大噸位平轉施工拱橋的轉體系統(tǒng)構造設計與施工技術研究.pdf

1、拱橋轉體施工是一項無支架施工技術，在特定的橋位條件下，常常帶來方便施工、減少對橋下干擾以及經濟合理等一系列優(yōu)點。隨著大跨度拱橋結構形式的多樣化，傳統(tǒng)的僅針對單跨拱肋的豎轉、平轉技術，也進一步拓展到適用于多跨連續(xù)拱橋的新型平轉施工技術。廣州丫髻沙大橋、佛山東平大橋、滬杭高鐵跨滬杭高速特大橋等大跨度拱橋的建成，使平轉施工橋梁的噸位與跨度記錄不斷刷新。然而，針對這一特殊技術，工程界仍然面臨著缺少設計與施工規(guī)范，對轉體系統(tǒng)中的球鉸、抗傾覆構造、

2、下承臺等關鍵構造缺乏計算研究。本文以滬杭高速鐵路跨滬杭高速(88.8+160+88.8)m特大跨平轉施工拱橋為工程背景，系統(tǒng)研究了平轉施工轉體系統(tǒng)中關鍵構造的設計方法，并總結其整套施工技術。具體研究內容概括如下：
　　(1)平轉施工的球鉸設計方法提出了平轉施工中所使用球鉸的一般設計流程，并對球鉸關鍵參數的取值和計算公式給出建議；對混凝土球鉸和鋼制球鉸進行三維數值模擬，結合對現(xiàn)有工程轉體噸位、應力水平與選用材料的統(tǒng)計分析，提出了混凝

3、土球鉸與鋼制球鉸各自的適用范圍，可方便同類工程借鑒；運用彈性力學知識，推導了球鉸接觸面應力分布的解析解，將之與簡化方法對比，結果表明簡化方法可以滿足工程精度要求；結合應力分析和現(xiàn)有工程中球鉸參數取值的統(tǒng)計，給出了不同噸位下球鉸支承半徑、球鉸半徑的取值范圍；在球鉸啟動力矩的計算上，計算表明簡化方法與解析十分接近，可以滿足工程精度的要求。
　　(2)平轉施工的抗傾覆計算方法對橋梁平轉施工的傾覆問題進行了探索性研究，指出轉體過程中橋梁的

4、傾覆形式有三種：轉動傾覆、支承面邊緣點傾覆及撐腳傾覆，并給出每種傾覆形式的抗傾覆力矩計算公式；研究表明，以撐腳為支點的傾覆是最危險的傾覆形式，基于轉動體發(fā)生轉動的幾何關系分析，提出了撐腳軸力的計算公式及撐腳與環(huán)道間隙的控制方法。
　　(3)一般樁基承臺計算的拉壓桿模型回顧了一般樁基承臺拉壓桿模型(Strut and Tie Model，STM)的研究現(xiàn)狀；以兩樁承臺為研究對象，通過數值分析確定兩樁承臺拉壓桿模型的關鍵參數，并提出了

5、針對不同荷載作用方式的兩樁承臺拉壓桿構形方法；對拉壓桿模型在樁基承臺計算中的適用范圍給出了建議；提出了運用STM進行樁基承臺驗算的一般流程，并對一實際工程中的樁基承臺進行了實例計算。
　　(4)平轉施工下承臺計算的設計方法針對平轉施工橋梁大型樁基下承臺的拉壓桿構形復雜、荷載邊界確定困難等問題，提出了承臺計算的新方法--錐形面空間拉壓桿模型(Cone-shaped spatial strut and tie model，CS-STM

6、)，該方法可解決多樁承臺計算中拉壓桿構形及尺寸確定難的問題。其核心思想是：以承臺中心為圓心，將處于不同半徑上的樁分組，形成若干構形簡單的錐形面空間拉壓桿模型。利用樁基反力分布隨承臺相對剛度變化的一般規(guī)律，計算不同錐面拉壓桿模型的荷載分配比例。通過荷載分配比例由單個錐面拉壓桿模型的承載力預測整體結構的承載力。
　　在CS-STM計算方法的基礎上，提出了平轉施工下承臺設計的一般流程。即，首先根據樁基布置確定承臺的平面尺寸；然后根據轉體