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1、文章编号：1003-4722(2010)02-0069-04果子沟大桥桥塔施工过程的模拟分析向学建,孙宪魁2,杨B,齐铁东I（1.交通运输部大路科学讨论院,北京IOoO88;2.新疆维吾尔自治区交通建设管理局,新里乌鲁木齐830049）摘要：果子沟大桥为大跨度钢桁梁斜拉桥,桥塔为阶梯形钢筋混凝土结构，塔高分别为209.5m和215.5m,共设置4道横梁，构造简单，塔柱与横梁异步施工难度大。为确保施工过程安全、合理，采纳空间有限元法模拟桥塔施工阶段，计算分析塔柱的应力和位移。结果表明：塔柱各施工阶段预偏量设置合理；斜塔柱施工过程中2道临时横撑及在梁端加顶力减小了斜塔柱根部混凝土开裂的可能,保证塔
2、柱与横梁异步施工过程中整体斜塔柱的线形、应力和稳定性满意设计与施工要求。关键词：斜拉桥;钢筋混凝土结构；桥塔;横梁;异步施工；有限元法;位移；应力中图分类号：U448. 27文献标志码：ASimulationAnalysisofConstructionProcessofGuozigouBridgePylonsXIANGXujian,SUNXian2kui2,SNGYm,QTie2dong,(1.ResearchInStitUteofHWay,theMinistryofTransporl,BeijingIO(X)88,China;2.AdministrationofTransportConstr
3、uction,XinjiangUygurAutonomousRegion,Urumchi830049,China)Abstract:TheGuozigouBridgeisalongspansteeltrusscablstayedbridge.ThepylonsoftheBridgeareofthesteppedreinforcedconcretestructures,respectively209.5mand215.5mhighandareprovidedwithtotally4crossbeams.Thepylonsarestructurallycomplicatedandtheasynch
4、ronousnstructionofthepyloncoIumnsandcrossbeamsisdifficult.Toensurethatthenstructionprocessaresafeandrational,thespatialfiniteelementmethodisusedtosimulatetheconstructionstagesofthepylonsandthestressanddisplacementofthepyloncolumnsarecaI2culatedandanalyzed.Theresultsofthecalculationandanalysisshowtha
5、tthepre2offsettinga2mountssetforthepylonIumnsatdifferentconstructionstagesarerational,the2temporarycrossstrutsandthejackingforceappliedatbeamendsintheconstructionprocesshavereducedthepossibilityofcrackingattheinclinedpyloncolumnftingsandhavemadethegeometry,stressandStabilftyofthewholepyloncolumnsmee
6、ttherelevantdesignandnstructionrequire2mentsintheasynchronousnstructionprocessofthepyloncolumnsandcrossbeams.Keywcrds:Cabl且Stayedbridge;reinforcedconcretestructure;pylon;crossbeam;asyn2chronousconstruction;finiteelementmethod;displacement;stress1工程概况果子沟段,为（170+360+170）m双塔双索面钢桁果子沟大桥（图1）位于国道045线赛里木湖至梁
7、斜拉桥;斜拉索扇形布置,梁上索距12m,塔上索收稿日期：2022-01-09基金项目：新疆维吾尔自治区交通厅项目）大跨度桥梁施工掌握讨论（43070136）作者简介：向学建（1970-）,男.高级工程册.1997年毕业于湖南科技高校桥梁工程专业.工学学士,2001年毕业于兰州铁道学院土木建筑学ElectronicPublishingHouse.AUrightsreserved,httpkijet距2.1m;桥面全宽26.93m,该斜拉桥采纳设纵向2塔柱与横梁异步施工技术号(括号内为Z2号塔节段编号，下同)塔柱节段后, 施工下横梁，张拉灌浆完毕，拆除下横梁支撑系统, 同时进行中一横梁支撑系统的安
