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        大跨徑剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋合龍口敏感性分析

        2020-03-16 03:18:42柯鵬
        中國建筑金屬結(jié)構(gòu) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:敏感性分析合龍

        柯鵬

        【摘要】本文以某剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)橐劳泄こ?,通過對(duì)橋梁合龍全過程進(jìn)行有限元仿真計(jì)算,研究分析了橋梁中跨合龍前最大懸臂狀態(tài)下的合龍口變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等不確定因素的敏感性,確定它們之間的敏感性關(guān)系,為橋梁順利合龍?zhí)峁┝思夹g(shù)支撐,可為同類橋梁合龍施工提供參考。

        【關(guān)鍵詞】鋼桁梁橋;合龍;敏感性分析;不確定因素

        剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋是一種新型橋梁結(jié)構(gòu)形式,鑒于這種橋型在國內(nèi)應(yīng)用較少,可借鑒的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)控等方面的經(jīng)驗(yàn)少,因此往往很難準(zhǔn)確地把握此類橋梁在合龍過程中不同外界因素對(duì)其應(yīng)力及線形的干擾,所以對(duì)影響該類橋梁中跨合龍的參數(shù)進(jìn)行有效識(shí)別,并進(jìn)行敏感性分析對(duì)橋梁合龍十分必要[3]。筆者以某大跨徑剛性懸索加勁鋼桁梁為背景,通過建立大型的空間有限元仿真計(jì)算模型,系統(tǒng)研究了溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降對(duì)合龍口變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響規(guī)律,得出的結(jié)論可為今后同類橋梁合龍?zhí)峁﹨⒖肌?/p>

        1.工程依托背景

        本文以某跨徑為(135+270+135)m的剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)楣こ瘫尘?,其結(jié)構(gòu)為雙層橋面的路軌共建形式,上層為雙向六車道及兩側(cè)人行道,下層為雙線城市軌道交通,鋼桁梁采用矩形斷面,桁寬26.7m,桁高12.483m,準(zhǔn)節(jié)間長12.2m,全橋共44個(gè)節(jié)段,全長540m。橋梁中跨合龍采用“下降邊支點(diǎn)+P1墩鋼桁梁整體縱移”的方式,中跨合龍段位于11#節(jié)段,合龍前中跨側(cè)的兩臺(tái)橋面吊機(jī)均站位9#節(jié)段。由于橋梁合龍前合龍口的線形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力會(huì)受外界因素(如溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等)的影響,因此必須要對(duì)這些影響因素進(jìn)行研究分析,以確定這些參數(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的敏感性,保證橋梁順利合龍。橋梁結(jié)構(gòu)布置見圖1~圖2。

        2.結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

        通過采用Midas civil有限元軟件仿真計(jì)算來模擬實(shí)際施工過程中的不確定因素變化,模型結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)劃分及離散單元見圖3。假定各個(gè)不確定因素(溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降)之間相互獨(dú)立,每次只考慮一個(gè)因素變動(dòng),其他因素不變,由此來分析這個(gè)可變因素對(duì)橋梁合龍口變形及結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響程度,并利用數(shù)據(jù)擬合的方式確定對(duì)應(yīng)的函數(shù)變化關(guān)系,分類來比較各個(gè)不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)的敏感程度[4]。

        3.合龍口敏感性分析

        橋梁中跨合龍工況為施工階段最為關(guān)鍵的工況之一,對(duì)于鋼桁梁橋中跨合龍施工方法來說,一些敏感性參數(shù)變化(溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等)會(huì)對(duì)合龍口狀態(tài)造成影響,需要這些參數(shù)進(jìn)行敏感性分析計(jì)算,以保證橋梁順利合龍。分析時(shí),以鋼桁梁合龍口前端變形、中跨側(cè)弦桿根部應(yīng)力作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo),通過有限元模型中不同的仿真計(jì)算參數(shù)來模擬實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)作用的變化,涉及到的仿真計(jì)算參數(shù)主要有溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等。

        3.1 溫度變化

        本橋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)合龍溫度為20℃,當(dāng)合龍口線形存在偏差時(shí),可通過適當(dāng)調(diào)整實(shí)際合龍溫度對(duì)合龍口的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整,這里按升溫、降溫5℃和10℃四種情況考慮溫度變化對(duì)合龍口狀態(tài)的影響。溫度變化對(duì)合龍口狀態(tài)的影響見下表1。

