馮 祁
(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)
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官廳水庫特大橋拱形鋼桁梁頂推主橋應(yīng)力控制技術(shù)
馮 祁
(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京 100055)
結(jié)合工程實例,介紹官廳水庫特大橋的頂推施工方法,重點介紹鋼桁梁頂推過程中模擬計算主橋應(yīng)力狀態(tài)一種簡單準確的檢算方法,通過對比模型,保證了方法的正確性和有效性。對鋼桁梁整體頂推中的一些問題進行反思和總結(jié),以期在其他類似工程中加以借鑒。
拱形鋼桁梁 頂推施工 應(yīng)力控制
官廳水庫特大橋是新建京張鐵路重點工程之一,其主橋跨越北京市一級水源保護區(qū)—官廳水庫庫區(qū),全長9.077 km,其中主橋為8孔110 m簡支拱形鋼桁梁橋。簡支拱形鋼桁梁計算跨度108 m,梁長109.7 m,采用上弦變高度桁式,近似拱形。主桁支點桁高11.0 m,跨中桁高19.0 m,桁寬13.8 m。橋面系采用正交異形鋼橋面板,道砟橋面,鋼橋面板上擋砟墻內(nèi)側(cè)鋪設(shè)20 cm厚混凝土道砟槽板。
本工程施工周期短,要求質(zhì)量高,且跨越一級水源保護地,經(jīng)多次方案論證及審查,考慮到縮短施工周期的同時盡量降低對庫區(qū)水源的影響,最終將施工方案確定為雙向頂推施工,即兩岸同時拼裝鋼梁向中間進行頂推施工。
2.1 北京側(cè)鋼梁架設(shè)
在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁與第3孔鋼梁,并安裝第1套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第1孔鋼梁向張家口側(cè)頂推110 m。
在拼裝支架上拼裝第2孔鋼梁,并用臨時桿件與第3孔鋼梁連接,增設(shè)第2套頂推系統(tǒng),利用2套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第2~3孔鋼梁向張家口側(cè)頂推110 m。
在拼裝支架上拼裝第1孔鋼梁,并用臨時桿件與第2孔鋼梁連接,增設(shè)第3套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第1~3孔鋼梁頂推向張家口側(cè),鋼梁就位。
2.2 張家口側(cè)鋼梁架設(shè)
在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁與第4孔鋼梁,并安裝第1套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第4孔鋼梁向北京側(cè)頂推110 m。
在拼裝支架上拼裝第5~6孔鋼梁,并用臨時桿件將第4~6孔鋼梁連為一體,增設(shè)第2套頂推系統(tǒng),利用2套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第4~6孔鋼梁向北京側(cè)頂推110 m。
在拼裝支架上拼裝第7~8孔鋼梁,并用臨時桿件將第4~8孔鋼梁連為一體,增設(shè)第3套頂推系統(tǒng),將導(dǎo)梁與第4~8孔鋼梁頂推就位。
2.3 橋面系施工
8孔鋼桁梁頂推就位后,拆除臨時桿件,完成混凝土板及橋面系施工,最后完成主橋施工(如圖1所示)。
為準確模擬主橋鋼梁在頂推施工過程中的狀態(tài),采用兩種不同的模型模擬鋼梁施工過程,分別為單桁平面模型和雙桁空間模型。結(jié)合各施工階段實際情況,對各滑塊位置處采用一般支承進行邊界條件的模擬。通過平面和空間計算,提取各個施工步驟時鋼梁桿件的內(nèi)力值,對鋼梁桿件進行強度及穩(wěn)定性驗算,從而確保頂推施工過程中鋼梁構(gòu)件的安全。
圖1 鋼桁梁頂推施工示意
圖2 鋼桁梁全頂推過程中支承情況示意
3.1 各頂推階段模擬
張家口側(cè)鋼梁頂推與架設(shè)較為復(fù)雜,以張家口側(cè)5孔鋼梁為對象進行研究,并對各頂推工況進行模擬。根據(jù)各個頂推期間滑塊的支承位置(各滑塊僅設(shè)置于鋼桁梁節(jié)點位置),模擬各期間鋼梁的支承情況,鋼梁各支承情況示意如圖2所示。計入初始頂推階段和頂推完畢階段,全頂推過程中鋼梁的支承情況共計61種。
3.2 模型計算
采用midas civil 2015建立鋼桁梁的單桁平面模型和雙桁空間模型。對于單桁平面模型,所有單元均采用梁單元進行模擬,橋面系自重荷載及上平聯(lián)自重荷載采用節(jié)點荷載方式分別加載于主桁橫梁位置及上弦節(jié)點位置。對于雙桁空間模型,主桁桿件、聯(lián)結(jié)系桿件及縱橫梁采用梁單元進行模擬,鋼橋面板采用板單元進行模擬。頂推施工中只計入主體鋼結(jié)構(gòu)、臨時連接及導(dǎo)梁的自重,道砟槽板及二恒荷載在頂推施工計算中不計入。單桁平面模型及雙桁空間模型如圖3~圖5所示。
圖3 一孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型
圖4 三孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型
圖5 五孔鋼桁梁單桁平面模型及雙桁空間模型
對模型進行有限元計算,提取各主桁桿件最大內(nèi)力及對應(yīng)工況,并根據(jù)最大內(nèi)力計算各主桁桿件強度,驗算最大應(yīng)力和穩(wěn)定驗算最大應(yīng)力(如表1~表4所示)。
表1 單桁平面模型主桁弦桿最大應(yīng)力及對應(yīng)工況
3.3 結(jié)果分析
對比單桁平面模型檢算和雙桁空間模型檢算,兩種模型檢算的最大應(yīng)力值相差不大,弦桿最大應(yīng)力差值為7.5 MPa,腹桿最大應(yīng)力差值為16.4 MPa,弦桿應(yīng)力控制工況兩計算模型相同。由于計入了面外彎矩的影響,腹桿應(yīng)力控制工況空間模型與單桁模型部分桿件對應(yīng)工況有所不同。
表4 雙桁空間模型主桁腹桿最大應(yīng)力及對應(yīng)工況
由檢算結(jié)果可知,主桁桿件在頂推過程中強度和穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。
(1)提供了一種在程序中模擬頂推施工過程中鋼梁應(yīng)力狀態(tài)的方法,方便簡單,能夠準確反映出頂推施工過程中鋼梁各桿件的內(nèi)力及應(yīng)力情況。
(2)設(shè)計中采用兩種不同的模型進行對比模擬,確保了計算結(jié)果的正確性和有效性。
(3)采用一般支承模擬滑塊支點,未能準確地模擬節(jié)點位置處桿件的實際受力情況和應(yīng)力狀態(tài),在今后的設(shè)計中可考慮加入局部有限元計算,對節(jié)點位置實際應(yīng)力狀態(tài)進行分析,保證節(jié)點強度滿足規(guī)范。
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Stress Control Technology of Guanting Reservoir Bridge (Arch Steel Truss Bridge) by Incremental Launching Construction Method
FENG Qi
2016-09-28
馮 祁(1985— ),男,2010年畢業(yè)于中南大學橋梁與隧道工程專業(yè),工學碩士,工程師。
1672-7479(2016)06-0082-03
U445.461
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