百米雙肢薄壁高墩施工階段的穩(wěn)定性分析

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1、總第12期百米雙肢薄壁高墩施工階段的穩(wěn)定性分析39百米雙肢薄壁高墩施工階段的穩(wěn)定性分析魏劍峰。(1．中鐵大橋局集團(tuán)武漢橋梁科學(xué)研究院有限公司，湖北武漢430034；2．橋梁結(jié)構(gòu)安全與健康湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430034)摘要：城川河特大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為(70+4×132+也沒(méi)有可供參考的各類(lèi)荷載作用下穩(wěn)定分析的方70)m預(yù)應(yīng)力箱形梁連續(xù)剛構(gòu)，主墩設(shè)計(jì)為空心薄壁雙肢法，一般采用建立實(shí)體模型，然后采用有限元模型分墩，最高墩(5號(hào)墩)墩身高度達(dá)113．575rn。為確保在主梁析軟件進(jìn)行計(jì)算及分析。施工

2、階段高墩的安全性，建立了雙肢薄壁高墩有限元模型，本文以在建山西省霍州至永和關(guān)高速公路隰采用有限元分析軟件MIDAS對(duì)高墩在主梁施工過(guò)程中的縣段城川河特大橋?yàn)楸尘肮こ?，建立有限元模型，穩(wěn)定性進(jìn)行分析，給出相應(yīng)屈曲模態(tài)，分析了易發(fā)生失穩(wěn)的對(duì)城川河特大橋主梁施工階段高墩的穩(wěn)定性進(jìn)行最大懸臂階段薄壁墩的受力特點(diǎn)。研究結(jié)果表明，在施工荷了分析。載及相關(guān)荷載作用下，該橋橋墩的穩(wěn)定系數(shù)都大于7，滿(mǎn)足規(guī)范要求。關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；橋墩；主梁施工階段；穩(wěn)定性；有2工程概況限元法城川河特大橋?yàn)槿€(xiàn)控制性工程，跨徑布置為(

3、3×40)m+(70+4×132+70)m+(3×40+3×1引言30)m，橋梁全長(zhǎng)1005．5rfl，主橋上部結(jié)構(gòu)為(70+雙肢薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋由于施工便捷并且經(jīng)4×l32-970)m預(yù)應(yīng)力箱形梁連續(xù)剛構(gòu)(圖1)，主濟(jì)效益突出，在國(guó)內(nèi)、外一系列中等跨度橋梁中被廣梁采用掛籃懸臂澆筑施工，懸臂澆筑節(jié)段共15個(gè)。泛采用ll1]。但這種高墩結(jié)構(gòu)橋墩的長(zhǎng)細(xì)比一般較主橋主墩采用單箱截面空心薄壁雙肢墩，截面尺寸大，其在主梁懸臂施工階段的穩(wěn)定問(wèn)題非常突出。為6．0mX3．0rn，墩身最高為l13．575ml引橋下

4、一般高墩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由穩(wěn)定來(lái)控制而不是傳統(tǒng)的強(qiáng)部結(jié)構(gòu)為等截面空心薄壁墩和雙柱式墩，等截面空度控制[2]。分析現(xiàn)階段的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋心薄壁墩截面尺寸為5．5rn×3．0m，雙柱式墩有的高橋墩穩(wěn)定性沒(méi)有完善的統(tǒng)一解答，國(guó)內(nèi)、外規(guī)范1．8m和2．0m兩種直徑。霍州永和關(guān)7000．哥圖1城川河特大橋主橋整體布置示意收稿日期：2013一O8—29作者簡(jiǎn)介：魏劍峰(1986一)，男，助理工程師，2009年畢業(yè)于江南大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，2011年畢業(yè)于西南交通大學(xué)建筑與土木工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士。40橋梁