        由表1可以看出:(1)溫度變化對(duì)弦桿根部應(yīng)力影響較小;(2)溫度變化與合龍口水平變形基本呈線性關(guān)系變化;(3)溫度變化對(duì)于合龍口豎向變形影響較小,對(duì)于合龍口水平變形影響較大。

        通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷:溫度變化對(duì)合龍口水平變形的敏感性較大,故針對(duì)合龍口的水平偏差,可通過改變合龍溫度的方式來調(diào)整合龍口誤差。

        3.2吊機(jī)站位

        架梁吊機(jī)自重230t,合龍前,站位9#節(jié)間,現(xiàn)場(chǎng)可通過改變吊機(jī)占位,達(dá)到改變懸臂前端合龍口線形的目的。吊機(jī)站位對(duì)合龍口狀態(tài)的影響見下表2。

        由表2可以看出:(1)吊機(jī)站位對(duì)弦桿根部應(yīng)力影響較小;(2)吊機(jī)站位對(duì)合龍口豎向、水平變形影響均較小。

        通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷:由于結(jié)構(gòu)剛度較大,吊機(jī)站位對(duì)合龍口變形的敏感性較小,故針對(duì)合龍口偏差較小時(shí),可通過改變吊機(jī)站位的方式來調(diào)整合龍口誤差。

        3.3邊支點(diǎn)升降

        邊支座采用后安裝的方式施工,因此現(xiàn)場(chǎng)可以通過改變邊支點(diǎn)高程,達(dá)到調(diào)整中跨合龍口線形的目的。這里按小里程側(cè)邊支點(diǎn)上升、下降10mm和20mm四種情況考慮其對(duì)合龍口狀態(tài)的影響。邊支點(diǎn)升降對(duì)合龍口狀態(tài)的影響見下表3。

        由表3可以看出:(1)邊支點(diǎn)升降對(duì)弦桿根部應(yīng)力影響較小;(2)邊支點(diǎn)升降與合龍口豎向變形基本呈線性關(guān)系變化;(3)邊支點(diǎn)升降對(duì)合龍口豎向變形影響較大,對(duì)于合龍口水平變形影響較小。

        通過上面的數(shù)據(jù)分析可以判斷:邊支點(diǎn)升降對(duì)合龍口豎向變形的敏感性較大,故針對(duì)合龍口的豎向偏差,可通過邊支點(diǎn)升降的方式來調(diào)整合龍口誤差。

        4.結(jié)論

        橋梁結(jié)構(gòu)施工過程復(fù)雜,在合龍前應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行敏感性分析,準(zhǔn)確把握各種不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,精準(zhǔn)地分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力及線形變化,為橋梁合龍?zhí)峁┘夹g(shù)保障。本文以某成功合龍的剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋?yàn)橐劳泄こ蹋芯糠治隽藰蛄涸谧畲髴冶蹱顟B(tài)時(shí)中跨合龍口的變形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)溫度變化、吊機(jī)站位和邊支點(diǎn)升降等因素的敏感性,并得出如下結(jié)論:

        4.1剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁橋的結(jié)構(gòu)自身剛度較大,結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)各種不確定因素的敏感性較小。

        4.2溫度變化對(duì)橋梁合龍口水平變形基本呈線性關(guān)系變化。

        4.3邊支點(diǎn)升降對(duì)橋梁合龍口豎向變形基本呈線性形關(guān)系變化。

        4.4溫度變化、邊支點(diǎn)升降對(duì)合龍口變形的敏感性較大,故針對(duì)合龍口存在偏差時(shí),一般可采用此方法;吊機(jī)站位對(duì)合龍口變形的敏感性較小,故針對(duì)合龍口的誤差較小時(shí),可采用此方法。

        參考文獻(xiàn)

        [1]程翔云.橋梁理論與計(jì)算[M].北京:人民交通出版社,1990.

        [2]江浩.淺談大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁的施工技術(shù)[J].智能城市,2016(12):188.

        [3]張俊光,劉永健等.剛性懸索加勁鋼桁梁橋結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào),2010(9):55-59.

        [4]孫中洋,李家龍.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋變形及應(yīng)力敏感性分析[J].公路交通技術(shù),2016(4):76-79.

        [5]王驚旻,張沫.淺談特大跨度鋼桁梁橋施工過程監(jiān)控的力學(xué)分析[J].四川建材,2017(5):113-115.

        [6]陳玉驥,伍洪澤.鋼桁梁橋縱梁和橫梁的受力分析[J].中國有色金屬學(xué)報(bào),1996(2):151-155.

        【中圖分類號(hào)】TU393.3

        【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

        【文章編號(hào)】1671-3362(2020)02-0058-03

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