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摘要：金家畈大橋?yàn)?跨32.7m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，采用滿堂架施工。為保證支架的整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性和變形，施工中進(jìn)行了施工控制仿真分析。...

連續(xù)梁滿堂架施工控制仿真分析研究

武肖福  胡  斌  王維朋

(西南交通大學(xué)，四川成都610013)

    全橋結(jié)構(gòu)仿真分析能準(zhǔn)確地模擬實(shí)際構(gòu)件的空問位置、尺寸、材料特性、連接形式、荷載作用、初始內(nèi)力和初始變形等，因此可得到相對(duì)詳盡、精確和可靠的分析結(jié)果。

    大型橋梁在施工過程中，由于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，使得傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析方法往往無法準(zhǔn)確地描述結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。而采用結(jié)構(gòu)仿真分析則能夠比較真實(shí)地模擬施工各工況下的幾何模型，支撐和約束條件，以及由于溫度變化、支座沉降和預(yù)應(yīng)力損失等產(chǎn)生的荷載，得到橋梁在施工各階段的結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力、應(yīng)力狀態(tài)，為橋梁施工控制提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。本文試圖采用仿真分析方法研究連續(xù)箱梁橋滿堂架的施工過程。

圖1  支架斷面圖

1.橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)及支架布置

    金家畈大橋是合肥至武漢段內(nèi)高速鐵路上的一座預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁橋，梁體為單箱單室斜腹板、等高度、等截面結(jié)構(gòu)。跨度為32.0m+4×32.7 m+32.0m．全長(zhǎng)196.0m。支點(diǎn)及跨中梁高均為3.0m。箱梁頂寬13.4m，箱梁底寬5.68m，頂板厚度除梁端及中隔墻附近處外均為34cm，底板厚度30cm，腹板厚度50～80cm，按折線變化。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)處共設(shè)7個(gè)橫隔板。

    支架布置：采用滿布鋼管支架逐孔現(xiàn)澆的方法施工。鋼管支架支承于經(jīng)過處理的地基上，采用碗扣式鋼管支架。支架由立桿、橫桿、斜桿及上托、下支座等附件組成，規(guī)格采用弘8×3.5，鋼管布置兩跨箱梁的支架可同時(shí)搭設(shè)。

    立桿：采用2.4m與1.8m及2.4m與3.0m二種不同規(guī)格的立桿交錯(cuò)布置。

    腹板下按30×90cm布置。

    底板下按60×90cm布置。

    翼板下按60×90cm布置。

    底板下鋼管按ll.4m配置，

    翼板下鋼管按13.8m配置，鋼管頂采用U形上托，鋼管底采用可調(diào)支座，上下可調(diào)范圍均為60cm。

    橫桿：步距采用1.2m，底板下ll層，翼板下13層。

    剪刀撐：為增加框架的穩(wěn)定性，縱橫向均每隔兩排設(shè)置一道剪刀撐，剪刀撐采用Φ48×3.5扣件式鋼管搭設(shè)(具體見圖l、圖2)。

圖2支架平面圖

2.仿真模型

    金家畈大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力連續(xù)簡(jiǎn)支梁橋，采用逐跨澆筑的方式進(jìn)行澆筑施工。施工共分為6個(gè)階段。本文采用結(jié)構(gòu)有限元軟件ANSYS對(duì)全橋施工過程進(jìn)行仿真分析研究。箱梁結(jié)構(gòu)體系采用三維實(shí)體模型，支架采用桿系處理，建立的是三維實(shí)體模型，且沒有考慮普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力損失的影響。模型圖與上面實(shí)際設(shè)計(jì)圖一樣。

3.結(jié)果分析

    橋梁施工過程中比較重要的控制參數(shù)是支架的變形、穩(wěn)定系數(shù)以及失穩(wěn)狀態(tài)。在混凝土凝固前，梁體的重力主要由支架承受；隨著混凝土強(qiáng)度的增加，受力逐漸向兩邊橋墩轉(zhuǎn)移，直到混凝土強(qiáng)度不再提高。預(yù)應(yīng)力加載后各支架的變形和受力也有很大的變化，梁體的重力完全由橋墩和其附近支架承受，梁跨中出現(xiàn)上拱。因此結(jié)構(gòu)的仿真分析需要得到各施工階段混凝土凝固初凝前，完全凝固后以及預(yù)應(yīng)力加載后的變形數(shù)據(jù)、穩(wěn)定系數(shù)以及失穩(wěn)狀態(tài)圖。

    因各施工段長(zhǎng)度和支架布置一樣，所以在預(yù)應(yīng)力加載前各跨支架的受力變形幾乎一致，圖3就是代表各跨混凝土凝固前后的支架變形圖。從圖中可以看出混凝土凝固前跨中支架受力最大，跨邊受力最小；混凝土完全凝固后跨中受力最小，而橋墩受力增大，靠近橋墩處支架受力最大。這與理論相一致。圖中支架最大變形值l.2mm，小于支架變形設(shè)計(jì)值2mm，支架處于安全狀態(tài)。

圖3  凝固前后支架受力對(duì)比

    由理論分析和計(jì)算得知，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，支架受力很不均勻，跨中不受力，跨邊受力比預(yù)應(yīng)力張拉前大的多，最有可能發(fā)生失穩(wěn)。圖4表示第二跨預(yù)應(yīng)力張拉完成后失穩(wěn)的局部放大圖。

圖4失穩(wěn)局部放大圖

    從圖4和計(jì)算結(jié)果可得，各跨支架的穩(wěn)定系數(shù)在2—4之間，與支架的安全系數(shù)設(shè)計(jì)值3很接近，處于安全狀態(tài)。失穩(wěn)狀態(tài)最可能發(fā)在橋  墩橫向兩邊。

4.結(jié)論

    (1)有限元軟件ANSYS的計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)值基本吻合，滿足工程施工要求。也印證了有限元軟件仿真的準(zhǔn)確性和正確性。

    (2)從變形和支架失穩(wěn)分析可得金家畈大橋支架的布置比較合理，有足夠的安全系數(shù)保證支架的穩(wěn)定，且沒有造成支架的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn):

[1]鄭凱鋒．橋梁結(jié)構(gòu)仿真分析技術(shù)研究[J]．橋梁建設(shè)，l998(2)： 10—l5．

[2]徐君蘭．大跨度橋梁施工控制[M]．北京：人民交通出版社2000．69—72

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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