5、檢測(cè)與加固3穩(wěn)定性分析3．1計(jì)算模型連續(xù)剛構(gòu)橋的非線(xiàn)性穩(wěn)定性系數(shù)最小值在相關(guān)規(guī)范并沒(méi)有完善地給出，現(xiàn)有規(guī)范給出的建議值為4～5I3“]，但這是針對(duì)線(xiàn)彈性穩(wěn)定性系數(shù)。因此為便于計(jì)算結(jié)果按規(guī)范評(píng)判，對(duì)于城川河特大橋的高墩穩(wěn)定性分析主要求解線(xiàn)彈性的穩(wěn)定系數(shù)。采用梁?jiǎn)卧⒔Y(jié)構(gòu)縱向計(jì)算模型，共228個(gè)單元。模型的邊界條件與施工過(guò)程一致。縱向計(jì)算圖35號(hào)墩懸臂澆筑1階屈曲模態(tài)(最大懸臂階段)模型見(jiàn)圖2。計(jì)算采用以下假定：主梁為全預(yù)應(yīng)力從T構(gòu)各個(gè)施工階段計(jì)算分析結(jié)果可以看出，構(gòu)件，不考慮普通鋼筋參與結(jié)構(gòu)受力；不考

6、慮橫向和各個(gè)階段高墩的線(xiàn)彈性穩(wěn)定性系數(shù)基本上都滿(mǎn)足相豎向預(yù)應(yīng)力。關(guān)規(guī)范要求。隨著T構(gòu)懸臂階段的延長(zhǎng)，穩(wěn)定系數(shù)從17降至7，其中最容易失穩(wěn)的最大懸臂階段，其穩(wěn)定系數(shù)也達(dá)到了7，滿(mǎn)足相關(guān)要求。但是在施工過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)，不得隨意增加不平衡荷載。參考《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG／TD60—01—2004)l5，根據(jù)全國(guó)基本風(fēng)速值和基本風(fēng)速分布圖，取5O年重現(xiàn)期基本風(fēng)速值25m／s，對(duì)其最大懸圖2計(jì)算模型臂階段進(jìn)行風(fēng)荷載驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范要求。由T構(gòu)施工階段各個(gè)屈曲模態(tài)可知，高墩墩底3．2各階段穩(wěn)定性

7、分析結(jié)果在主梁施工階段中，懸臂階段是高墩最容易發(fā)附近最容易發(fā)生局部失穩(wěn)，施工時(shí)也需要隨時(shí)觀測(cè)、生失穩(wěn)的階段，必須對(duì)各施工階段的T構(gòu)進(jìn)行整體定期檢查來(lái)避免發(fā)生失穩(wěn)事故[6]。穩(wěn)定性分析。本文給出最高墩5號(hào)墩(113．575m)T構(gòu)穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果(表1)，限于篇幅本文只4建議給出1階屈曲模態(tài)(圖3)。基于本文分析，以保證高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋表15號(hào)墩懸臂階段各施工階段穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果懸臂施工過(guò)程中的穩(wěn)定性為主要目的，對(duì)高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過(guò)程提出以下建議。(1)在高墩大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過(guò)程中

8、，首先應(yīng)避開(kāi)雷雨大風(fēng)等惡劣天氣進(jìn)行長(zhǎng)懸臂施工，這是穩(wěn)定安全的首要措施。(2)薄壁空心高墩墩身柔度大，在施工中受到日照引起的溫差、風(fēng)荷載、機(jī)械振動(dòng)以及施工偏載的影響，墩身軸線(xiàn)會(huì)發(fā)生彎曲和偏移，在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下使高墩處于偏心受壓狀態(tài)，會(huì)降低高墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。故應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高墩軸線(xiàn)垂直度的施工監(jiān)控，以防止其出現(xiàn)偏斜、彎曲等幾何缺陷。(3)施工中采取一些臨時(shí)措施，以利于抗風(fēng)：①當(dāng)主梁處于懸臂施工狀態(tài)時(shí)，為了保證高墩的穩(wěn)定性，要求在高墩墩頂橫橋向兩側(cè)張拉纜索來(lái)加強(qiáng)