小曲线大跨度斜拉T 构转体桥横向稳定性研究

郝勇

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

1 引言

随着我国铁路事业的快速发展，路网规模快速扩大，出现了大量新建线路与既有线邻近的情况，跨既有铁路线桥梁工程数量日益增多[1]。为了减弱桥梁施工对既有线路的影响，同时保证线路交叉的安全性和经济适用性，转体桥梁的施工技术得到了越来越广泛的应用[2]。

但是，跨越繁忙干线桥梁的设计也存在一定的不足，从应用范围而言，目前实施的转体桥梁大都应用于直线和大半径弯梁桥，由于小半径连续弯梁面外存在较大的横向不平衡弯矩，在小半径弯梁中的应用还受到一定的限制[3]。

因此，本文拟针对小曲线大跨度弯梁转体桥进行设计思路探索和施工过程分析，力求在设计阶段消除其横向不平衡弯矩带来的技术风险，以期为同类型桥梁设计提供借鉴。

2 工程概况

本桥为某高速铁路跨越既有高速铁路而设，桥跨布置为100 m+100 m 预应力混凝土斜拉加劲T 形刚构，桥上为单线铁路，桥面宽度11.7 m，主梁采用悬臂浇筑后转体就位的施工方法，转体总质量18 000 t。本桥采用有砟轨道，设计速度目标值为80 km/h，平面曲线半径为600 m。本桥立面布置如图1所示。利用有限元分析软件Midas Civil 建立结构模型。模型如图2 所示。

图1 桥梁立面布置图

图2 Midas Civil 有限元模型图

3 预偏心设计

本桥设置结构预偏心法进行横向偏心消除。首先进行预偏心设计方案的比选。方案一为塔墩-上转盘偏心方案（偏心距e1），如图3 所示。此方案是将塔墩及梁部整体向曲线外侧偏移，与结构下部的上转盘产生横向偏心。方案二为单独采用梁部-塔墩偏心方案（偏心距e2），如图4 所示。此方案是将梁部向曲线外侧偏移，与塔墩和上转盘产生横向偏心。

图3 塔墩-上转盘偏心方案

图4 梁部-塔墩偏心方案

计算得出偏心设置结果如表1 所示。

表1 两种方法设置预偏心距对比表

通过计算可得，方案一需在塔墩和上转盘间设置140 cm的反向预偏心距，方案二需在梁部和塔墩间设置153 cm 的反向预偏心距，偏心距均过大，影响结构的美观性，同时有一定的技术风险。因此本桥采用方案三，即同时设置梁部-塔墩-上转盘复合偏心，以尽量规避单独采用方案一和方案二的不利因素。计算结果如表2 所示。

表2 复合偏心法设置预偏心距

基于方案三，在Midas Civil 软件中建立有限元模型，提取部分控制施工阶段的墩底弯矩，并转换到结构的转动中心进行计算。计算结果如表3 所示。

表3 施工过程结构横向偏心距

由计算结果可知，随着悬浇梁体的逐段施工，结构逐渐产生向曲线内侧的横向偏心距，并逐步抵消了设置于曲线外侧的预设偏心距，使得整体结构相对于转体中心的横向偏心逐渐减小并趋近于0。上述结果表明本桥的偏心设计结果合理。

4 施工阶段稳定性分析

在悬浇过程中，通常由球铰摩阻力和临时支撑砂箱来抵抗风力和结构不平衡弯矩，并通过在滑道间打入钢楔，限制结构转动，抵抗可能发生的不平衡风力引起的结构扭转。

当悬浇完成，梁部重量达到设计值，理论上消除了设计横向预偏心，结构相对于转动重心达到平衡。此时将砂箱拆除，拔出钢楔，结构发生体系转换。该阶段通常由球铰摩阻力和撑脚的支撑来抵抗风力和称重试验误差（一般试验结果偏差为5～15 cm）产生的不平衡弯矩[4]。

当转体完成，上下转盘封固，结构再次发生体系转换。通常由塔墩、桩基础承台等共同承受风力和称重试验误差产生的不平衡弯矩。

根据式（1）计算不同施工阶段转体桥梁横向倾覆稳定系数，即：

式中，K0为结构横向倾覆稳定安全系数；R为球铰球缺半径，m；Ny为相对于球铰中心的竖向力总和，kN；Mxf为相对于球铰中心的横风弯矩，kN•m；Mxj为相对于球铰中心的横向结构弯矩，kN•m。

计算结果如表4 所示。

表4 施工过程结构横向稳定计算表

由计算结果可知，随着悬浇施工的不断进行，结构产生的横向偏心距逐步抵消了预设偏心距，结构的横向稳定性趋于安全。横向倾覆稳定安全系数均满足规范要求。

5 结论

1）针对大跨度小曲线半径转体结构，特别是当桥梁位于站区，上跨既有线较多，宜采用设置预偏心距的偏心消除方法；调整施工顺序法不宜使用。

2）针对大跨度小曲线半径转体结构，单一的塔墩-上转盘预偏心设置方案或梁部-塔墩预偏心设置方案均需设置较大的结构预偏心距，影响结构美观性，并存在一定的技术风险。梁部-塔墩-上转盘复合设置方案可以有效减小相邻结构的偏心距，克服单一预偏心距设置方案的局限性。

3）通过对桥梁转体结构进行倾覆稳定性分析，本文详细论证了在不同施工阶段转体桥梁的受力特点，说明了结构倾覆稳定的计算方法，阐述了不同施工阶段结构横向倾覆稳定的变化趋势，为同类型工程提供借鉴。