青弋江特大桥边跨现浇段支架结构分析.pdf
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1、低温建筑技术-结构工程Jun.2023 No.300DOI:10.13905/ki.dwjz.2023.6.015青弋江特大桥边跨现浇段支架结构分析ANALYSIS OF THE BRACKET STRUCTURE OF THE CAST-IN-PLACE SECTION OF THE SIDE SPANOF THE QINGYIJIANG GRAND BRIDGE石振洲(安徽省交控建设管理有限公司,合肥 230088)SHI Zhenzhou(Anhui Traffic Control Construction Management Co.,Ltd.,Hefei 230088,China)【
2、摘要】在特大型预应力混凝土连续悬浇梁桥施工阶段,工程面临边跨现浇段长度较大时,常规的托架法施工风险高,容易造成过渡墩存在偏载严重的现象。桥梁支架结构作为承载支撑体系的基础,其稳定性关系到整体桥梁的施工安全,设计强度和承载力对工程质量有较大影响。文中依托青弋江特大桥预应力悬浇梁的施工实例,运用MIDAS CIVIL软件对支架结构立柱、分配梁、横梁及联系杆受力进行了数值模拟计算。结果表明数值计算得出的支架结构各项应力均在设计强度范围之内,均符合施工要求,并在青弋江特大桥工程施工中得到应用。【关键词】边跨现浇段;支架结构;预应力悬挑梁【中图分类号】TU378.2【文献标志码】A【文章编号】1001-
3、6864(2023)6-0064-04Abstract:When the length of the side span cast-in-place section is long during the construction stage of a superlarge prestressed concrete continuous cantilever beam bridge,a significant eccentric load generates in the transitionpier under the traditional bracket method,which has
4、a high construction risk.The stability of the bridge supportstructure is correlated with the overall safety of the bridges construction,which serves as the cornerstone of the bearing support system.Engineering quality is significantly influenced by design strength and bearing capacity.The numerical
5、simulation computation is done using MIDAS CIVIL software.The prestressed cantilever casting beam ofQingyijiang Bridge is studied by the numerical simulation by using MIDAS CIVIL software,where the stress of thesupport structures column,distribution beam,beam,and connecting rod is calculated.The res
6、ults show that thestress in support structures is within the design strength range,meeting the requirements for construction of the Qingyijiang Bridge.Key words:side span cast-in-place section;support structure;prestressed cantilever beam0引言目前,我国桥梁工程建设发展迅速,其中,跨江、跨海的桥梁建设项目尤为突出。钢梁桥、预应力混凝土梁桥、T型钢结构桥是当今世
7、界桥梁建筑发展的基石。预应力混凝土梁桥已成为当今世界广泛应用的桥型,归结于优异的综合性能、刚度高、承载力大且稳定性强1。受地形复杂的限制,高桥墩需要架设在跨河大桥和山地连续刚构桥上。部分刚构桥边跨现浇段在设计阶段,采用支架法进行大跨度施工,容易加大施工风险,造成工程经济效益低。因此,边跨现浇段的支撑结构体系设计是否合理、结构是否严密、受力分析是否准确,每一环节都至关重要。支撑结构的稳定性主要受分布梁、横梁、托架梁、柱顶柱的刚度以及强度的影响。因此,支护结构的稳定性直接影响着桥梁的建设安全和工程质量。当前,国内外学者针对支架结构颇有研究。林荣光2采用ANSYS软件对东溪特大桥支座进行在各种荷载作
8、用下的变形和受力情况建模分析,研究结果可为支架设计改良提供参考。詹凯3利用Midas对程温东跨线桥支架结构进行建模,与现场实测数据进行对比,研究其稳定性和安全性;陈禹4借助Midas有限元软件对方案各构件受力进行建模分析,结果表明设计符合要求,精简了施工流程,缩短了工期;梁鹏5从建模精度的角度出发,深入研究了模型修复技术,结合3种分类方法,全面介绍了不同元模型修复方法的基础;Lu6根据试验和分析结果,提出了复合桥面板正负弯矩区域疲劳性能的设计公式,并通过与数值模拟结果对比验证其可靠性;Zhou7提出了正交异性钢桥面疲劳评估的节段模型用来计算梁桥控制截面的应力基金项目 安徽交通控股集团交通科技攻
