京包铁路分离立交转体桥施工控制技术研究

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1、京包铁路分离立交转体桥施工控制技术研究第1章概述1.1工程背景简介桥梁转体施工方法在国外桥梁修建中得到了较为广泛的应用，初期多为拱桥的转体施工，它一般利用桥台结构竖向组拼或现浇拱肋脚手架，最终将拱肋由上而下旋转至设计位置[15]。我国在引入转体施工方法开始主要始于中小跨径的拱桥、梁桥等较为简易的桥梁工程，从山区、沟渠等桥位处应用较多，以及不利于水上或山沟满堂支架施工的桥梁工程。近年来，随着转体施工桥梁工程的不断实施和研究，该技术逐渐被广大技术人员所采用。大跨、宽箱梁桥采用转体施工也越来越多，我国在这方面取得了较多的成绩[16]。图1.2所示为典型的跨越既

2、有铁路线和公路线的转体施工桥梁场景。图1.3所示为桥梁转体施工方法的分类示意。由图可知转体施工桥梁工程主要分为竖向转体施工、平竖结合转体施工和水平转体施工等三类。对于竖向转体施工，考虑转体角度又分为正角度和负角度转体；其次为水平转体施工，根据平衡的配种分为有平衡重和无平衡重转体施工；实际工程中，为了充分发挥两类转体施工的优势，又开发了平竖结合的转体施工方法。平转是主体结构水平方向转体到位，竖转是主体结构竖向转体到位，随后合拢。1.2转体施工监控方法转体施工桥梁工程的施工监控在主要内容上与常规桥梁工程一致，即进行应力和线形的监控[19]。除此之外，还包括转

3、体结构的称重、转体设施的监控以及与结构相关的既有线的监测等。图1.5所示为常规桥梁转体施工过程中的线形和应力监控，图中示意了应力和线形监控采用的设备。对线形而言，是决定成桥后结构是否平顺的主要因素。一般而言，T构桥即带有大悬臂的桥梁工程的线型受施工阶段的标高影响较大，因此需要监控单位下达各节段的立模标高提供给施工单位，从而有效预测和实施各节段的标高，保证顺利合拢来保证成桥线型[20]。对应力而言，决定了桥梁结构的受力状态，影响到结构内在的应力储备以及运营阶段的受力状态。通常也是在施工阶段起即进行应力的累积观测，以实时计算分析各阶段的应力状态，保证成桥后结

4、构处于设计的状态[21]。对于转体结构的称重，主要是考虑转体结构所承受的不平衡力矩，在精确计算不平衡力的基础上，对既有结构进行调平来保证转体的顺利进行[22]。而对于桥梁转体过程监控，主要针对轴线、标高及转动系统的受力状态进行监控，确保桥梁转体过程安全顺利。.第2章有限元结构分析2.1结构施工控制理论分析方法京包铁路分离式立交桥为单T变截面连续刚构桥，采用逐段支架浇筑施工方法，结构的最终形成，经历了一个较长而又复杂的施工过程及结构体系转换过程。对施工过程中每一工况下结构的计算分析，是桥梁控制中最基本的内容。因此，通过合理的计算和理论分析来确定桥梁结构施工

5、过程中每个阶段在受力和变形方面的理想状态，以便控制施工过程中的结构行为，使其最终的成桥线形和受力状态满足设计要求。从这个意义上讲，施工控制中的结构计算不仅能对整个施工过程进行描述，反映整个施工过程中结构的受力行为，而且还能确定结构各个阶段的理想状态，为施工提供中间目标状态。目前桥梁结构的计算方法主要包括：正装分析法、倒装分析法和无应力状态计算法。虽然上述方法都能用于各种型式桥梁的结构分析，但是不同型式的桥梁结构所采用的施工方法往往是不同的，因而对于不同型式的桥梁结构分析是有所侧重的。京包铁路分离式立交桥主桥施工控制结构计算采用正装分析法和倒装分析法，这两

6、种计算方法均是以有限单元法原理为基础的结构计算方法。有限单元法是将连续体理想化为有限个单元的集合体，使单元仅在有限个结点上相连接，即以一个有限单元体系代替一个无限个自由度的连续体，作为物理上的近似。先进行单元分析，用结点位移表示单元内力，然后将单元再合成结构，进行整体分析，建立整体平衡条件。通过结构几何条件、结点荷载等求出结构单元中的结点位移和内应力。在求解力学问题时，最普遍的是以单元上结点位移作为基本未知量，这种方法称为位移有限元法。在有限单元法中，原来连续体的材料特性，如正交异性、非线性、弹塑性等可在单元中保留，对于复杂的结构形式、边界条件及荷载情况

7、，在这方法中均可以处理，因此有限单元法有很大的优越性。本项目采取了土木结构专用结构分析与优化设计软件（MIDAS/Civil）两个商业软件，用于桥梁监控过程的理论计算，并相互校核，保证计算结果的可信。此外还采用了Abaqus大型软件，用于局部应力分析。..2.2监控计算内容及参数计算中采用了可模拟预应力钢绞线后张法的曲索单元，当索受到一定的拉力时，将能够反映预应力索对混凝土的压缩作用，经计算可分析预应力索的张拉所引起混凝土内部应力的重新分布，以及新索的张拉产生的内力重分配。依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》(JTGD622004)，根据预应力束

8、的几何要素，并计入预应力束的摩阻损失；徐变收缩中考虑环境温度、理论厚度和收缩应变