双层钢桁梁步履式顶推反力点偏距值分析与确定.pdf
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1、犇 犗 犐:双层钢桁梁步履式顶推反力点偏距值分析与确定张科龙,周胜利,刘洋(中建三局 第一建设工程有限责任公司,湖北 武汉 )摘要:江西赣州蟠龙大桥为三塔钢桁梁矮塔斜拉桥,主梁为倒梯形断面双层钢桁梁,主塔为钢结构箱形断面、塔梁固结形式,为解决钢桁梁顶推必须节点受力的难点,采用钢桁梁节点自适应步履式顶推工艺。但钢桁梁顶推工艺设计中一般重视整体结构力学性能研究,而忽略钢桁梁节点受力性能研究。为使该工艺得到有效应用,文中采用有限元模拟技术,从各类顶推工况中找出节点最大支反力,以此为荷载输入,对节点受力性能进行研究,在保证结构安全的原则下,确定操作性强且简易的节点受力部位和形式。关键词:桥梁;斜拉桥;
2、钢桁梁;步履式顶推;临界值中图分类号:文献标志码:文章编号:()大节段提升及转移极大地提高了钢结构桥梁的施工效率。步履式顶推是顶推施工技术中较先进的工艺,能准确、有效地将箱梁顶推就位,解决传统拖拉顶推施工存在的问题。但如果钢桁梁质量大,下弦杆无法直接承受支点反力,常规的步履式顶推法不能适应钢桁梁结构受力。可在钢桁梁节点位置设置滑块,实现步履千斤顶的限压顶推。李兆峰等采用数值模拟与现场试验相结合的方法获得了钢桁梁顶推过程中关键节点结构的应力状态。在千斤顶顶升过程中,由于实际顶升位置与原定位置存在一定偏差及不完全同步顶升等施工原因,某些节点局部区域应力水平短时间内较高,在最不利施工工况下试验节点的
3、最大实测应力接近材料的屈服强度。本文在总结以往顶推工艺设计经验的基础上,分析顶推反力点偏距、反力作用板类型、反力作用面积等因素对钢桁梁下弦杆节点力学性能的影响,研究偏距临界值、腹板受力、抄垫板尺寸,为钢桁梁顶推顺利实施奠定基础。钢桁梁顶推工艺设计钢桁梁结构体系江西赣州蟠龙大桥为三塔钢桁梁矮塔斜拉桥,全长 (),跨越赣江约 河道。河道地质为薄覆盖中分化岩层,水流速度约,最大水深约,通航。双层钢桁梁最大跨径 ,钢桁梁高,结构断面为倒梯形。塔高,结构断面为矩形,外部设装饰钢板。主桥对称布置 根斜拉索,单索面。钢桁梁锚固采用叉耳式,钢塔锚固采用钢锚箱。成桥索力为 。钢桁梁沿桥梁纵向分为 个节段,主桁采
4、用片华伦桁架(三角桁,见图)。主桁上弦杆中心线横向间距为 ,下弦杆中心线横向间距为;主桁斜腹杆为空间杆件,外倾 ;桁架高度为 。上下层桥面中纵梁水平,上层桥面两侧设横坡,上层为机动车道,下层为非机动车道和人行道(见图)。下弦节点为腹杆和下弦杆交点,节点上的蝴蝶板采用整板下料,纵桥向长度为 ,采 用 钢 板,板 厚 为 、;其他腹板采用 钢板,板厚为、;底板厚度为、,保证 其整体性(见图)。步履式千斤顶作用点初步选图钢桁架结构体系图钢桁梁横断面(单位:)公路与汽运犎 犻 犵 犺 狑 犪 狔 狊犃 狌 狋 狅 犿 狅 狋 犻 狏 犲犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 狊总第 期择在节点上的
5、蝴蝶板范围内,对其偏离节点中心最大允许值进行研究。图整体式节点(未盖板)钢桁梁顶推工艺()拼装与顶推的工序转换形式。在北岸小里程侧设置 拼装区、个顶推临时墩,由小里程向大里程单向分轮顶推就位,累计顶推距离为 。第轮拼装 钢桁梁和 导梁,顶推;第轮拼装 钢桁梁,将 钢桁梁顶推;第轮拼装 钢桁梁,将 钢桁梁顶推;第轮拼装 钢桁梁,将 钢桁梁顶推 ,穿插拆除部分导梁;第轮拼装 钢桁梁,将 钢桁梁顶推,穿插拆除剩余导梁。钢塔节段放置在桥面相应位置,采用汽车吊吊装。主桥线形调整完成后落梁,穿插拆除步履式千斤顶。挂索,进行张拉,完成体系转换后,穿插拆除临时墩。()临时墩布置。全桥布置个临时墩,由小里程 往
6、 大 里 程 方 向,临 时 墩 之 间 的 跨 度 分 别 为、,其中拼装区布置个临时墩。()顶推反力点布置。临时墩上设置个支点,支点往返运动,支点固定不动,实现钢桁梁整体移动,并保证节点受力 。顶推反力点偏距值见图。图反力点布置(单位:)钢桁梁顶推工艺设计的模拟分析计算模型根据桥梁结构特点,采用 软件对顶推过程中结构强度和支点反力进行计算分析。钢桁梁桥面板采用 单元模拟,桁架及导梁采用 单元模拟,各部分装配采用共节点固结、节点耦合及接触分析等方式模拟。建立总体计算模型,顶推工况计算中根据不同工况约束位置及节段长度对模型进行修改。有限元建模中做如下假设和简化:)有限元模型中不体现护栏、工地连
7、接结构,将它们视为分布质量加载到各节点、单元上;)板件之间的焊缝及螺栓连接采用共节点或连接单元方式模拟,其截面参数由单元截面参数代替;)导梁等杆件内部的加劲板只考虑其质量因素;)桥梁所受风荷载以加速度形式加载在全桥模型上。施工荷载(见表)表施工荷载荷载名称荷载类型荷载取值钢梁自重犛 永久荷载根据设计图取值,取 (含主塔质量)导梁自重犛 永久荷载根据设计图取值,取 汽车吊荷载犛 可变荷载根据相关资料取值,取 风荷载犛 可变荷载横桥向正常工作状态下,犉 ;横桥向非工作状态下,犉 。风向上(下)吹时,正常工作状态下,犉 ;非工作状态下,犉 计算采用极限状态法,根据 建筑结构可靠性设计统一标准 确定载
8、荷组合(见表)。表载荷组合计算项目不同工况下荷载组合施工非工作状态强度、稳定性计算犛犛犛犛犛刚度计算犛犛犛犛犛注:施工极限工况为偏载情况;犛犛 犛;犛犛;犛犛;风荷载分别考虑横桥向与竖直上(下)方向。边界条件计算过程中,各顶推支点设置横向约束(犡向)年 第期张科龙,等:双层钢桁梁步履式顶推反力点偏距值分析与确定和竖向约束(犢向);钢梁无法克服摩擦力产生横向滑移,尾部顶推支点设置顺桥向约束(犣向),保证计算收敛。钢桁梁顶推工况划分根据钢桁梁顶推工艺,按顶推工况、非工作工况、敏感性工况、汽车吊行走设计 种工况进行计算(见表)。顶推工况主要考虑顶推过程的验算,非工作工况考虑最大悬臂状态下极端天气的影
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