- 文档大小:2.09 MB
- 文档格式:pdf
- 约 5页
- 2021-07-02 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
·桥涵工程·收稿日期:20160419基金项目:中国铁建股份公司科技研究开发计划项目⁃(13C13);中铁十五局集团有限公司科技研究开发计划项目(2012A3)跨线钢箱梁顶推受力全过程分析吴鸿胜(中铁十五局集团第五工程有限公司 河南洛阳 471002)摘 要 以后丁香一号桥的三跨连续钢箱梁桥为依托,基于 ABAQUS 有限元软件建立了箱梁 - 导梁精细有限元实体模型,提出了一种顶推施工全过程的分析方法,可以一次性完成对梁体顶推过程中的所有工况进行应力 - 应变状况的分析。 采用梁段模型进行局部屈曲分析,对施工过程中可能出现的局部屈曲进行了有效预测,为施工方案的确定提供了依据。 对最不利工况及截面的分析和预测,为现场的测点布置与施工检测提供了指导。 实践证明,本文提出的方法可靠,对类似工程的实施具有参考价值。关键词 钢箱梁桥 顶推施工 有限元分析 应力应变中图分类号 U445.462 文献标识码 A 文章编号 1009 4539(2016)07004805 ForceAnalysisoftheWholeProcessforIncremental LaunchingofSteel BoxGirderCrossingRailwayLine WuHongsheng (ChinaRailway15th BureauGroup5th EngineeringCo. Ltd.,LuoyangHenan471002,China)Abstract ⁃ HoudingxiangNo.1Bridgeisa3spancontinuoussteel boxgirderbridge. Themainbridgewasconstructedbyincremental launchingmethod. Inthispaper,afinefiniteelement entitymodelof ⁃ boxgirderguidegirderwasestablished basedonABAQUSfiniteelement software,andananalysismethodfor wholeconstructionprocesswasproposed,which ⁃ couldcompletetheanalysisinonetimeforall theworkingconditionsof⁃ stressstrainduringtheincremental launchingof beambody. Byadoptingthebeammodelforthelocalbucklinganalysis,thebucklingmayoccurintheconstructionprocess waseffectivelypredicted,whichcouldprovideabasisfordeterminingtheconstructionscheme. ⁃Throughanalysisandpre dictionof ⁃themostunfavorableconditionsandcrosssections,itcouldprovideguidanceforsitemeasurementandconstruc tiondetection. Practicehasprovedthatthemethodproposedinthispaperwasreliable,andithasacertainreferencevalue fortheimplementationof similarprojects. Keywords steel boxgirderbridge;incremental launchingconstruction;finiteelement ⁃analysis;stressstrain 1概述随着国民经济的高速发展,交通便利成为各地区经济发展的重要因素,在这种情况下,桥梁扮演了十分重要的角色;随着技术的进步,各种桥梁施工方法也不断发展来适应现代交通需求;面对施工、交通和环境的要求,设计者和建造者更加关心施工的成本、效率以及安全性。 顶推法桥梁施工 [1-4]的想法来源于钢桁纵向拖拉法,它用千斤顶取代了传统的卷扬机滑车组,用板式滑动装置取代滚筒,通过这种改变使施工方法得到了发展和提高。 