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石家庄市和平路跨铁路曲线连续钢箱梁墩顶转体施工技术研究研究报告中铁十局济南铁路工程有限公司二零一一年三月2目次1工程概况.....................................................................................................31.1钢箱梁...............................................................................................31.2下部结构...........................................................................................32总体施工方案.............................................................................................42.1中心转盘（支座）...........................................................................42.2纵横向平衡重...................................................................................92.3稳定支腿和辅助滑道...................................................................102.4临时索塔和斜拉索.......................................................................132.5转体动力设备及设施...................................................................193转体施工工艺.......................................................................................223.1转体施工工艺流程.........................................................................223.2转体操作要点...............................................................................234转体监测数据分析.................................................................................304.1现场监测内容..................................................................................304.2现场监测技术方案..........................................................................304.3监测结果..........................................................................................3331工程概况石家庄市和平路为市区北翼东西向的一条主干道，在胜利大街西侧与京广铁路交叉，现状道路为下穿地道形式，交通拥挤，成为和平路交通的瓶颈。为了改善交通条件，设计修建和平路高架桥，同时保留现有地道。和平路高架桥上跨京广铁路及规划铁路入地段采用2跨64.22m+64.232m连续钢箱梁，全长128.452m。1.1钢箱梁2跨64.22m+64.232m连续钢箱梁位于高架桥P84#～P86#墩，处于平曲线内:圆曲线（R=4500）53.579m，缓和曲线81m，E=0.729m。P84#～P85#跨越机务段分叉线2股，石德下行线，京广上、下行线，石太下行线，大厂线共7股铁路线（见图1）。钢箱梁为单箱多室结构，单箱顶宽25.5m，底宽18.2～18.916m，翼缘板长1.6m，支点处梁高3m，跨中梁高2.5m（h/L=1/25.4）梁底按折线布置，自中支点向两侧边支点9.5m范围内直线变化；桥面横坡自单向坡3%变化至双向坡1.5%，按计算要求设置预拱度。钢箱梁顶板为正交异性桥面板，厚度14～16mm，在中墩顶局部加厚至28mm。车行道顶板U型加劲肋板厚度8mm；底板厚度12～18mm，中墩顶局部加厚至28mm；腹板厚度10～20mm，在施工拉索处局部加厚。横隔板标准间距3m，一般横隔板厚8mm，中墩处加厚至32mm。1.2下部结构为了保留高架桥下通道，下部结构采用π型双柱式桥墩。立柱为2.0m×2.0m方柱，布置在原有机动车道两侧的挡墙边；盖梁采用平头盖梁，主墩（P85#）盖梁结合转体施工，中间布置成直径8.4m的混凝土圆盘（见图2）。4图285#桥墩立面示意图(单位：毫米)2总体施工方案及转体体系设计2.1总体施工方案1）转体方式：和平路高架桥上跨京广铁路及规划铁路入地段采取2跨64.22m+64.232m连续钢箱梁。为了不影响铁路行车，拟对钢箱梁采用转体法施工。在桥梁转体施工中，为了保证梁体在转动过程中的稳定，通常将转体转心（磨盘）的位置选择在承台顶面与桥墩底之间，将墩梁临时固结后使桥墩与梁同步转体到位。本工程中，为了适应工程建成后仍保留地面道路的通行要求，桥墩选择了双立柱加盖梁的π型结构，两立柱中心间距14m，跨度较大。如采用传统的转体方式，转心面积及整体体积势必非常庞大，难以设置，且影响施工期间的桥下临时交通。