢箱梁手力变形后，安装转体辅助支腿等转体设施。 平行铁路方向 平行铁路方向 五、拆除第三步支架 道路设计中心线 七、试转1米，正式转体施工。 7 图图 3 3 连续钢箱梁转体施工工艺流程图

7、连续钢箱梁转体施工工艺流程图 8 3）转体体系设计概述 钢箱梁转体施工过程中，必须保证桥下铁路线路的安全运营，为此，铁路管 理单位经论证后，对钢箱梁转体施工安全提出要求，即转体过程中必须保证结构 纵向抗倾覆安全系数达到 1.4 以上。而钢箱梁转体时，跨越铁路一侧的悬臂段长 度为 54.016m，另一侧悬臂段长度为 46.959m，两侧相差 7.057m，存在较大的纵向 不平衡力矩，因此需要设置纵向平衡重（详见 2.3 节） ，并采取其它必要措施，在 减小纵向不平衡力矩的同时，提高其纵向稳定能力，确保安全系数达到要求。提 高结构整体纵向稳定能力的方法是设置临时索塔和斜拉索对悬臂结构进行斜拉 （详

8、见 2.4 节） ，同时在短悬臂端设置稳定支腿及其支撑体系和辅助滑道系统（详 见 2.3 节） 。 由于钢箱梁在平面上处于圆曲线加缓和曲线 （R=4500m，L=53.579m，L0=81m，E=0.729m）上,故整个结构存在横桥向的扭矩作 用，因此需要设置横向平衡重（详见 2.3 节） ，以减小这种扭矩作用，提高转体结 构的横向稳定性。 因采用墩顶转体方式，盖梁做成直径 8.4m 圆盘形式，故转体动力设备也考虑 设置在墩顶（详见 2.5 节） 。 钢箱梁转体结构由中心转盘、平衡重、稳定支腿和辅助滑道、临时索塔和斜 拉索、转体动力设备等组成（见图 4） 9 图图 4 4 转体结构立面示意图转

9、体结构立面示意图( (单位：米单位：米) ) 2.22.2 中心转盘（支座）中心转盘（支座） 中心转盘（支座）采用转盘与永久支座合为一体的特殊型式。下部为钢制球 形中心支座，由下支座板、球面四氟板、球冠钢衬板、平面四氟板、不锈钢滑板 和上支座板组成；上支座板兼作转盘的底盘，上垫平面四氟板，水平转动钢板与 上支座板通过中心定位钢销限位，并用螺栓与钢箱梁底部联结（图 5） 。支座设计 承载能力 3000t。 1）钢箱梁在制造厂内加工时，安装好带套筒的支座上垫板。 2）在盖梁顶浇筑支座混凝土，并预埋好带螺栓套筒的支座下垫板, 3）下垫板与下支座板、上垫板与上支座板均采用六角头螺栓连接。 4）转体前，

10、拆除中心转盘水平锁定装置，并拧紧竖向锁定装置。 5）待转体结束后，安装水平转动限位装置，拆除竖向锁定装置，使中心转盘 变为永久性支座的正常工作状态。 10 图图 5 5 中心转盘结构示意图中心转盘结构示意图 注：1-水平转动钢板，2-上支座板，3-不锈钢滑板，4-平面四氟板 5-中心定位钢销，6-球冠钢衬板，7-球面四氟板，8-下支座板 9-地脚螺栓，10-竖向转动锁定装置，11-水平转动锁定装置 2.32.3 纵横向平衡重纵横向平衡重 利用软件对连续钢箱梁进行实体建模，采用不同的工况进行比对分析，最终 确定了合理的平衡重布置方式，计算分析过程如下： 2.3.12.3.1 连续钢箱梁转体施工的

11、有限元模型连续钢箱梁转体施工的有限元模型 石家庄市和平路高架桥 2 标 84-86#墩连续钢箱梁转体施工的有限元模型采用 ANSYS 有限元软件建立。其中的连续钢箱梁和转体辅助塔采用 shell 单元建立，连 接钢箱梁与转体辅助塔的转体施工拉索采用 link 单元建立。整个有限元模型共计 划分单元 89105 个，节点 78585 个。其中 shell 单元为 89103 个，link 单元为 2 个。相关模型图如图 6、图 7、图 8、图 9： 图图 6 6 转体施工有限元模型等视图转体施工有限元模型等视图 11 图图 7 7 转体施工有限元模型等视图局部转体施工有限元模型等视图局部 图图