顶推施工法是一种安全经济的施工方法,避免高空作业,使施工作业更加的安全,其设备机具能重复使用,降低施工成本,施工时对地面环境无影响,特别在有交通线穿越的区域,施工时可以不必阻断交通。 因此顶推施工在现代桥梁的施工中得到了广泛应用。 2工程概况后丁香一号桥为三跨连续钢箱梁桥 (38m+ 61m+38m)。 钢箱梁采用单箱整体式断面结构,84铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(07)·桥涵工程·标准梁高 3112.5mm,箱室底板总宽 11250mm,内侧腹板处梁高 3000mm,腹板间距 3750mm,钢箱梁腹板竖直,底板水平,顶板顶面横坡同路线横坡,钢箱梁箱内设横隔板、竖向加劲肋,纵向加劲肋等;后丁香一号桥横跨沈山上行、于马三线,施工过程中要求不能阻断地面交通;顶推施工采用步履式顶推[5]。 步履式顶推相对于传统的顶推设备具有滑动摩擦全部是在顶推设备内部进行的,临时墩不受水平载荷;顶推设备分布在各临时墩上,形成多点推进;整套设备集顶升、平移、横向调整于一体。 后丁香一号桥的中间跨的顶推设备布置在承台上,有效避免了临时墩基础的施工成本,同时在施工过程中减少了不均匀沉降的影响。 3有限元模型的建立目前桥梁设计软件普遍使用基于平面杆系的有限元软件[6]进行结构的成桥状态和施工过程分析,这些设计软件分析中使用梁单元,这导致无法准确了解结构构件的详细受力状态,特别是钢箱梁这种薄壁构件,在顶推过程中由于支承集中力对梁底的影响,很可能导致无法恢复的屈局部曲 [7-8],十分必要对桥梁进行全模型分析 [9-11]。 在顶推过程当中,移动的支承荷载达到一定程度时,将导致梁体受损。 当支承的集中荷载过大时,全桥的承载能力可能由于顶推时过大的移动集中荷载而造成损坏,导致承载力不可逆转的降低。 因此对顶推过程中桥梁的整体分析和局部分析缺一不可。 本文采用整体模型对梁体在顶推过程中的应力状况进行分析,采用梁段模型进行局部屈曲分析。后丁香一号钢箱梁桥根据设计分为 16 个箱段,建模时对各个箱段分别进行建模,如图 1 所示,顶推施工时跟随各个工况的变化进行箱段的添加。 钢导梁总长 25m,导梁前端有弧形斜面,以便顶推过程中顺利上墩。 顶推受力分析中顶推设备顶面与梁底接触,建模中把顶推设备简化成一个长方体,顶面长 2.15m,宽 0.5m,如图 2 所示。图 1后丁香一号桥顶推箱梁分段图 2梁段与导梁模型 整体顶推分为 5 个工况进行分析,如表 1 所示。每个工况分为 2 步:第一步施加重力荷载,第二步向前顶推。 顶推过程中对梁体后端及导梁前端使用参考点约束,使用参考点分布耦合在梁端及导梁前部,这种约束可以不影响梁体中性轴在弯曲过程中的偏移,更接近真实的受力情况,下部顶推设备采用长方体垫块模拟,对垫块使用刚体约束,垫块与梁体之间的接触采用法线方向“硬接触”,切向无摩擦;顶推行进的模拟采用梁不动、垫块移动,梁体后部参考点约束 X、Z 方向的平移以及 Z、Y 轴的旋转,导梁前部参考点约束 X 方向的平移以及 Z、Y 轴的旋转。表 1顶推工况工况顶推梁段顶推距离1 1~5顶推 31m2 1~8顶推 18m3 1~10顶推 27m4 1~13顶推 21m5 1~16顶推 23.02m 4顶推过程中的受力分析 4.1顶推工况分析顶推工况一:在顶推第一工况中,钢箱梁向前顶推 31m,当顶推到 14.3m 时,钢箱梁受到最大支撑反力,同时在最大反力支承处产生最大应力,最大支反力发生在最右侧垫块向右滑出,大部分梁体由 L1 垫块支承时,梁体上最大 Mises 应力为 151MPa,L1 垫块支反力共计 3960kN(支承反力指该支承处梁体两侧支承垫块上支承反力的总和),梁体最大应力及最大支反力发生位置如图 3、图 4 所示。 导梁前段最大竖向位移如图 5 所示,建模时导梁底部水平,导梁前端虽然到达 ⁃L21 号支承上,由于导梁前端为一弧面,并未与支承垫块接触,以致导梁仍然处于悬臂状态,施加重力荷载后,导梁前端竖向位移最大达到 -0.025m;顶推开始后,由于支承垫块的移动,很快与导梁底部接触,重新顶起导梁,随着顶推的进94铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(07)·桥涵工程·行,由于 L1 与 ⁃L21 支承间的梁体挠曲变形使导梁翘起,导梁前端竖向位移出现正值,当顶推到 26m 时前端竖向位移再次出现负值;当顶推到 14.3m 时出现最大 Mises 应力。