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钢箱系杆拱桥顶推施工工艺及计算分析.pdf
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1、中文科技期刊数据库(全文版)工程技术 86 钢箱系杆拱桥顶推施工工艺及计算分析 夏弋伟 广东华路交通科技有限公司,广东 广州 510420 摘要:摘要:为避免桥梁施工影响桥梁下方高速的正常运行,该钢箱系杆拱桥采用顶推施工,基于该桥工程实际情况,描述了钢箱系杆拱桥顶推施工过程及重难点。文章采用 MIDAS CIVIL 对顶推过程中四种不利工况进行模拟,以分析顶推过程中钢箱系杆拱桥的受力情况,结果表明,随着顶推悬臂长度的增加,最大位移、应力也随之增大,桥梁最大悬臂时,出现最大应力和最大变形,钢箱系杆拱在四种不同工况下主梁、导粱和临时支墩均满足受力要求,结构整体抗倾覆稳定性满足要求。关键词:关键词:
2、钢箱系杆拱;顶推施工;受力分析 中图分类号:中图分类号:U445 1 概述 随着桥梁技术的发展,在施工过程中通常会遇到场地受限制的情况,传统的桥梁施工技术已经无法满足需求,所以桥梁顶推施工被广泛应用于跨线桥梁的施工,顶推法施工的优点在于对桥下的通车和通航影响较小、占地面积少、施工过程不中断以及设备模板能够反复运用。顶推施工方法是在桥头沿桥纵轴线方向将预制梁向前推出使之就位的桥梁施工方法。沿桥纵轴线方向的台后设置预制场,分阶段预制梁体,通过水平千斤顶施力,借助滑道、滑块,将梁体逐段向前顶推,就位后落梁,更换正式支座,完成桥梁施工1。常用的顶推法有拖拉式连续顶推法、多点自平衡顶推法和步履式顶推法2
3、-3。2 概况 2.1 工程概况 本工程为跨越高速公路及其匝道施工,采用步履式顶推的施工方法。本桥为下承式简支系杆拱桥,上部结构钢结构梁。拱肋可分为主拱肋、横撑等主要组成部分;桥面系分为拱梁结合段、端横梁、主梁、横梁、小纵梁等主要组成部分;拱肋与主梁之间采用吊杆进行连接。桥梁主纵梁为钢箱结构,垂直宽 1.6m,高 2.0m,系梁之间采用纵、横向钢结构连接,中横梁跨中总高为 2.186m。拱高 25.408m(拱竖直投影),面内高 25.8m,失跨比 1/5,拱肋采用钢箱拱,单条拱肋宽 1.6m,高2.0m,整体呈提篮式,内倾 10,两榀拱肋顶部对称设置 5 道箱梁风撑。根据钢箱梁的结构特点,并
4、综合考虑运输路线及现场场地、安装方案等实际因素拟定合理的施工方案,考虑长途运输因素,厂内按照现场安装分段划分进行生产制造(材料采购、材料复验、材料预处理、放样、零件下料、零件机加工、单元件制造、匹配总装、矫正、涂装、检测),拱梁结合段工厂制作分段件发现场,其余钢构件以立体分段、横梁部件及其他散件发运至现场。拱肋制造思路:将拱肋和和横撑零件采用数控切割机下料后,在厂内先制作成顶、底、腹、隔单元件,拱肋分段采用卧拼装“长线法”匹配制造。横撑分段拼装成标准分段,完成喷砂、涂装完成底漆、中间漆和第一道面漆后,发往桥位进行安装。桥面系结合梁制造思路:桥面系中的主梁、端横梁、横梁、小纵梁零件采用数控切割机
5、下料后,主梁分段和端横梁分段在厂内先制作成顶、底、腹、隔单元件,再采用侧造法“长线法”拼装匹配制造;横梁在专用胎架上做成标准工形杆件,再装焊加劲;小纵梁在专用胎架上做成标准工形杆件。在厂内完成喷砂、涂装完底漆、中间漆和第一道面漆后,发桥位进行安装。2.2 工程重难点分析(1)桥梁顶推时的竖向力及水平分力对桥墩的影响较大,且顶推设备组数较多,需要多点分散同步顶推施工。钢箱梁段拟采用单向整体多点连续顶推法施工,整套设备为一个自平衡系统,对临时墩产生较小的水平力,水平力一般在竖向力的 3%以内,此方法相中文科技期刊数据库(全文版)工程技术 87 比传统的拖拉式顶推,更加适应于临时墩基础施工难度大的项
