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原文传递大吨位平转施工拱桥的转体系统构造设计与施工技术研究

论文题名：	大吨位平转施工拱桥的转体系统构造设计与施工技术研究
关键词：	拱桥转体施工;高速铁路;抗倾覆计算;拉压杆模型;桩基承台
摘要：	拱桥转体施工是一项无支架施工技术，在特定的桥位条件下，常常带来方便施工、减少对桥下干扰以及经济合理等一系列优点。随着大跨度拱桥结构形式的多样化，传统的仅针对单跨拱肋的竖转、平转技术，也进一步拓展到适用于多跨连续拱桥的新型平转施工技术。广州丫髻沙大桥、佛山东平大桥、沪杭高铁跨沪杭高速特大桥等大跨度拱桥的建成，使平转施工桥梁的吨位与跨度记录不断刷新。然而，针对这一特殊技术，工程界仍然面临着缺少设计与施工规范，对转体系统中的球铰、抗倾覆构造、下承台等关键构造缺乏计算研究。本文以沪杭高速铁路跨沪杭高速(88.8+160+88.8)m特大跨平转施工拱桥为工程背景，系统研究了平转施工转体系统中关键构造的设计方法，并总结其整套施工技术。具体研究内容概括如下：　　(1)平转施工的球铰设计方法提出了平转施工中所使用球铰的一般设计流程，并对球铰关键参数的取值和计算公式给出建议；对混凝土球铰和钢制球铰进行三维数值模拟，结合对现有工程转体吨位、应力水平与选用材料的统计分析，提出了混凝土球铰与钢制球铰各自的适用范围，可方便同类工程借鉴；运用弹性力学知识，推导了球铰接触面应力分布的解析解，将之与简化方法对比，结果表明简化方法可以满足工程精度要求；结合应力分析和现有工程中球铰参数取值的统计，给出了不同吨位下球铰支承半径、球铰半径的取值范围；在球铰启动力矩的计算上，计算表明简化方法与解析十分接近，可以满足工程精度的要求。　　(2)平转施工的抗倾覆计算方法对桥梁平转施工的倾覆问题进行了探索性研究，指出转体过程中桥梁的倾覆形式有三种：转动倾覆、支承面边缘点倾覆及撑脚倾覆，并给出每种倾覆形式的抗倾覆力矩计算公式；研究表明，以撑脚为支点的倾覆是最危险的倾覆形式，基于转动体发生转动的几何关系分析，提出了撑脚轴力的计算公式及撑脚与环道间隙的控制方法。　　(3)一般桩基承台计算的拉压杆模型回顾了一般桩基承台拉压杆模型(Strut and Tie Model，STM)的研究现状；以两桩承台为研究对象，通过数值分析确定两桩承台拉压杆模型的关键参数，并提出了针对不同荷载作用方式的两桩承台拉压杆构形方法；对拉压杆模型在桩基承台计算中的适用范围给出了建议；提出了运用STM进行桩基承台验算的一般流程，并对一实际工程中的桩基承台进行了实例计算。　　(4)平转施工下承台计算的设计方法针对平转施工桥梁大型桩基下承台的拉压杆构形复杂、荷载边界确定困难等问题，提出了承台计算的新方法--锥形面空间拉压杆模型(Cone-shaped spatial strut and tie model，CS-STM)，该方法可解决多桩承台计算中拉压杆构形及尺寸确定难的问题。其核心思想是：以承台中心为圆心，将处于不同半径上的桩分组，形成若干构形简单的锥形面空间拉压杆模型。利用桩基反力分布随承台相对刚度变化的一般规律，计算不同锥面拉压杆模型的荷载分配比例。通过荷载分配比例由单个锥面拉压杆模型的承载力预测整体结构的承载力。　　在CS-STM计算方法的基础上，提出了平转施工下承台设计的一般流程。即，首先根据桩基布置确定承台的平面尺寸；然后根据转体重量占成桥后桥梁总重的比例初步确定承台的厚度；最后以锥形面空间拉压杆模型为计算理论进行球铰下承台的配筋及承载力验算。　　(5)平转施工关键技术以沪杭高铁上跨沪杭高速公路主跨160m、转体吨位16800t特大桥梁为工程依托，总结了大吨位平转施工拱桥转体系统的关键施工技术，可为同类桥梁的施工提供借鉴和参考。
作者：	张琪峰
专业：	土木工程；桥梁与隧道工程
导师：	王景全;刘钊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文