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钢箱梁顶推法施工过程仿真分析

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浏览:- 发布日期:2018-02-02 13:56:56【

钢箱梁顶推法施工过程仿真分析 顶 推施工过程中主梁的受力远较采用其他 常规的施工方法要复杂 有必要对施工 过程进行准确的模拟。基于大型通用有 限元软件Ansys和Midas对顶推施工的 过程进行仿真计算,以此方法对国内某 自锚式悬索桥钢箱梁顶推施工阶段作了 仿真分析.结果表明该方法对顶推过程 进行仿真具有较好的精度和可靠性。对 其他类似工程具有一定的指导作用。 引言 随着国内城市化进程的加快 中 等跨度的桥梁越来越多,顶推法施工由 于具有众多的优点越来越多的被采用。 顶推法按施工工艺可分为单向顶推、双 向顶推、单点顶推 多点同步顶推、步 距式顶推、连续顶推、垂直加水平千斤 顶法和拉杆水平千斤顶法。顶推法同其 他施工技术相比.具有其他方法所没有 的优点。首先.桥梁上部结构的施工作 业不影响桥位现有的交通状况.适合市 内交通拥挤的主干道上桥梁施工 其 次,顶推施工每个节段顶推大约只需要 几个小时就可以完成且工作地点集中, 有利于生产作业的最佳组织.可以缩短 结构的施工工期.降低桥梁施工成本; 最后, 由于结构一个节问或几个节问是 在地面上进行焊接安装的,然后利用龙 门吊把拼装好的节间构件吊到滑道上, 所以施工作业最为安全。 随着现代计算机和电子监测技术 的应用,可实现对施工过程中针对钢箱 梁顶推施工的不同工况.借助有限元计 算软件建立连续顶推有限元模型,根据 受力不同,对特殊工况进行仿真和精细 化研究。并对施工现场的情况进行实时 监控 从而保证各受力结构的安全性, 提高施工精度。


工程简介 国内某自锚式悬索桥主桥桥型为 三跨连续半漂浮体系,采用自锚式悬索 桥钢箱梁步履式顶推进.流线型正交异性桥面板扁平 钢箱梁顶推采用单箱四室断面, 主要轮廓 尺寸为:有效全宽为41.5米,含风嘴全 宽为42.72米,其中,顶板宽度为41.5 米.设置2% 的双向横坡,底部平底板 宽度为22.0米, 两侧斜底板各宽9.75 米,桥梁中线处梁高3-2米。 钢箱梁顶推顶板采用正交异性桥面 板 厚度14毫米,在主缆锚固区局部 加强至30毫米,在顶板下顺桥向间隔 600毫米焊有U型加劲纵肋,板厚为8毫 米, 穿越横桥向3.0米间距的横梁. 组 成正交异性结构的钢桥面板。 顶推施工计算方法 顶推施工的钢箱梁顶推在体系转换之 前可以看成简支的连续梁结构,一般的 顶推施工的梁体长度都比较大.为了更 文/刘J 好地模拟顶推过程,顶推计算划分的工 况较多,若采用板壳单元或者实体单元 进行分析,单元数目会很多,计算时间 也会非常长.且计算结果均为应力输 出,难以直接输出更关注的内力, 不 便于指导设计和施工, 因此一般选取 空间线单元模型进行全桥顶推过程的 仿真计算。 项推仿真计算有两种基本形式: 梁动墩不动模型和墩动梁不动模型 如 图1所示,图中虚线表示虚单元 以三 等跨连续梁为例来说明两种模型的模拟 过程。假定该桥每跨间距相等,分节段 预制梁体 为便于描述.在图示中没有 考虑导梁。 梁动墩不动模型中各墩的坐标是 固定的 是整个模型计算坐标的参照, 可以每个工况增加所需单元,也可以开 始就建好全桥模型.并且划分好梁体单 元,在整个计算过程中单元编码是固定 的,每个工况仅仅是改变梁体单元选择 的属性,梁体节点坐标,以及梁与墩的 连接信息,独立计算每个工况.梁体的 各个单元在每一顶推工况位置和内力都 可以得到如实反映。 墩动梁不动模型中梁体的坐标是 2Ol3年第7期(4,f I-)《交通世界》