6、目4。(2)步履式顶推设备集顶升、平推及横向调整于一体,能够进行横桥向及竖桥向的调整。在顶推施工过程中,可通过调整顺桥方向及横桥方向的位移,保证钢箱梁中线在允许范围之内。在拼装及对位过程中,可以通过操作,进行各点的微调和精调,满足拼装精度要求。(3)要严格控制桥体线形及施工。钢结构安装要同时开展的单项工程多,各工序和工艺在平面和立面上需要进行穿插施工。对钢梁安装过程,从制作、运输、安装、涂装各环节进行控制,严格按照设计要求及规范进行,并设立检查小组,加强施工过程中的数据检验。3 顶推过程分析 步履式顶推安装方案施工特点为避免在下穿道路中设置临时支架,顶推过程中可以做到随时开启及停止,施工前在西
7、侧施工场地内,主桥吊装完成后整体顶推,向前顶推 149.5m 后进行顶推落位。具体施工流程如下。(1)钢粱临时支架及施工便道设置 顶推安装工程共设置 6 组临时顶推支架和 7 组临时拼装支架,用于主桥的拼装及顶推设备的支撑点,在主跨之间共设置 5 组临时顶推支架,用于主桥顶推设备的支撑点。(2)桥面系安装 在顶推临时支架上安装顶推设备,主桥杆件采用汽车运输至工地现场,采用汽车吊单机作业,进行吊装、定位、拼装、焊接。(3)主拱安装 主拱临时支架安装,主拱分段吊装,主拱吊装、拼装、焊接完成后,将主拱临时支撑拆除并更换为顶推支撑,主桥前端安装临时导粱,导粱分段先进行接长,接长后整体吊装,主桥钢结构部
8、分全部及导粱安装完成后,焊缝探伤,合格后方可进行顶推。(4)主桥顶推施工及落梁 主桥利用主跨临时支墩分 5 次顶推,每次顶推距离为 36m、39m、21m、21m、32.5m。主桥落梁采用千斤顶进行,使主桥线型与理论线型一致,同步拆除临时支撑,最后再进行桥面铺装层施工。图 1 桥梁顶推施工过程示意图 4 计算分析 顶推过程采用“墩动梁不动”模型进行分析,其思路为:假定梁体位置不变,每一次顶推,只需要改变变换支座条件。采用有限元软件 MIDAS/CIVI 对顶推施工过程进行模拟,将顶推过程分为 4 个工况,建立如下图所示计算模型。图 2 桥梁顶推计算模型 钢箱梁的顶推过程是一个连续施工的过程,其
9、悬臂状态不断发生变化,通过对施工过程的分析,本次计算选取以下 4 种最不利工况进行计算4-6。工况 1:顶推初始状态,提篮拱安装完成后,拆除拱安装支架,设置顶推支撑,拱桥由拼装状态改为顶推状态。工况 2:最大前悬臂 39m 工况(前端最大挠度),此时导梁即将到达前端临时墩,但尚未提供支撑,前端挠度达到最大值,纵向倾覆稳定系数及临时支撑反力达到极值。工况 3:最大后悬臂 28.08m 工况(后端最大挠度),此时导梁刚好脱离临时墩,临时墩不再提供支撑,后端挠度达到最大值,纵向倾覆稳定系数及临时支撑反力达到极值。中文科技期刊数据库(全文版)工程技术 88 工况 4:顶推到位工况,落梁工况。计算各参数
10、如下所示:(1)钢梁 钢梁材质为 Q355C,板厚不大于 16mm 时,弯曲、抗压、抗拉强度设汁值为 305MPa,抗剪强度设计值为175MPa;板厚在 1640mm 时,弯曲、抗压、抗拉强度设计值为 290MPa,抗剪强度设计值为 170MPa;弹性模量为 206103MPa。(2)拼装支架、导粱 支架、导梁均为 Q235 材质,板厚不大于 16mm 时,弯曲、抗拉、抗压强度设计值为 25MPa 设计抗剪强度为 125MPa;板厚在 1640mm 时,弯曲强度、抗压、抗拉强度设计值为 205MPa 抗剪强度设计值为 120MPa;弹性模量为 206103MPa;角焊缝强度设计值为 160MP
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