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        連續(xù)梁橋懸臂施工掛籃局部受力狀態(tài)分析

        2011-09-04 08:25:52李建安
        鐵道建筑 2011年1期
        關(guān)鍵詞:立板掛籃主應(yīng)力

        李建安,梁 濤,楊 洋

        (陜西高速集團(tuán) 西潼改擴(kuò)建項(xiàng)目管理處,陜西 渭南 741000)

        1 掛籃構(gòu)造及特點(diǎn)

        連霍高速公路某大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,跨越電氣化鐵路主干線(隴海線),為達(dá)到橋梁施工與鐵路正常運(yùn)營(yíng)互不干擾的目標(biāo),上部結(jié)構(gòu)采用懸臂澆筑法菱形掛籃施工。菱形掛籃由主桁承重系、底籃、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及防護(hù)系統(tǒng)等部分組成,見(jiàn)圖1。

        圖1 菱形掛籃典型構(gòu)造示意

        2 掛籃局部構(gòu)造要點(diǎn)

        與一般鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相似,掛籃結(jié)構(gòu)除了整體受力應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求外,構(gòu)件的局部受力也應(yīng)滿足相關(guān)要求。在掛籃設(shè)計(jì)中,往往比較注意掛籃整體受力檢算,其安全儲(chǔ)備一般都滿足要求;而局部受力的安全儲(chǔ)備問(wèn)題往往會(huì)忽略。掛籃結(jié)構(gòu)的局部受力往往決定掛籃實(shí)際的安全性能。

        對(duì)于本橋菱形掛籃來(lái)說(shuō),其局部構(gòu)造特點(diǎn)如下:①掛籃主桁桿件采用銷接,桿端開(kāi)孔通過(guò)銷軸與節(jié)點(diǎn)板等構(gòu)件相連,桿端和節(jié)點(diǎn)板的局部構(gòu)造應(yīng)加強(qiáng),銷軸應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度;②主桁前支點(diǎn)通過(guò)滑船與軌道滑梁接觸,滑船局部構(gòu)造應(yīng)保證支點(diǎn)荷載均勻地傳遞至滑梁頂面,避免局部應(yīng)力集中;③掛籃后錨點(diǎn)通過(guò)后錨梁采用精軋螺紋粗鋼筋與箱梁頂面豎向預(yù)應(yīng)力筋連接錨固,后錨梁及主桁局部節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;④掛籃走行狀態(tài)通過(guò)反壓滾輪扣在工字形滑梁上翼緣底面,是保證掛籃走行階段抗傾覆穩(wěn)定性的關(guān)鍵構(gòu)造,滑梁翼緣強(qiáng)度及局部穩(wěn)定性應(yīng)滿足要求。

        根據(jù)本橋掛籃的受力特點(diǎn),文中采用實(shí)體有限元法分析了掛籃節(jié)點(diǎn)板和行走滑梁的局部受力狀態(tài)。

        3 掛籃局部受力分析

        3.1 主桁節(jié)點(diǎn)板局部受力

        建立實(shí)體有限元模型對(duì)主桁后錨點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的受力進(jìn)行分析。掛籃最大滿載狀態(tài),節(jié)點(diǎn)板處主桁斜桿拉力為1 354.6 kN,水平桿壓力為1 058.9 kN。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2所示,根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性,取半結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

        為了消除邊界約束條件的影響,在此僅考察節(jié)點(diǎn)立板和加強(qiáng)板的受力,圖3和圖4分別給出了其第一和第三主應(yīng)力分布??梢钥吹?,掛籃最大滿載狀態(tài),節(jié)點(diǎn)板最大主拉應(yīng)力266.2 MPa,出現(xiàn)在立板與斜桿銷軸接觸邊緣,大于Q235鋼材屈服強(qiáng)度。