图 3顶推工况一中的最大 Mises 应力图 4顶推工况中最大 Mises 应力及最大支反力发生处图 5顶推工况一的导梁前端竖向位移 顶推工况二:顶推第二工况在前一工况的基础上再次向前顶推 18m,梁段增加 6、7、8 三段,总长 68m,在顶推过程中,最大支撑反力出现在这一工况最后,最大支反力共计 4570kN,最大 Mises 应力 223.8MPa。顶推工况三:在顶推工况三中,钢箱梁梁段达 10段,总长达到 86m,向前顶推 27m,在顶推过程当中,最大支反力为 6520kN,发生在向前顶推 11.5m 处,如图6 所示,同时导梁达到最大竖向位移,为 -0.23m,如图 7 所示,这时导梁及梁体正在跨越中间最大跨径 (61m),结构悬臂状态为全桥顶推中的最不利状态。 钢箱梁中最大 Mises 应力为 368MPa,发生在向前顶推 19.9m 处,如图 8 所示。顶推工况四:在此顶推工况中,钢箱梁梁体增加 3 段,总长共计 111m,向前顶推距离为 21m,顶推过程中,从一开始顶推到顶推 0.63m 时⁃,L32 号支承处出现最大支承力,达 4825kN;继续顶推至 8.4m 时,梁体出现最大 Mises 应力,达 274MPa。导梁前端位移由正值向负值持续下降,这是由于中部梁体弯曲时,导致导梁向上翘起,随着顶推的进行,悬臂段的不断增长,使导梁前端位移下降。图 6顶推工况三中最大支反力发生处图 7顶推工况三的导梁前端竖向位移图 8顶推工况三中最大 Mises 应力发生处 顶推工况五:在这一顶推工况中,将向前顶推 23.02m,同时增加剩余 3 个梁段,使梁段总长达到 136m,在顶推到 13.24m 时,梁体出现最大 Mises应力,达 228MPa。 继续顶推至 22.16m 时⁃,L31 号支承出现最大支承反力,达到 4990kN。 导梁竖向位移的正值最高达到 0.11m,这是由于中段梁体的弯曲引起导梁翘起。各顶推过程中的最大支反力及最大 Mises 应力如表 2 所示。表 2各顶推工况中的最大支反力及最大 Mises 应力工况最大支反力反力值/kN发生位置最大 Mises 应力应力值/MPa发生位置工况一 3960向前顶推 14.3m151向前顶推 14.3m工况二 4570向前顶推 18m223向前顶推 18.0m工况三 6520向前顶推 11.5m 368.4向前顶推 19.9m工况四 4826向前顶推 0.63m 274.1向前顶推 8.4m工况五 4990向前顶推 22.1m228向前顶推 13.2m 以上施工工况受力表明,在顶推工况三中由于导梁刚接触上 ⁃L31 号支承,支承 ⁃L21 将受到最大的支承力。 这是由于导梁即将跨越中间的最大跨,导梁及部分梁体成悬臂状态,这是整个顶推过程当中最不利的状态,在支承 ⁃L22 上产生最大的支反力,但由于支承部位附近有一块横隔板,加强05铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(07)·桥涵工程·了最不利位置的承载能力,从而使梁体中的最大应力并没有发生在最大支承反力处,而是位于顶推了 19.9m 时,此时 ⁃L22 号支承垫块恰好位于两横隔板之间,钢箱梁的支承条件最弱,并且由于梁体的起拱,使支撑条件恶化,以致出现应力集中,导致钢箱梁中出现最大应力,因此必须对这一情况进行详细的局部屈曲分析,以探明钢箱梁可能受到的破坏。 4.2钢箱梁的局部屈曲分析进行屈曲分析之前,首先要进行模态分析,用以解决结构可能发生的屈曲;再把模态分析所得的结果作为缺陷因子进行后屈曲分析,预先赋予结构一个可能出现的缺陷状态,用来模拟结构在不完善状态下的受力性能。 通常设计中使用的杆系有限元单元无法进行相应的屈曲分析,实体模型也无法完全与实际工程相符,因此对薄壁结构进行屈曲分析特别重要。 这里主要分析梁体与支撑垫块之间完全接触情况下的屈曲,屈曲分析所用的局部模型 图 9屈曲分析所 使用的局部模型如图 9 所示。 选取腹板厚度最小的梁段,加载时把支承垫块设置在梁段中两块横隔板的中间,以此来模拟最不利的状况。有限元模型先进行特征值分析,在获取支承处的特征值后再进行后屈曲分析,以此查看钢箱梁在受顶推时的集中荷载时的屈曲情况。 后屈曲分析中加入由模态分析所获得的网格缺陷,这里采用壳厚 2%的网格缺陷。 在后屈曲分析中加入的荷载为全模型分析中第三工况中的最不利状况时的荷载 (6520kN),即梁体跨越中间 61m 跨时,导梁还未接触对面的支承垫块⁃,L22 号支承垫块处最大的支承反力。 在进行模态分析时对使用刚体约束的底部两支承垫块的参考点施加 100kN 的力,所得的模态如图 10 所示。