朝天门大桥论文

朝天门大桥论文（精选3篇）

朝天门大桥论文 篇1

重庆朝天门大桥采用临时墩和扣索辅助的悬臂拼装施工方法,杆件制造长度按照设计图纸取值,在保证严格切线拼装的条件下,成桥的线形和内力将为按一次落架计算所得的线形和内力。为了拱肋的顺利合龙,需要反复改变边界条件和采取措施,施工过程存在多次体系转换。由于施工过程的复杂性,有必要进行施工仿真分析[1]。

1工程简介

朝天门大桥位于重庆市主城区内,朝天门下游约1.71 km处,横跨长江。主桥上部结构设计为190 m+552 m+190 m的三跨连续中承式钢桁系杆拱桥,双层桥面;上层布置双向6车道和两侧人行道,桥面总宽36 m,下层中间布置双线城市轨道交通,两侧各预留1个7 m宽的汽车车行道。总体施工布置如图1所示;指导性施工步骤分为16个,如表1所示。

节间号分别由南、北两岸边墩向跨中依次编号,每侧各35个节间,北岸临时墩标为NL1～NL3,南岸临时墩为SL1～SL3,2个主墩为P7、P8。施工步骤的关键点是:为了方便边跨钢梁的及早精确定位,要求临时墩较早脱空;为了主跨跨中顺利合龙,需要改变边支点的边界条件。通过施工仿真分析,对施工过程进行了优化,最终采用了33个计算工况。

2分析方法和模型

2.1施工仿真分析方法

将施工过程看作一种特殊的非线性形式,同时考虑施工步骤内的几何非线性和施工步骤之间由于结构几何变化所引起的非线性。采用正装迭代法,运用单元生死模拟杆件的安装和拆除,计算每个施工步骤时有限元模型是一致的,没安装的单元也在计算模型中,只是其刚度乘以了一个很小的系数。第n个施工步骤的非线性求解方程可统一用式(1)表达。

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式中:Kn为结构的切线刚度矩阵;ΔUn为该级荷载增量下的位移向量;Pn为荷载增量向量;In-1为前一步的内抗力;B为应变位移矩阵;σ为应力矩阵。

由于考虑了施工步骤之间的非线性影响,当前节段的施工计算是建立在先前已施工结构的受力和变形的基础上,因此保证了计算分析的线形与实际施工的线形完全一致,从而提高了仿真分析的精度。

2.2分析模型

采用ANSYS软件进行仿真分析。以空间梁和杆单元建模,模型如图2所示。拱肋、横梁、纵梁以及横撑和斜撑采用beam188单元模拟;吊杆、体外预应力索以及施工用的临时扣索和扣塔采用link8单元模拟。包含施工临时构件在内,全桥共有4 265个单元。其中,beam188梁单元4 171个,link8杆单元94个。

3临时墩的脱空

3.1自然脱空的可能性

为了方便边跨钢梁的精确定位、降低施工造价,需要及早脱空临时墩。但是,按照表1的施工方案,临时墩是很难自然脱空的,因此需要优化施工方案。

针对施工关键点中临时墩的较早脱空问题,在模拟计算中进行了“零反力上墩”的施工过程模拟。所谓“零反力上墩”,是指边跨悬臂施工时,等到结构变形后再添加临时墩或者主墩,钢梁与临时墩或者主墩之间接触但不受力。本文通过节点耦合和考虑施工过程中的非线性来真实模拟“零反力上墩”。

临时墩不能自然脱空是不容易事先想到的,下面通过一个简单的例子来分析临时墩不能自然脱空的原因。假定杆为等刚度杆,荷载集度均为1 kN/m,跨度分别为24 m、36 m和48 m。图3为分步施工计算简图,支座编号从左到右依次为1、2、3,图中仅表示出每阶段新增的荷载。其中,2号支座为临时墩。经计算,分步悬臂施工时2号支座的3个阶段累加反力为29.0 kN(为受压)。虽然2号临时墩在分步施工的第3个步骤中是受拉的,但是从反力累加结果可以看出,步骤3中的拉力不足以抵消它在前期受到的压力。

图4为一次落架的计算简图。经计算,一次落架时2号支座的反力为-17.8 kN(受拉)。

3.2临时墩脱空的施工方案优化

仿真计算时采用顶升南、北两侧边支点的措施来脱空临时墩,共考虑了3种脱空顺序。

1)方案1:9号节间安装完成后脱空1号临时墩,14号节间安装完成后脱空2号临时墩,18号节间安装完成后脱空3号临时墩。

2)方案2:9号节间安装完成后脱空1号临时墩,26号节间安装完成后脱空2号、3号临时墩。

3)方案3:9号节间安装完成后脱空1号临时墩,14号节间菱形区拼装完成后脱2号临时墩,21号节间安装完成后脱空3号临时墩。

3种脱空方案中所要拆除临时墩的南、北侧支点位移见表2。

由表2可见,方案1的两边支点的顶升位移较大。从脱空临时墩的时机可以看出,方案2脱空2号、3号临时墩要等26号节间安装完成后,时机较晚。为了保证脱空时结构受力合理、边支点顶升量不是太大以及尽早脱空临时墩,综合考虑后最终选择了脱空方案3。