        節(jié)點(diǎn)板孔壁最大主壓應(yīng)力184.4 MPa,小于Q235鋼材節(jié)點(diǎn)銷子的孔壁容許承壓應(yīng)力273 MPa,滿足要求。節(jié)點(diǎn)立板最大主壓應(yīng)力196.4 MPa,小于Q235鋼材屈服強(qiáng)度。

        圖2 主桁節(jié)點(diǎn)板實(shí)體模型

        圖3 節(jié)點(diǎn)立板和加強(qiáng)板第一主應(yīng)力

        圖4 節(jié)點(diǎn)立板和加強(qiáng)板第三主應(yīng)力

        3.2 行走滑梁局部受力

        建立實(shí)體有限元模型對(duì)行走滑梁受力進(jìn)行分析。掛籃行走狀態(tài)(見(jiàn)圖5),行走滑梁承受的最大后錨反力為101.9 kN?;荷弦砭壥┘?倍最大后錨反力,以考察保證走行穩(wěn)定系數(shù)不小于2.0的情況下,滑梁翼緣根部的應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖6所示,根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性,取半結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

        圖5 行走小車及滑梁構(gòu)造示意

        圖6 行走滑梁實(shí)體模型

        圖7 行走滑梁第一主應(yīng)力分布

        圖7給出了行走滑梁在最大后錨反力作用下的第一主應(yīng)力分布圖??梢钥吹剑鹤畈焕芰ξ恢贸霈F(xiàn)在行走小車作用的翼緣根部,其最大主拉應(yīng)力為245.2 MPa,大于Q235鋼材的屈服強(qiáng)度。設(shè)計(jì)行走滑梁采用20 mm鋼板焊接,翼緣根部角焊縫高度hf=10 mm,焊縫受力不能滿足要求。

        3.3 構(gòu)件的局部補(bǔ)強(qiáng)

        根據(jù)構(gòu)件局部分析的結(jié)果,對(duì)于局部應(yīng)力超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的應(yīng)予補(bǔ)強(qiáng),常用的補(bǔ)強(qiáng)方式有:加焊鋼板,增加鋼板有效厚度;增設(shè)加勁肋,避免薄壁構(gòu)件發(fā)生面外屈曲;對(duì)應(yīng)力集中效應(yīng)明顯處改善局部構(gòu)造;當(dāng)結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力較大時(shí),可改變構(gòu)件截面形式或更換較大規(guī)格的桿件。

        對(duì)于上述節(jié)點(diǎn)板,孔壁局部拉應(yīng)力超限,可通過(guò)在節(jié)點(diǎn)立板另一側(cè)增設(shè)加強(qiáng)板或增大加強(qiáng)板厚度的方式改善其受力;對(duì)于行走滑梁,其翼緣根部拉應(yīng)力超限,可通過(guò)加強(qiáng)焊縫施工質(zhì)量,增大焊腳尺寸的方式改善焊縫受力狀態(tài),但效果很可能是有限的,可進(jìn)一步考慮將焊接工字梁改為相近規(guī)格的型鋼工字梁,其翼緣根部受力將更易得到保證。

        4 結(jié)語(yǔ)

        由于掛籃為施工階段臨時(shí)構(gòu)件,對(duì)于部分次要構(gòu)件,當(dāng)按彈性理論進(jìn)行的局部分析應(yīng)力超過(guò)規(guī)范限值不多,且分布范圍較小時(shí),可考慮有限地利用鋼材屈服后的塑性性能,而不對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的要求。但是,對(duì)于掛籃主要受力構(gòu)件及可能影響施工安全的局部構(gòu)造,應(yīng)具有足夠安全儲(chǔ)備,不應(yīng)考慮其材料的塑性發(fā)展。

        [1]王武勤.PC橋梁懸臂灌注施工掛籃的發(fā)展[J].橋梁建設(shè),1997(4):55-57.

        [2]鐘銘,袁長(zhǎng)卿.寬體式輕型掛籃設(shè)計(jì)[J].華東公路,2002(6):24-26.

        [3]梁志華.乍嘉蘇主線橋懸臂澆筑施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2008(6):10-12.

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