21 3 钢管混凝土系杆拱桥施工控制要点 钢管拱肋加工 钢管混凝土拱桥所用钢管采用了 卷制焊接管,卷制钢管宜在工厂进行。 在有条件的情况下应优先选用符合国家 标准系列的成品焊接管。成品管及制管 用的钢材和焊接材料等应符合设计要求 和国家现行标准的规定.具备完备的产 品合格证明。 拱肋加工的分段长度应根据材 料、工艺、运输、吊装等条件确定。 加工制作前应根据设计图的要求绘 制施工详图, 包括零件图、单元构件 图、节的单元图及组焊、拼装工艺流 程图等。加工前应按半跨拱肋进行 1:1精确放样,注意温度和焊接变形 的影响.并精确确定合龙节段的尺 寸,直接取样下料和加工。 弯管应采用加热顶压方式.加热 温度不得超过8OO。C。钢管对接端头 应校圆, 失圆度不宜大于钢管外径的 0.003倍。钢管的对接环焊缝应采用V 型坡口焊。两条对接环焊缝的间距应 符合设计要求.设计无规定时,直缝 焊接管不小于管的直径、螺旋焊接管 不小于3m 。对接径向偏差不得超过 壁厚的0.2倍。为减少运输及安装过 程中对口处的失圆变形,在该处适当 加设了内支撑。 拱肋节段焊接必须与母材等强度 焊接。所有焊缝均应按规定进行强度和 外观检查 要求主拱和风撑焊缝及其相 互联系的焊缝达到一级焊缝标准,钢筋 文/王万福 和拱肋钢管连接焊缝达到二级焊缝标 准。所有钢板焊缝应1 O0%进行超声波 探伤。 在钢管拱肋加工过程中.应注意 设置混凝土压注孔,防倒流截止阀、排 气子L及扣点、吊点节点板。对压注混凝 土过程中易产生局部变形的结构部位设 置内拉杆加强。 钢管拱肋节段形成后,应按设计 要求进行长效防护处理 其防护处理 程序为:在钢管表面喷丸除锈露出金 属本色,然后喷锌防腐。喷锌层厚度 应不小于设计,表面应均匀,颜色一 致,不得有流挂、滴瘤或多余结块. 且表面不得有露铁、擦痕等缺陷。喷 锌层完成后,对钢管表面涂装油漆, 划分为382个单元,共计393个节点。 结构计算模型图


2.仿真计算流程图如 图3所示。 根据《公路钢结构桥涵设计规 范》 (JTJ025-86) 顶推施工过程 中.钢箱梁顶推需要验算应力状态和挠度。 本文设计包含了主梁施工过程中关键阶 段的应力、内力以及挠度状态。需要说 明的是.鉴于此的实际情况在计算机仿 真时所选取的工况未考虑临时墩变形对 顶推施工的影响。 钢梁顶推施工仿真结果 钢梁顶推施工长度为6m , 总共 需要顶推61 次. 得出以下结果. 部 分结果图如图4、5所示。得出如下主 要结论: 压应力为65_7MPa。 钢主梁在顶推施工过程中拉力是 在变化的.可能出现的最大拉应力为 54.OMPa.最大压应力为77.6Mpa (2)钢主梁在顶推过程中挠度变 化,最大挠度为43.2mm 位置为7Om 跨中间; (3)钢主梁在顶推过程中最大正弯 矩为51025.9kN·m,最大负弯矩 为97906.8kN·m; (4)钢主梁在顶推过程中上缘应力 的变化 最大拉应力为45.7MPa.最大 压应力为23。8MPa; (5)钢主梁在顶推过程中下缘应力 的变化,最大拉应力为34.2MPa,最大 结论 采用顶推法施工的桥梁,顶推过 程中梁体各截面的内力和位移均处于不 断变化的过程中。本文主要采用有限元 软件ANSYS和MlDAS.对国内某自锚 式悬索桥主梁的顶推施工过程进行仿真 分析, 找出在施工过程中,主梁可能 出现的危险点, 以便于在实际施工中 对主梁进行实施有目的、有根据的施 工控制,精度较高.达到仿真分析的 目的. 其方法可以为广大工程人员所 借鉴。 作者单位:保定申成路桥有限责任公司 2013年第7期( 肚)《交通世界》21 5


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