为此，将本桥的转体转心（转盘）位置选择在连续梁梁底与盖梁之间，即进行墩顶转体，目前这种桥梁转体方式在国内尚不多见。2）施工工艺流程：钢箱梁在既有铁路线东侧沿铁路线路方向进行预拼焊接，而后顺时针转体86°就位。具体施工工艺流程见图35四、拆除第二步支架平行铁路方向平行铁路方向三、拆除第一步支架平行铁路方向平行铁路方向一、在支架上拼装钢箱梁，安装辅助塔,施加平衡重。二、安装辅助索锚固系统，同时张拉索力，拉索初拉力悬臂侧为400t，简支侧为405t；6试转距离1六、落架，钢箱梁手力变形后，安装转体辅助支腿等转体设施。平行铁路方向平行铁路方向五、拆除第三步支架道路设计中心线七、试转1米，正式转体施工。7图3连续钢箱梁转体施工工艺流程图83）转体体系设计概述钢箱梁转体施工过程中，必须保证桥下铁路线路的安全运营，为此，铁路管理单位经论证后，对钢箱梁转体施工安全提出要求，即转体过程中必须保证结构纵向抗倾覆安全系数达到1.4以上。而钢箱梁转体时，跨越铁路一侧的悬臂段长度为54.016m，另一侧悬臂段长度为46.959m，两侧相差7.057m，存在较大的纵向不平衡力矩，因此需要设置纵向平衡重（详见2.3节），并采取其它必要措施，在减小纵向不平衡力矩的同时，提高其纵向稳定能力，确保安全系数达到要求。提高结构整体纵向稳定能力的方法是设置临时索塔和斜拉索对悬臂结构进行斜拉（详见2.4节），同时在短悬臂端设置稳定支腿及其支撑体系和辅助滑道系统（详见2.3节）。由于钢箱梁在平面上处于圆曲线加缓和曲线（R=4500m，L=53.579m，L0=81m，E=0.729m）上,故整个结构存在横桥向的扭矩作用，因此需要设置横向平衡重（详见2.3节），以减小这种扭矩作用，提高转体结构的横向稳定性。因采用墩顶转体方式，盖梁做成直径8.4m圆盘形式，故转体动力设备也考虑设置在墩顶（详见2.5节）。钢箱梁转体结构由中心转盘、平衡重、稳定支腿和辅助滑道、临时索塔和斜拉索、转体动力设备等组成（见图4）图4转体结构立面示意图(单位：米)92.2中心转盘（支座）中心转盘（支座）采用转盘与永久支座合为一体的特殊型式。下部为钢制球形中心支座，由下支座板、球面四氟板、球冠钢衬板、平面四氟板、不锈钢滑板和上支座板组成；上支座板兼作转盘的底盘，上垫平面四氟板，水平转动钢板与上支座板通过中心定位钢销限位，并用螺栓与钢箱梁底部联结（图5）。支座设计承载能力3000t。1）钢箱梁在制造厂内加工时，安装好带套筒的支座上垫板。2）在盖梁顶浇筑支座混凝土，并预埋好带螺栓套筒的支座下垫板,3）下垫板与下支座板、上垫板与上支座板均采用六角头螺栓连接。4）转体前，拆除中心转盘水平锁定装置，并拧紧竖向锁定装置。5）待转体结束后，安装水平转动限位装置，拆除竖向锁定装置，使中心转盘变为永久性支座的正常工作状态。图5中心转盘结构示意图注：1-水平转动钢板，2-上支座板，3-不锈钢滑板，4-平面四氟板105-中心定位钢销，6-球冠钢衬板，7-球面四氟板，8-下支座板9-地脚螺栓，10-竖向转动锁定装置，11-水平转动锁定装置2.3纵横向平衡重利用软件对连续钢箱梁进行实体建模，采用不同的工况进行比对分析，最终确定了合理的平衡重布置方式，计算分析过程如下：2.3.1连续钢箱梁转体施工的有限元模型石家庄市和平路高架桥2标84-86#墩连续钢箱梁转体施工的有限元模型采用ANSYS有限元软件建立。其中的连续钢箱梁和转体辅助塔采用shell单元建立，连接钢箱梁与转体辅助塔的转体施工拉索采用link单元建立。整个有限元模型共计划分单元89105个，节点78585个。其中shell单元为89103个，link单元为2个。相关模型图如图6、图7、图8、图9：图6转体施工有限元模型等视图11图7转体施工有限元模型等视图局部图8转体施工几何模型局部剖视图12图9转体施工有限元模型正视图2.3.2第一种工况：（简支端平衡配重为160t，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平衡配重为73.2吨时）表1转体施工时支座反力情况列表简支端160吨,横向配重73吨简支端160吨,横向配重73.2吨主墩反力1542.2吨1542.4吨简支端东支腿26.24吨26.43吨简支端西支腿26.73吨26.53吨合计1595吨1595.3吨2.3.3第二种工况：（简支端平衡配重为180t，转盘中心处梁顶曲线外侧横向平衡配重为73.2吨时）表2转体施工时支座反力情况列表简支端180吨,横向配重73.2吨主墩反力1543.7吨简支端东支腿35.92吨简支端西支腿35.69吨合计1615.4吨2.3.4第三种工况：（简支端平衡配重为180t，重心向曲线外侧移1.8m；转盘中心处梁顶曲线外侧横向平衡配重为28吨时）13表3转体施工时支座反力情况列表简支端180吨,重心向曲线外侧移1.8m,横向配重28吨主墩反力1497.1吨简支端东支腿36.2吨简支端西支腿36.4吨合计1570.1吨表4连续钢箱梁转体施工时支座反力情况列表汇总竖向反力简支端160吨横向73吨简支端160吨横向73.2吨简支端180吨横向73.2吨简支端180吨，重心东移1.8m，横向28吨主墩反力1542.2吨1542.4吨1543.7吨1497.1吨简支端东支腿26.24吨26.43吨35.92吨36.2吨简支端西支腿26.73吨26.53吨35.69吨36.4吨合计1595吨1595.3吨1615.4吨1570.1吨根据竖向支座反力情况可以看出，通过调整横桥向配重和前悬臂端配重的重量，使得连续钢箱梁简支端东、西两个稳定支腿处的竖向反力基本相等，反力值既能保证纵桥向的稳定性，又可以使稳定支腿和转动滑道支架满足强度和刚度要求，这种情况下进行转体施工，结构平稳、安全，对钢箱梁的转体过程和顺利就位有很大帮助。通过上述计算和结果的对比分析，最终确定的纵、横向平衡重配置方案为：1）纵向平衡重：为满足纵向抗倾覆系数1.4的设计要求，根据表4计算结果，纵向平衡重取180t，以道路中心向