图5为施工完13号节间时北岸侧的实桥照片,1号临时墩已经通过顶升边支点在拼完9号节间后脱空,可以看到由于强行脱空1号临时墩,墩顶有部分已被拆除;2号临时墩墩顶与钢梁紧密接触在一起,2号临时墩此时不能自然脱空,需要强行脱空。

4边界条件施工措施的优化

根据朝天门大桥悬臂施工“零反力上墩”的施工特点,主墩在钢梁安装前就已经造好,因此需要保证悬臂施工到主墩时拱脚节点的实际位置略高于设计位置。如果在设计标高以下,施工将不能顺利进行。

施工仿真分析时考虑了导致拱脚节点高程低于设计位置的所有因素。其中,临时墩的弹性压缩是一个不可忽视的因素。临时墩均采用格构钢管柱,在受最大压力时存在2～3 cm的弹性压缩量。根据悬臂施工的特点,临时墩本身的压缩量并不大,但当边跨大悬臂时却能导致悬臂端很大的位移,经计算最大的竖向位移达到0.316 m,最大的水平位移达到0.064 m。因此,仿真分析时需要考虑临时墩的弹性压缩。

此外,为考虑中跨合龙的需要,确保合龙段基本无应力装入结构,施工开始时,需要调整边支点的位置和临时墩的标高。采用精细化施工方法,经过反复的正装迭代分析,各边界条件的调整量如下(水平位移由北向南为正;竖向位移向上为正、向下为负)。

1)北边支点的水平位移为-0.164m,竖向位移为-2.300 m。

2)北1号临时墩的竖向位移为-1.770m。

3)南边支点的水平位移为-0.731m,竖向位移为-2.300 m。

4)南1号临时墩的竖向位移为-1.793m。

成桥后靠北中墩为制动墩,靠南中墩为滑动墩。

5结语

本文把施工过程看成是一种特殊的几何非线性,基于精细化的施工仿真方法对施工方案进行了优化,一方面为朝天门大桥的顺利施工提供了理论指导,另一方面施工仿真的分析方法和分析结果可为其他工程实际提供借鉴经验。

参考文献

[1]袁海庆,周强新,白应华.钢管混凝土拱桥施工仿真计算可视化[J].桥梁建设,2003(5):15-18.

朝天门大桥论文 篇2

朝天门长江大桥主桥上构总体施工方案比选

结合重庆朝天门长江大桥主桥上部结构的结构形式、自然条件及工程特点,从吊装设备、安装起点、悬臂安装防倾覆措施、中跨桁拱与桥面梁系的`安装顺序四个方面进行了施工方案比选,最终得出了技术可行、经济合理、安全可靠的施工方案.

作 者：汪存书 WANG Cun-shu  作者单位：重庆交通大学土木工程学院,中交二航局,重庆,400074 刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(7) 分类号：U445 关键词：拱桥   施工方案   比选  

朝天门大桥论文 篇3

1工程概况

重庆朝天门大桥为三跨连续中承式钢桁系杆拱桥, 是目前世界上最大跨度的公路—轻轨两用双层拱桥。主桥上部结构设计跨径为190 m+552 m+190 m, 具体构造和施工方案参见文献[1]。

在朝天门大桥施工前期, 采用通用软件Midas-Civil2006○R进行了空间结构分析 (计算模型见图1) 。为保证大桥施工安全, 在中跨大悬臂安装过程中, 设置了两大钢绞线索结构:

1) 斜拉扣挂系统。2) 临时系杆。

朝天门大桥建设中的斜拉扣挂系统和临时系杆相对永久结构而言, 材料选择及加工制造的安全度较低, 为关键临时结构。文章就上述两大临时结构用到的索结构的施工与控制的成功经验做一介绍。

2斜拉扣挂系统架设中索力控制及测试

2.1 斜拉扣挂系统设置

朝天门大桥的斜拉扣挂系统和上海卢浦大桥扣塔结构[2]全然不同, 塔底设置铰机构, 塔架主要承受轴力。斜拉扣挂系统由塔架、钢铰轴、钢锚箱、风缆及斜拉索组成。斜拉索:边跨内、外拉索每桁均采用4×37ϕ15.24钢绞线;主跨内、外拉索每桁均采用2×61ϕ15.24钢绞线, 边、中跨内外拉索上端都锚固于塔架顶部钢锚箱上, 下端分别锚固于上弦杆A2, A3, A25, A31节点上, 拉索与主桁之间用钢锚箱连接, 上端为锚固端, 下端为张拉端。

2.2 钢绞线索施工及控制

钢绞线索锚固用OVM250型群锚体系, 单根钢绞线均外包PE护套防腐, 采用单根挂索, 单根张拉的工艺施工, 对称张拉。斜拉扣挂系统中, 采用无应力长度和基准索的方法来控制钢绞线索的张拉, 一次张拉到位, 在后续施工中, 不再对拉索索力进行调整。

采用图1中的模型和试算确定拉索初张力。以施工过程中的最不利杆件的应力为控制目标, 以扣索索力为变量进行调值计算, 得到一组较优的索力值, 同时算得设计温度下扣索索长的无应力计算长度, 见表1。