图 10一阶屈曲模态 由于模态分析材料是基于弹性的,只对结构进行模态分析,凭其特征值乘以施加的荷载来判断结构的屈服情况是不准确的,因此这里将使用后屈曲来分析顶推过程中腹板的承载能力。 对使用 Q345钢的箱梁,在后屈曲计算时引入塑性参数后,其进入塑性状态时的应力为 276MPa。 后屈曲分析对底部支承垫块加载 6520kN,其应力状况如图 11 所示,最大 Mises 应力为中 345MPa,未超出 Q345 钢的许用应力,与第三顶推工况中 368.4MPa 的最大Mises 应力相比,减少了 6%,由于 345MPa 已经使钢箱梁底部进入了塑性状态,会导致结构出现不可逆转的变形,其最大变形为 5.8mm,等效塑性应变最大只有 0.55mm,表明结构在顶推过程中会发生轻微塑性应变,支承垫块对梁体不会产生危及结构安全的永久变形。图 11后屈曲分析中梁段的 Mises 应力分布 在实际施工中很难达到数值模拟的理想状态,如顶推支承的不均匀沉降将恶化梁体的受力,顶推过程中轴线的偏移使支承反力没有作用于腹板上,而是大量支承反力作用在梁体底板上,使结构受力处于极度不利的状态,所以在施工中应适时监测梁体的应力状况,随时对轴线偏差进行纠正。 对支承设备进行加强,防止顶推过程中临时落梁时设备被压曲,加大支承面积,采取预案,对应力应变出现异常时进行有效的处理,防止结构受到损坏[12]。 5结论本文提出的方法对顶推法的事先分析、施工过程模拟、施工过程监测具有重要作用。(1)目前普遍使用的基于平面杆系的桥梁设计软件,在进行结构的成桥状态和施工过程分析中使用梁单元,无法准确了解结构构件的箱梁局部受力15铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(07)·桥涵工程·状态,特别是薄壁钢箱梁在顶推过程中由于支撑对梁底的集中力的影响而导致的屈曲。 因此无法事先分析施工过程中的局部屈曲现象。(2)采用 ABAQUS 软件,提出了三维实体模型的建模方法,提出了使用参考点的约束方式、采用梁不动、垫块移动的顶推方式行进模拟。 结果表明,其建模方法、分析方法与实际情况相符。 本文提出的分析方法可直观表现顶推过程中应力、变形的变化过程,可用于施工过程的模拟与监测。(3)根据后屈曲分析,提出了顶推时支座的荷载控制法,可有效控制支座的反力,避免出现与施工方案不符的工况。参考文献 [1]RosignoliM. BridgeLaunching[M]. London:Thomas TelfordLtd,2002:142-185. [2] ⁃ ⁃ ⁃MarzoukMohamed,ElDeinHishamZein,ElSaidMoheeb. Applicationof computersimulationtoconstruction ofincrementallaunchingbridges[J]. ⁃JournalofCivilEn gineeringandManagement,2007,13(1):27-36. [3]陈天艳. 黄河路高架桥顶推施工分析及现场监测研究 [J].铁道建筑技术 ,2015(9):18-21. [4]黄峻梅. 新黄河特大桥 156m 简支钢桁梁顶推施工技术[J].铁道建筑技术 ,2014(5):64-67. [5]阎永风. 步履式顶推跨铁路钢箱梁施工技术[J].铁道建筑技术 ,2014(1):58-62. [6] ZhangYezhi,LuoRudeng. Patchloadingandimprovedmeasuresofincrementallaunchingofsteelboxgirder [J].JournalofConstructionalSteel Research,2012,68 (1):11-19. [7]RosignoliM.Thrust andguidedeviceforlaunchedbridges[J]. JournalofBridgeEngineering,2008,5(1):75-83. [8]Arici M,GranataMF. Analysisof curvedincrementally launchedboxconcretebridgesusingthetransfermatrix method[J]. BridgeStruct,2007,3(3):165-181. [9] TianyongJiang,ZhongchuTian,JinghuaXu. ⁃Keytech nologiesof ⁃wholeincrementallaunchingconstructioncontrol ⁃forinclinedcontinuousboxgirderwithsteeplongitudinal gradient[J]. AppliedMechanics andMaterials, 2012(208):2034-2039.