8、装；。浇筑完成 25(27)号塔柱节段后,施工中一横梁,张拉灌浆完 毕，拆除中一横梁支撑系统，同时进行中二横梁支撑 系统的安装；浇筑完成32(34)号塔柱节段后,在 31(33)号节段安装上塔柱第1道临时主动横撑,施 加顶力20 0 kN,即在斜塔柱高18 m处；%浇筑完 成36(38)号塔柱节段后,在35( 37)号节段安装上 塔柱第2道临时主动横撑,施加顶力200 kN,即在 斜塔柱高36 m处，中二横梁完成；浇筑完成41 (4 3)号塔柱节段后，安装上横梁支撑系统的牛腿, 铺设上横梁底模，上横梁施工；浇筑完成48 ( 50) 号塔柱节段后,塔柱封顶，拆除上横梁支撑系统及上 塔柱临时主动横
9、撑。3施工过程的模拟分析采纳有限元软件MIDASZCivil对桥塔施工过 程进行模拟分析计算，依据塔柱节段划分和构 造设计对结构进行离散。桥塔施工过程的模拟分析图2 Zl号桥塔及节段划分示意中作如下处理 1994-2010 China Academic JOUni向 Electronic Publismtig 助J瀛 ml rights reserved, httpkij3t阻尼的半漂移体系设计行车速度为80km/h,桥面最大纵坡2.445%。图1果子沟大桥立面示意Zl号、Z2号桥塔为阶梯形钢筋混凝土结构,塔柱为单箱单室结构，采纳C50混凝土。阶梯形桥塔共分为3个节段,上层塔高133.501m
10、,中塔墩高38m,下层塔墩高分别为38m(Zl号塔)、44m(Z2号塔)，Z1号塔全高209.50101,22号塔全高215.5m,上横梁高4m,其余横梁高4.5m,Zl号桥塔及节段划分示意见图2。桥塔横梁为预应力结构，根据受力大小配置预应力(18219115.246219Uy.Uz和转动位移R.Ry、R临时主动横撑采纳桁架单元模拟,每个节点有3个自由度，即平动位移U、Uy、Uz,无转动自由度。(4)桥塔施工阶段的荷载包括自重、临时主动横撑顶力以及横梁的预应力。(5)为简化计算工况,桥塔第115(17)号和第16(18)-25(27)号节段浇筑各合并为1个计算工况,其他每浇筑一个节段作为1个计
11、算工况。(6)计算中考虑塔柱悬臂节段横桥向及顺桥向的位移约束,以精确计算内力，更好地模拟施工过程。即先激活最底层施工节段单元并施加单元自重，待该工况计算完成后再激活第2施工节段单元并施加本层及底部已施工好节段单元自重,依次计算直至施工完毕。桥塔施工过程的模拟分析计算主要考虑以下3个工况。工况1:下横梁张拉后(Zl号塔施工完76m,悬臂塔柱38m)o工况2:中一横梁张拉后(Zl号塔施工完118m,悬臂塔柱42.5m)0工况3:施工到中二横梁以上，塔柱按IB15.294向内倾斜,在两斜塔柱间设置2道临时主动横撑。4施工过程的模拟分析结果4.1 塔柱位移计算结果桥塔的平动位移中影响桥塔线形或垂直度的
12、是顺桥向位移U、和横桥向位移Uy。由于塔顺桥向竖直，施工过程中没有位移Uxo由计算结果可知，下横梁和中一横梁张拉后Uy均偏大,下横梁张拉后15号节段Uy=16mm,中一横梁张拉后25号节段U=28mm。所以,在中二横梁施工前(即斜塔柱施工前),为避开桥塔线形消失曲折，在桥塔线形控制过程中必需将水平位移总量作为塔柱各阶段施工水平位移的调整值(即预偏量)，使塔柱线形符合设计要求。4.2 塔柱应力计算结果(拉应力为正,压应力为负)，从图3可以看出,桥塔施工过程中混凝土压应力满意设计要求,但是，拉应力最大位置在29号节段底部外侧,约1.7MPa,虽然随着桥塔的施工，拉应力有肯定程度的减小,但已经超过应
13、力掌握目标(混凝土拉应力1.OMPa),故在斜塔柱施工过程中必需设置临时的主动水平横向支撑来减小拉应力，以免消失裂缝。更-诽6-2.0-3.0-4.0-29节底肥内州(n-29节底部外儡(*D-29节底部(+Z)筋工阶段(工况)图3Zl号塔29号塔柱节段应力变化曲线4.3 斜塔柱部分加2道横撑计算结果图4和图5分别为Zl号塔未加临时主动横撑、加临时主动横撑时17.27和37号节段塔柱Uy变化曲线,从图中可以看出,斜塔柱的施工由于加了2道横撑(顶力200kN),使斜塔柱的位移掌握在一个合理的范围内,在后续桥塔施工节段Uy变化比较平缓,仅在中二横梁施工和张拉后在27号节段有5mm左右的横桥向位移;