施工时, 布设锚索计并采用索力动测仪监测索力变化。同束索内每根钢绞线索力均匀性不大于±2.5%, 每束索之间索力均匀性不大于±1.5%的要求。

2.3 拉索索力监测及结果

索力测试采用动测仪CDJM268和锚索计两种方式互相校核计算。采用索力动测仪测读单索振动频率, 然后根据下述公式换算到拉索张力, 公式${\rm T}{}_0=\frac{4ml{}^{2}f{}_n^2}{n{}^2}-\frac{n{}^2\text{π}{}^{2}E{\rm I}}{l{}^2}$推导及参数含义见文献[3]。图2为102索索力动测法采样数据和频谱图。

当索长较大, 拉索面积较小时, 可以不考虑抗弯刚度的影响。具体应用动测法时, 应考虑长度、垂度、温度、阻尼器、钢绞线弹性模量、线密度以及测试频率的影响, 对计算长度予以修正才能应用于计算[4,5,6]。锚索计吨位为200 kN, 可直接测读索力。

边中跨C1扣索张拉完毕后, 采用锚索计和动测法测试索力, 其对比结果见表2。从表2中可以看出, 采用两种监测结果, 相对差值最大为7%, 最小为0.8%, 能够满足索力测试误差10%的要求。

江北侧边中跨C2基准索在张拉过程中, 基准索理论值和实测值的索力变化情况见图3。从图3可以看出, 作为控制用的基准索的理论值和实测值吻合得非常好, 为朝天门大桥斜拉扣塔系统施工提供了良好的指导作用。

3临时系杆架设中索力控制及测试

3.1 临时系杆设置

临时系杆系统由E17节点钢锚箱、锚头、系杆索三部分组成。系杆索采用ϕ15.24高强低松弛钢绞线束, 极限抗拉强度1 860 MPa, 每桁设360根钢绞线, 分8组锚固, 每组45根, 设计控制拉力为45 000 kN/桁, 安全系数大于2.0。

3.2 临时系杆施工及控制

临时系杆采取与扣索相似的分组同步对称单端张拉的施工工艺, 南岸侧为锚固端, 北岸侧为张拉端, 从上层锚头顶部的第一排钢绞线开始, 由上到下进行张拉。

每个锚固点上层锚箱的第一根钢绞线作为基准索, 上下游各设4根基准索, 安装传感器, 按基准索计算张拉力值同步对称张拉到位, 确保上下游两桁索力一致, 作为临时系杆张拉控制基准, 挂索过程中基准索的索力和索长不做调整。

单根钢绞线张拉控制按照钢绞线索力控制, 同束索内每根钢绞线索力均匀性按不大于±2.5%控制, 每束索之间索力均匀性按不大于±1.5%控制。经过分析和计算, 基准索的初始张拉力取为129.7 kN, 临时系杆每桁张力25 125 kN。 采用锚索计监测到的基准索在张拉过程中的索力见图4, 由图4可知, 临时系杆基准索理论张力和实测张力吻合较好。

单根钢绞线张拉锚固力以基准索实测索力为依据, 用理论计算值校核。

临时系杆施工过程中对钢绞线索力增长情况、单根索力均匀性、整束索索力变化、上下游两桁索力均匀性、支点位移、主结构内力及扣索索力均进行了监测监控, 监控方法与扣索一致, 实测各项指标变化均符合要求。

4结语

朝天门大桥临时结构用到了钢绞线索结构及群锚体系, 斜拉扣挂系统中单桁最多4组148根钢绞线, 单桁索力13 822 kN;临时系杆单桁最大8组360根钢绞线, 单桁索力25 125 kN。其规模在已建拱桥中为国内少见, 施工难度大。

在朝天门大桥临时索结构施工中, 采用无应力索长法控制, 采用动测法和锚索计法监测索力的变化。索力一次张拉到位, 张拉完毕后理论索力与实测索力吻合较好。朝天门大桥临时索结构的成功张拉和监测为大桥的顺利建成提供了保障, 为将来钢绞线拉索的施工及控制积累了经验。文章对大跨度钢绞线索结构的施工和控制具有借鉴意义。

注:在文章的完成过程中, 笔者引用了中交二航局朝天门大桥建设者的资料, 特此表示感谢!同时得到张国志、荀东亮等领导和同志的帮助和支持, 特此表示感谢!

参考文献

[1]颜毅.大跨度钢桁架拱桥受力特性分析[D].重庆:重庆交通大学, 2008:12-20.

[2]岳贵平.上海卢浦大桥施工临时索塔设计[J].城市道桥与防洪, 2002 (2) :13-16.

[3]秦顺全.斜拉桥安装无应力状态控制法[J].桥梁建设, 2003 (2) :31-34.

[4]王朝华, 李国蔚, 何祖发, 等.斜拉桥索力测量的影响因素分析[J].世界桥梁, 2004 (3) :64-66.

[5]陈智峰.斜拉桥索力测试的温度修正[J].山西建筑, 2007, 33 (3) :275-277.