[10]Yezhi Zhang,RudengLuo. Patchloadingandimproved measuresofincremental launchingofsteel boxgirder[J].JournalofConstructionalSteel Research,2012(68):11 -19. [11]JinfengWang,JianpingLin,ChunleiChen,etal.⁃Simula tionanalysisandcontrol researchof ⁃ ⁃longmultispancom positebridgewithincrementallaunchingconstruction[C]. Proceedingsof the11thInternational Conferenceof⁃Chi neseTransportationProfessionals,2011:3078-3090.[12] 周大兴. 顶推施工钢箱梁局部加固技术[J].铁道建筑技术 ,2013(11):1-4. (上接第 47 页)参考文献 [1]叶翰松.大跨度竖曲线钢箱梁顶推施工技术[J].铁道建筑技术 ,2014(1):27-28. [2]褚冰纯.后丁香特大桥高位落梁施工[J].北方交通, 2014(2). [3]阎永风.步履式顶推跨铁路钢箱梁施工技术[J].铁道建筑技术 ,2014(1):59. [4]高纪兵,朱浩.崇启大桥大节段钢箱梁施工技术研究∥[C]中国土木工程学会. 第十九届全国桥梁学术会议论文集:上册. 北京:人民交通出版社 ,2010:480-484. [5]周水兴,何兆益,邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社 ,2001. [6]余茂峰,余茂科,叶建龙.钢箱梁步履式多点连续顶推施工关键技术及设计要点探讨[J].公路交通技术, 2015(2):99-101. [7]郭宏伟.箱梁高位拼架落梁就位施工技术[J].铁道标准设计 ,2004(9):76. [8]陈孝姚,王昱馨,郑文杰.某旧桥改造工程高位落梁安装施工技术[J].重庆建筑 ,2010(10):8. [9]胡永生.公铁合建段公路大跨度钢箱梁施工技术[J].桥梁建设 ,2014(2):98.[10] 冶树平.公路钢箱梁高位落梁施工技术探讨[J]. 科技与企业 ,2014(15):231.[11] 邹宇,魏华,王海军.钢箱梁顶推施工过程数值模拟 [J].低温建筑技术 ,2015(1).[12] 马劲松.桥梁施工中高位落梁施工技术及安全质量措施[J].上海铁道科技 ,2011(3):85.[13] 彭波.预应力混凝土箱梁支架钢绞线法高位落梁施工技术[J].铁道标准设计,2012(7):97.25铁道建筑技术 RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016(07)
您可能关注的文档
- 阿尔及利亚175铁路项目深路堑边坡研究.pdf
- 按法国规范的泥灰岩鉴别及其在路基工程中应用.pdf
- 暗挖车站洞桩法下穿桥梁关键措施研究.pdf
- 阿尔及利亚东西高速公路M3标段边坡系统防护研究.pdf
- 饱水粉砂地层盾构穿越既有建筑群施工技术探讨.pdf
- 贝雷片联合三角悬挑支架在软基处悬臂梁施工中的应用.pdf
- 边坡加筋技术在十堰北站场坪高填方边坡工程中的应用.pdf
- 薄壁筒桩复合地基在铁路深厚软基加固中的试验研究.pdf
- 滨北线松花江公铁两用桥改建工程总体设计.pdf
- 波形钢腹板体外预应力箱梁在新密溱水路大桥中的应用.pdf
- 步履式顶推钢箱梁高位落梁技术研究.pdf
- 藏区高速复杂地质条件下古堰塞湖沉积物特征研究.pdf
- 草原地区铁路建设对环境的影响探析.pdf
- 敞开式 TBM 厚板窄间隙 MAG 焊工艺研究.pdf
- 敞开式钢管-混凝土桁架组合梁施工技术.pdf
- 敞开式TBM在软弱围岩中掘进反力保障措施.pdf
- 超大板式转换层分层施工技术.pdf
- 超大截面劲性砼结构施工技术.pdf
- 超大超重地下连续墙钢筋笼吊装设计与验算.pdf
- 超大直径泥水盾构机始发技术.pdf
- 布丁老师
- 该用户很懒,什么也没介绍