14、且后期拆除横撑,由于桥塔刚度较大,对桥塔位移影响较小。此外,29号节段底部外侧的拉应力由1.7MPa变为0.3MPa,满意设计法律规范要求。图4Zl号塔未加临时主动横撑时17、27和37号塔柱节段U变化曲线91兴镰UHr阶段(E)图5Zl号塔加临时主动横撑时17.27和37号塔柱节段Uy变化曲线httokijet5结论(1)塔柱和横梁的异步施工过程中,应充分考虑横梁预应力的张拉对直塔柱线形和垂直度的影响。(2)斜塔柱(内倾)的施工是一个难点，比较临时横撑施加前后的位移和应力值，可知塔柱的挠曲变形被横向支撑所约束，横向支撑所起作用明显，施工中必需将斜塔柱的位移与应力掌握在一个合理的范围内,临时横
15、撑加顶力是可行的。参考文献：1JTJ041-2000,大路桥涵施工技术法律规范S.21衣干.湛江海湾大桥主塔横梁施工J.中外公路，2006,26(5):37-39.(YIQian.MainTowerBeamConstructionofZhari2jiangBayBridgeJ.JournalofChina&ForeignHighway,2006.26(5):37-39.inChinese)(上接第54页)架后再安装20m,完成全部钢梁的安装。临时墩位置的设置应尽量削减主桁结构消失安装内力掌握的杆件，同时削减临时墩的工程数量。7结语滨州黄河公铁两用大桥采纳BOT模式建设,大桥于2004年底正式开
16、工,2006年底实现主桥贯通,大路桥于2007年8月底先行通车。铁路桥由于滨州站和配套线路建设滞后的缘由,于2009年9月(上接第60页)(WANGXiiCling,CAOShuan嫁yin.InnerForceonStrengtheningConcreteStaticallyIndeterminateBeamsPrestressedwithLocalizedTendonsJ.JournalofSoutheastUniversity(NaturalScienceEdition),2004,34(1):89-91.inChinese)9裴杰，邓宗才，杜修力.体外预应力CFRP筋局部加固混凝土梁的
17、研究川.高科技纤维与应用，2006,31(2):20-24.(PElJie,DENGZonEcai,DUXiu21i.Investigationof3谢源生，陆尚武.柔性横撑加千斤顶方法在斜塔柱施工中的应用J.中外大路,2002,22(5):44-47.(XIEYuanZsheng,LUShanawu.ConstructionAppli2cationofFlexibleBraceandJackforObliqueTOWerColumnJ.JournalofChina&ForeignHWay,2002,22(5):44-47.inChinese)4J刘文会,王凤国，辛伟.独塔无背索斜拉桥主塔施工
18、掌握仿真分析J.桥梁建设,2007,(5):6&68.(LIUWerChui,WANGFenmgUo,XINWei.SimuIa2tionAnalySiSofConstructionControIofPylonofaSinglePylonCableZStajnedBridgeWithoutBackstayJ.BridgeConstruction.2007,(5):66-68.inChi2nese)5袁建新，李之达.重庆忠县长江大桥斜拉桥施工控制计算J.桥梁建设，2009,(1):5&59.(YUANJia成xin,LlZhi2da.CalculationofConstru2tionContro
19、lofCabl包StayedBridgeofZhongxianChangjiangRiverBridgeinChongqinJ.BridgeCon2Struction,2009.(1):56-59.inChineSe)底通车。参考文献：1舒梦雪，王为玉.滨州黄河公铁两用大桥主桥设计J.铁道标准设计，2005,(4):42-44.(SHUMeng2xue,WANGWe2yu.MainBridgeDe2signforHighWa夕RaiIWayDuaEPurposeBridgeinBingzhouJJ.RailwayStandardDesign,2005,(4):42-44.inChinese)ConcreteBeamsLocallyStrengthenedwithExternalCFRPTendonsJ.H2TechFiber&Application,26.31(2):20-24.inChinese)10 JGJ92-2OO4J4O9-2005,无粘结预应力混凝土结构技术规程Sl.11 BransonDE,TrostH.App1icationofLheEEffectiveMethodinCalcuIationDefleetionsofPartiallyPres2tressedMembersJ.PQJournal.1982,27(5):62-77.
