烏江剛構(gòu)橋懸臂施工中的位移控制

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1、烏江剛構(gòu)橋懸臂施工中的位移控制48世界橋梁2007年第2期烏江剛構(gòu)橋懸臂施工中的位移控制王國安.孟慶峰(石家莊鐵道學(xué)院土木分院,河北石家莊050043)摘要:采用有限元軟件ANSYS建立烏江剛構(gòu)橋和掛籃的有限元模型,并對(duì)施工過程進(jìn)行加載和模擬計(jì)算,得到了各種工況下梁的位移,為該橋預(yù)拱度的設(shè)置和順利合龍?zhí)峁﹨⒖?關(guān)鍵詞:剛構(gòu)橋;位移;有限元分析中圖分類號(hào):U448.23;TU3¨.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671—7767(2007)02—0048—03渝懷鐵路跨越烏江的剛構(gòu)橋全長410.65m,橋高63m.該橋主橋?yàn)?96+168+

2、96)m連續(xù)剛構(gòu)橋,為當(dāng)時(shí)我國雙線鐵路最大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋.梁體采用單箱單室變截面的箱梁,采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),并且按復(fù)線一次建成;橋梁主墩為鋼筋混凝土圓形空心墩,最高墩高達(dá)56m.由于該橋?yàn)榇罂缍鹊碾p線鐵路剛構(gòu)橋,其施工過程的控制就變得非常重要l】],而施工中的線形控制不僅關(guān)系到橋型的美觀,更關(guān)系到橋梁的受力.由于線形控制技術(shù)復(fù)雜,難度大,并且影響因素多,需要考慮到諸如掛籃彈塑性變形,掛籃及梁體自重,施加預(yù)應(yīng)力,混凝土收縮與徐變,溫度應(yīng)力,地基沉降等各個(gè)方面因素.因此準(zhǔn)確預(yù)計(jì)并及時(shí)調(diào)整施工階段的位移,關(guān)系到施工的成敗.

3、本文利用有限元軟件ANSYS對(duì)該橋位移進(jìn)行了模擬計(jì)算.l計(jì)算模型的建立常用橋梁施工軟件的分析計(jì)算過程,是將各個(gè)施工節(jié)段簡化為梁單元,施加的預(yù)應(yīng)力作為各個(gè)桿件的外力施加在各個(gè)單元上],這樣簡化后計(jì)算簡便,計(jì)算結(jié)論也能滿足要求.但是懸臂施工中,各個(gè)梁段的長度一般為3～5m,而高度也在5m以下,如仍采用傳統(tǒng)的梁單元建立計(jì)算模型,把各個(gè)梁段視作梁單元,則存在著明顯的模型誤差,計(jì)算結(jié)果的誤差會(huì)很大.同時(shí),把預(yù)應(yīng)力作為外力添加在梁單元上,而梁單元在模型中的位置是實(shí)際位置的軸線,故預(yù)應(yīng)力不能客觀反映各個(gè)梁段由于張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋而在截面上產(chǎn)生的應(yīng)力變化.

4、所以懸臂施工的模擬計(jì)算不能再采用傳統(tǒng)的梁單元來建模.對(duì)烏江剛構(gòu)橋的計(jì)算采用大型有限元通用軟件ANSYS進(jìn)行施工過程建模和結(jié)構(gòu)分析.在計(jì)算分析過程中,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下簡化:(1)結(jié)構(gòu)工作時(shí),僅考慮小位移,小變形;(2)施工過程中由于是以T構(gòu)的形式存在的,因此在計(jì)算過程中,取一半結(jié)構(gòu);(3)每一個(gè)節(jié)段視為均勻彈性體(每一個(gè)階段內(nèi)的混凝土澆筑均勻,內(nèi)部不存在缺陷),以彈性模量和泊松比表示材料的特性;(4)預(yù)應(yīng)力通過錨具作用于梁段,錨具的影響在線形計(jì)算中忽略不計(jì);(5)在懸臂施工計(jì)算模型中,將懸臂端部視為固定端約束.根據(jù)烏江剛構(gòu)橋施工過程中結(jié)構(gòu)

5、受力特點(diǎn),按84個(gè)施工工況進(jìn)行計(jì)算.澆筑一段梁端的工期按14d考慮,設(shè)計(jì)考慮的合龍順序是先合龍中跨,最后合龍邊跨.根據(jù)上述假定以及有關(guān)施工圖紙,建立了本橋的三維有限元計(jì)算模型,圖1為T構(gòu)第15節(jié)段的有限元網(wǎng)格剖分圖.對(duì)所建立的三維模型,根據(jù)ANSYS中提供的前處理功能對(duì)所建模型進(jìn)行有限元剖分,剖分過程中對(duì)箱形梁的實(shí)體部分采用了6面體的塊體單元.圖1三維模型的有限元剖分2荷載的處理在施工過程中,結(jié)構(gòu)承受的荷載有自重,預(yù)應(yīng)力,掛籃荷載,施工機(jī)具和人群荷載.自重通過定義收稿日期:2006—10—3l作者簡介:王國安(1972一),男,講師,l

6、997年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院交通土建專業(yè),工學(xué)學(xué)士,2003年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院道路與鐵道工程專業(yè),工學(xué)碩士.烏江剛構(gòu)橋懸臂施工中的位移控制王國安,孟慶峰49結(jié)構(gòu)的密度和計(jì)算時(shí)考慮重力加速度來實(shí)現(xiàn);施工機(jī)具和人群荷載重量簡化為當(dāng)前施工節(jié)段上頂面作用的均布荷載;預(yù)應(yīng)力荷載轉(zhuǎn)化為外荷載來施加,在截面上的錨具部位處通過施加外荷載來實(shí)現(xiàn).掛籃荷載的處理比較復(fù)雜,由于掛籃結(jié)構(gòu)具有明顯的空間性,掛籃的受力和變形,不僅對(duì)于掛籃自身的剛度和強(qiáng)度比較重要,而且,在懸臂施工過程控制中,對(duì)于預(yù)拱度的設(shè)置也起非常重要的作用.所以對(duì)掛籃施工時(shí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維整體

7、性分析是非常必要和重要的.對(duì)掛籃進(jìn)行三維有限元分析的關(guān)鍵是對(duì)結(jié)構(gòu)做出符合實(shí)際的模型簡化.在以往的掛籃分析中,往往是將混凝土截面分塊,分別施加在掛籃上.同時(shí)對(duì)施工人群荷載簡單地作用在節(jié)點(diǎn)上,沒有完全符合實(shí)際施工中的情況,難以體現(xiàn)實(shí)際的,具有明顯空間和整體效應(yīng)的掛籃施工時(shí)的結(jié)構(gòu).此外,結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的有限單元類型,性質(zhì)及相互之間的連接等的簡化對(duì)分析結(jié)果也將產(chǎn)生很大影響.根據(jù)對(duì)掛籃設(shè)計(jì)和施工藍(lán)圖的認(rèn)真研究,其三維有限元分析模型建立如下:(1)澆筑梁段為后張拉三向預(yù)應(yīng)力混凝土,所受內(nèi)力以壓為主,質(zhì)量占整個(gè)結(jié)構(gòu)的絕大部分.分析中采用8節(jié)點(diǎn)的三維塊體

8、單元.(2)模板在結(jié)構(gòu)中起著將混凝土的重量傳遞給掛籃的作用,質(zhì)量較小,厚度不大,分析中采用板殼單元.(3)掛籃的前,后端下橫梁以及前端上橫梁,設(shè)計(jì)中采用型鋼組合截面,主要為平面變形和受力,分析中采用二維梁單