12、8 8 转体施工几何模型局部剖视图转体施工几何模型局部剖视图 12 图图 9 9 转体施工有限元模型正视图转体施工有限元模型正视图 2.3.22.3.2 第一种工况：（简支端平衡配重为第一种工况：（简支端平衡配重为 160t160t，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平 衡配重为衡配重为 73.273.2 吨时）吨时） 表表 1 1 转体施工时支座反力情况列表转体施工时支座反力情况列表 简支端 160 吨,横向配重 73 吨简支端 160 吨,横向配重 73.2 吨 主墩反力1542.2 吨1542.4 吨 简支端东支腿26.24 吨26.43 吨 简支端西支腿26.73

13、 吨26.53 吨 合计1595 吨1595.3 吨 2.3.32.3.3 第二种工况：（简支端平衡配重为第二种工况：（简支端平衡配重为 180t180t，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平 衡配重为衡配重为 73.273.2 吨时）吨时） 表表 2 2 转体施工时支座反力情况列表转体施工时支座反力情况列表 简支端 180 吨,横向配重 73.2 吨 主墩反力1543.7 吨 简支端东支腿35.92 吨 简支端西支腿35.69 吨 合计1615.4 吨 2.3.42.3.4 第三种工况：（简支端平衡配重为第三种工况：（简支端平衡配重为 180t180t，重心向曲线外侧移

14、，重心向曲线外侧移 1.8m1.8m；转盘中；转盘中 13 心处梁顶曲线外侧横向平衡配重为心处梁顶曲线外侧横向平衡配重为 2828 吨时）吨时） 表表 3 3 转体施工时支座反力情况列表转体施工时支座反力情况列表 简支端 180 吨,重心向曲线外侧移 1.8m,横向配重 28 吨 主墩反力1497.1 吨 简支端东支腿36.2 吨 简支端西支腿36.4 吨 合计1570.1 吨 表表 4 4 连续钢箱梁转体施工时支座反力情况列表汇总连续钢箱梁转体施工时支座反力情况列表汇总 竖向反力 简支端 160 吨 横向 73 吨 简支端 160 吨 横向 73.2 吨 简支端 180 吨 横向 73.2

15、吨 简支端 180 吨， 重心东移 1.8m， 横向 28 吨 主墩反力1542.2 吨1542.4 吨1543.7 吨1497.1 吨 简支端东支腿26.24 吨26.43 吨35.92 吨36.2 吨 简支端西支腿26.73 吨26.53 吨35.69 吨36.4 吨 合计1595 吨1595.3 吨1615.4 吨1570.1 吨 根据竖向支座反力情况可以看出，通过调整横桥向配重和前悬臂端配重的重 量，使得连续钢箱梁简支端东、西两个稳定支腿处的竖向反力基本相等，反力值 既能保证纵桥向的稳定性，又可以使稳定支腿和转动滑道支架满足强度和刚度要 求，这种情况下进行转体施工，结构平稳、安全，对钢

16、箱梁的转体过程和顺利就 位有很大帮助。 通过上述计算和结果的对比分析，最终确定的纵、横向平衡重配置方案为： 1）纵向平衡重：为满足纵向抗倾覆系数 1.4 的设计要求，根据表 4 计算结果， 纵向平衡重取 180t，以道路中心向右侧偏心 1.8m 布置，拉索左右两侧各设砂箱一 个，每个 90t（含砂箱自重） 。 2）横向平衡重：由于钢箱梁结构的平面线形为圆弧加缓和曲线 （R=4500m，L=53.579m，L0=81m，E=0.729m）,故整个结构存在横桥向的扭矩作用， 根据表 1 计算结构，取横向配重 28t 位于 85#墩箱梁顶道路中心右侧 7.2m 处，设 14 砂箱 1 个，放置水平，底部垫 H 型钢找平，并限位加固。 2.42.4 稳定支腿和辅助滑道稳定支腿和辅助滑道 2.4.12.4.1 结构形式结构形式 经过计算分析，纵横向配重施加后，在满足纵向抗倾覆系数 1.4 的情况下,转 体段简支端将产生 726KN 的竖反力，所以在纵向配重端距中心支座半径 45m 处设 置圆弧形辅助滑道，在对应处的箱梁梁底设置 2 个稳定支腿，用