9、关项目(JKKJ-2018-31)64和位移;Kim8认为桥梁安全性的基础保障是承载力,因此进行了有限元分析。依据现行规范9,以桥梁建设工程为研究背景,着重对边跨结构稳定性进行数值模拟分析。成果可供设计、计算和建造同类项目时参考。1工程概况桥边跨现浇段长3.4m,采用支架式结构施工,直立式支座采用承台支座的方式设置。支架结构如图1所示。立柱采用外径457mm,壁厚10mm的管状钢桩,钢管立柱顶部采用双拼I28a作为支撑梁;柱间水平距离为4.5m;横梁悬臂需加大支撑,向立柱两侧沿横桥增设双拼I28a斜托架。联系杆增设在斜托架顶部及底部对应部位设置。其中,上部联系杆为I14,下侧拉杆为I28,如图
10、2所示。在双拼I28a横梁上方设置I14和I28a纵向分配梁,托架立柱下方布设I28a纵梁。箱室范围内的间距为400mm,腹板下方采取加密布置,规格为4200mm。2计算参数选择根据规范10,支架设计需考虑如下荷载:(1)模板系统荷载:工程模板采用木模板系统,模板系统每平米集中荷载按q1=1kN/m2计算。(2)柱、横梁、分配梁荷载:施工设计按真实尺寸计算主要承重结构自重。(3)混凝土荷载:根据“条分法”原则,对各个不同位置进行分区,将腹板、箱体及梁对应的I14分配横梁施加荷载。其中,混凝土容重取值为26kN/m3。(4)临时施工荷载与机械施工荷载:临时施工荷载与机械施工荷载分别为2kN/m2
11、和2.5kN/m2。荷载值取q2=4.5kN/m2。(5)风荷载:考虑风静压荷载,按规范取值。此外关于结构参数和演算标准参考林荣光的参数。3基于数值模拟边跨现浇段支架结构稳定性分析以青弋江特大桥边跨现浇段支架结构设计实例为基础,采用MIDAS CIVIL有限元软件对其支架结构进行建模,同时,分析评价其稳定性。根据桥梁结构的承载特性,计算时,对所有构件(除模板以外)进行分区建模。建立空间直角坐标系,以桥面延伸方向为X方向,垂直于横梁方向为Y方向,模型主要采用梁单元,支架模型顶部、下部节点连接形式为刚接,在结构离散后有473个结点,462个单位。有限元模型如图3所示。3.1支架刚度验算同一高度范围
12、内,梁桥支架中部竖向位移比翼侧的大。在混凝土浇筑荷载单独作用下,最大竖向变形为11mm。数值计算结果表明最大变形出现在托架最外侧,小于L/500=5600/500=12mm,满足支架体系刚度要求,支架体系总体变形较小。3.2受力计算3.2.1立柱顶部I14(I28a)分配梁受力分析图1支架结构(单位:mm)外底模支架1.2m高护栏28a14双拼28a200180450180外底模支架1.2m高护栏模板支架1.2m高护栏双拼 28a沙筒横撑沙筒20340200133120873050150图2钢管立柱增加斜支撑托架(单位:mm)图3支架结构有限元模型(a)立体结构(b)顶部支架图4混凝土浇筑荷载
13、作用下支架竖向位移(单位:mm)最大:-1165低温建筑技术-结构工程Jun.2023 No.300I14(I28a)工字钢设置在立柱柱顶作为模板支撑的分配梁。分配梁将桥梁顶部荷载分配成多个多点集中荷载,其应力大小对桥梁结构稳定性影响很大,在考虑结构与模板自重的情况下,将动荷载加入组合计算,分配梁的应力分布如图5所示。纵梁上缘最大应力为132MPa,纵梁下缘最大压应力为132MPa,两者均小于材料设计强度190MPa。因此,顶部纵梁满足抗弯强度要求。顶部纵梁在腹板下方作加密处理,侧模下方采用I28a型工字钢,分配梁在基本荷载组合下最大剪应力为62.8MPa,小于材料抗剪设计强度110MPa。满
14、足抗剪强度要求。3.2.2立柱顶部双拼I28a横梁受力分析立柱顶部横梁采用双I28a工字钢作为模板支撑梁。除结构与模板的自重外,横梁还受到混凝土浇筑和施工荷载的作用,其应力分布如图6所示。布置在外侧及内侧的横联的最大应力分别为121.6、78.2MPa,均低于材料设计强度 190MPa,因此满足抗弯强度要求。在基本荷载组合下,梁的最大剪应力为47.1MPa,比材料的抗剪切设计强度要低。因此,双拼的I28a横梁安装在立柱顶部,符合设计要求。3.2.3支架立柱受力分析在考虑结构与模板自重的情况下,将动荷载(混凝土浇筑荷载与施工荷载)加入组合计算,支架立柱直径为457mm。在支架柱结构中增加了联系杆
15、,联系杆的主要作用应该是传递轴力,形成稳定的纵向支撑体系,使柱正截面的最大应力为45.4MPa,比设计值190MPa要小得多,达到了设计要求,如图7所示。3.2.4立柱联系杆受力分析在基础荷载组合作用下,支架顶部托架以及托架之间联系杆的应力分布情况,如图8所示。正截面最大正应力27.8MPa,远小于抗弯设计强度190MPa;顶部托架最大剪应力1.2MPa。各应力均设计强度要求。图5立柱顶部I14(I28a)分配梁分析结果(单位:MPa)最大:132.01.31976e+0021.19179e+0021.06382e+0029.35856e+0018.07888e+0016.79920e+001
16、5.51951e+0014.23983e+0012.96015e+0011.68047e+0010.00000e+000-8.78900e+000(a)纵梁上缘正应力(b)纵梁下缘正应力最大:-132.08.78900e+0000.00000e+000-1.68047e+001-2.96015e+001-4.23983e+001-5.51951e+001-6.79920e+001-8.07888e+001-9.35856e+001-1.06382e+002-1.19179e+002-1.31976e+002(c)纵梁剪应力最大:39.43.94123e+0013.24032e+0012.539
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