高速铁路大跨梁拱组合桥施工过程主梁变形分析

梁拱组合桥充分利用了连续梁的抗弯能力与加 劲拱的承压能力，具 有 结 构 刚 度 大、跨 越 能 力 强、动 力稳定性好等优点，在我国得到了广泛 应 用 。 ［１－３］ 由 于 该 桥 型 构 造 复 杂 、施 工 难 度 高 ，时 常 出 现 实 际 施 工 步骤时间 间 隔 与 计 划 施 工 步 骤 时 间 间 隔 不 符 的 问 题，从而导致结构内力、变形与设计产生偏 差 。 ［４］ 为 此就要研究相同施工步骤不同时间间隔桥梁施工过 程中的应力、变形 情 况，以 防 止 结 构 应 力、应 变 超 出 允许的误差范围。杜迎东 研 ［５］ 究了拱肋内混凝 土 不 同浇筑工序差异对 系 梁 变 形 和 应 力 的 影 响，得 出 最 优的拱肋内混凝土浇筑方案。韩保勤 通 ［６］ 过对 比 分 析４种吊杆张拉方 案，研 究 了 不 同 吊 杆 张 拉 方 案 对 拱 肋 变 形 的 影 响。 杨 阳、周 世 军、ＳＨＲＥＳＴＨＡ Ｋ Ｍ、ＹＡＮＧ Ｍ Ｇ、罗学睿等 研 ［７－１１］ 究了混凝土收缩 徐 变 对 主 梁 应 力 、变 形 的 影 响 。
图 １ 桥 梁 三 维 有 限 元 模 型
主 桥 设 置 两 道 拱 肋 ，拱 肋 采 用 外 径 １ ０００ ｍｍ、 壁厚δ ＝１６ｍｍ 的钢管混凝土哑铃型截面，上下两 钢管中心距为２．０ｍ，拱肋 截面 全 高 ３．０ ｍ，钢 管 内 灌注 Ｃ５５ 无 收 缩 混 凝 土。 拱 肋 上 下 钢 管 之 间 连 接 缀 板δ＝１６ ｍｍ。 拱肋之间共设９ 道桁架式横撑 ，横 撑采用４根４５０ ｍｍ×１２ ｍｍ 主 钢 管 和 ３２ 根２５０ ｍｍ×１０ｍｍ 钢管。两道拱肋共设置１５对双吊杆。
国防交通工程与技术 １９ ２０１９年３月 １７，（０２）
·研究与设计· 高速铁路大跨梁拱组合桥施工过程主梁变形分析 张 雷
３ 存梁阶段主梁变形分析
后铺装轨道成桥。 根据实际施工步骤时间间隔与计划施工步骤时
３．１ 施 工 工 况 计 算 说 明 该桥 采 用 先 梁 后 拱 的 施 工 方 法 进 行 施 工，其 中
间间隔的偏差设置，两 个 桥 梁 模 型 只 改 变 主 梁 合 龙 至钢管拱混凝土灌 注、吊 杆 初 张 拉 和 张 拉 全 桥 剩 余
主梁采用挂篮悬臂 施 工 法，钢 管 拱 采 用 竖 向 转 体 一 预应力钢束的时间以及张拉完成后的混凝土收缩徐
次对接合龙，泵送 管 内 混 凝 土 成 拱，再 张 拉 吊 杆，最 变时间。施工时间间隔如表１所示。
２ 有限元模型的建立
为了分析计划工期与实际工期主梁变形的差 异 ，根 据 钢 管 混 凝 土 系 杆 拱 桥 的 结 构 布 置 ，采 用 有 限 元分析软件 ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ建立不同工期工况下的桥 梁 模 型 。 主 梁 、拱 肋 和 桥 墩 采 用 梁 单 元 模 拟 ，吊 杆 采 用仅受拉桁架单元 离 散，拱 脚 混 凝 土 采 用 实 体 单 元 模拟。单元的划分 由 结 构 特 点、施 工 梁 段 及 计 算 精 度 要 求 来 决 定 。 全 桥 有 限 元 模 型 共 计 ７６９ 个 节 点 和 ７８０ 个 单 元 ，大 桥 模 型 如 图 １ 所 示 。
研究 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
与设计
高速铁路大跨梁拱组合桥施工过程主梁变形分析
张雷
（中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 ０６４０００）
摘 要：高速铁路大跨梁拱组合桥主梁线形控制严格，但 施 工 过 程 复 杂 且 影 响 因 素 较 多。为 研 究 施 工 过 程 主 梁变形 ，以郑州至万州铁路河南段张良镇跨 南 水 北 调 干 渠 梁 拱 组 合 桥 为 背 景，利 用 有 限 元 软 件 ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ 建 立 全 桥 模 型 ，研 究 施 工 步 骤 时 间 间 隔 、收 缩 徐 变 对 主 梁 变 形 的 影 响 。 分 析 结 果 表 明 ：钢 管 拱 混 凝 土 灌 注 与 主 梁合龙的时间间隔越长 ，中跨主梁向下变形变化量越大，不利于主梁线形控制；吊杆张拉与钢管拱混凝土灌注 时间间隔几乎不影响主梁位移变化量 ；混凝土的收缩徐变 作 用 使 主 梁 变 形 更 加 复 杂，且 随 着 时 间 延 长 主 梁 变 形逐渐减少。本文研究成果可为同类桥梁设计及施工控制提供参考。 关 键 词 ：梁 拱 组 合 桥 ；施 工 过 程 ；主 梁 变 形 ；有 限 元 分 析 ＤＯＩ：１０．１３２１９／ｊ．ｇｊｇｙａｔ．２０１９．０２．００５ 中 图 分 类 号 ：Ｕ４４８．２１６；Ｕ４４３．３５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－３９５３（２０１９）０２－００１９－０５
对于高速铁路钢管混凝土系杆拱桥，主梁变形是 施工质量控制的重要内容之一，然而国内外鲜有对相 同施工步骤不同时间间隔的研究，因此十分有必要研 究相同施工步骤不同时间间隔主梁的变形情况。
１ 工程概况
新建郑州至万州铁路河南段张良镇跨南水北调 干渠特大桥主桥采 用（７４＋１６０＋７４）ｍ 预 应 力 混 凝 土连续梁与钢管混 凝 土 加 劲 拱 肋 组 合 结 构 体 系，主
表１ 计划施工步骤时间间隔与实际施工步骤时间间隔 ｄ
工况描述 工 况 一 ，主 桥 合 龙 工 况 二 ，钢 管 拱 混 凝 土 灌 注 完 成 工 况 三 ，吊 杆 初 张 拉 及 全 桥 剩 余 钢 束 的 张 拉 完 成 工 况 四 ，收 缩 徐 变 完 成
收 稿 日 期 ：２０１９－０１－０７ 作 者 简 介 ：张 雷 （１９７１— ），男 ，工 程 师 ，主 要 从 事 土 木 工 程预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 ，桥 梁 布 置 如 图 １ 所 示 ， 横截面为单箱双室截面。拱轴线采用二次抛物线， 计算跨径 Ｌ ＝１６０ ｍ，计 算 矢 高 ｆ ＝ ３２ ｍ，矢 跨 比 １／５。拱轴线方程ｙ ＝－ｘ２／２００＋０．８ｘ。横 桥 向 设 置 两 道 拱 肋 ，拱 肋 中 心 距 为 １１．８ ｍ。