基于顶推法的钢箱梁高位落梁技术研究
2022-04-01
来源:汇智旅游网
魏华,等:基于顶推法的钢箱梁高位落梁技术研究 基于顶推法的钢箱梁高位落梁技术研究术 魏 华 刘红钊 王子山 邹 宇 王海军 (沈阳工业大学建筑与土木工程学院,沈阳 1 10870) 摘 要:在利用即有桥墩作为顶推设备的支承平台进行顶推施工中,梁体在顶推到位后存在高位落梁的情况。由 于钢箱梁具有跨径长、质量大,对落梁技术要求高的特点,需要对落梁过程中梁体进行受力分析以避免梁体的损 坏。以后丁香三号钢箱梁桥为例,提出了一种交替式落梁工法——使用不同的设备分阶段交替式落粱。最后应用 ABAQUS有限元软件对落梁过程进行力学性能分析的结果表明:该落梁方法安全可靠,满足落梁时结构的强度和 局部稳定性等受力要求。 关键词:桥梁工程;高位落梁;钢箱梁桥;顶推工法;有限元分析 D0I:10.13206/j.gJg201702022 RESEARCH oN THE BEAM FALLING TECHNIQUE FOR STEEL BOX GIRDER BASED oN INCREMENTAL LAUNCHING CONSTRUCTIoN METHoD Wei Hua Liu Hongzhao Wang Zishan Zou Yu Wang Haijun (School ofArchitecture and Civil Engineering,Shenyang University ofTechnology,Shenyang 110870,China) ABSTRACT:Using existing pier as a supporting platform for pushing device to push the construction,there is a technical problem of high falling beam when the beam is pushed to the designated location by incremental launching.The steel box girders are of the characteristics of long-span,heavy—weight,and high requirements on the beam falling technology.In order to avoid the damage of beam,the analysis for the stress of the beam body in the process of falling beam was conducted.The paper put the Houdingxiang No.3 steel box girder bridge as an example,the alternately、falling beam method was proposed.——that was different devices would be used in phases of alternately beam falling.The application process was simulated by ABAQUS to analysis the mechanical performance during of falling beam.The results showed that the beam falling method was safe and reliable,which could satisfy the requirements of mechanical reguirement including structure strength and local stability when fell the beams. KEY WORDS:bridge engineering;high falling beam;steel box girder bridge;incremental launching construction method; finite element analysis 1 概 况 析 ,以保证结构安全。后丁香三号桥在顶推过 后丁香三号桥为四跨连续梁桥,全长208 111_跨 程中,前20段(长174 In)在顶推到位后进行高位落 梁,梁体分段情况如图2所示。本文基于ABAQUS 软件分析钢箱梁落梁过程中的受力性能。 2落梁工艺开发 径布置为(38+61 X 2+48)In,钢箱梁采用单箱整 体式断面结构,标准梁高为3 112.5 mm,箱室底板 总宽为11 250 mm,腹板间距为3 750 mm,钢箱梁腹 板竖直,底板水平,顶板顶面横坡同路线横坡¨ 。 箱梁主体均采用Q345qENH钢。钢箱梁断面如图1 所示。三号桥在施工时,由于钢箱梁处于于洪机场 后丁香三号桥钢箱梁落梁高度为21 In,分三个 阶段进行落梁。 2.1第一阶段 飞机起降航道位置,跨越铁路主干线(秦沈客运专 线),为减少铁路运营风险及搭设临时结构的时间, 采用大吨位吊车进行梁段的吊装,取消临时顶推反 1)借助步履式顶推配置设备径直落梁290 mm, 钢箱梁落于顶推设备梁段的箱型垫块上,如图3 所示 沈阳市科学技术计划项目(F13—316—1—43) 第一作者:魏华,女,1973年出生,副教授。 Email-weilower1973@alfiyun.com 力墩,将顶推设备放置于永久桥墩顶部。由于顶推 设备设置在永久墩的顶部,导致梁体在顶推到位后 存在高位落梁 。 的问题,后丁香三号桥跨径长、质 量大,落梁的过程技术要求高,为了防止在落梁的过 程中出现梁体损坏,需要对落梁过程进行受力分 收稿日期:2016—12—09 97 施工技术 f f u t』u ulu ulu一。 U U U U U U U U U t.k— U U U U U U 上 ——— 0 5 ~I 。 _∈ T T T r 1r_: l l图1钢箱梁断面 西环 =一 20 800 ‘- t yvu 3 . UUx0 。 ’ ’ i ’} qn『1×^ I i i il 1i 0nn i i i 一 i一・ 。 i1 f 盟 J7; j l8{i I1p[… … j} } j i 肿I1 1b 图2梁体分段am 9. 图3顶推设备直接落梁 图5布置松木支垫及1 800 kN千斤顶 2)拆除顶推设备上部水平滑块以及滑块四周 反力支座,用顶推设备下部顶升装置落梁510 mm钢箱梁落在56型工字钢上,如图4所示。 , 图6使用1 800 kN千斤顶落梁 2)用三向千斤顶落梁200 mlTl,落梁到 图4顶推设备下部落梁 位(图7)。 2.2第二阶段 1)拆除顶推设备,在支座垫石之间搭设3个 1 000 mm(长)×1 500 mm(宽)×1 000 mm(高)垫 墩,垫墩上放置1 800 kN单向千斤顶(高度 550 mil1),将钢箱梁顶起,油缸锁死。 图7三向千斤顶落梁 2)拆除原放置顶推设备的悬臂梁支架。 3)在箱梁永久支座上搭设落梁支垫4个,尺寸 同前。 3落梁过程分析 后丁香三号桥前20段通过顶推施工,在前20 段长(174 m)顶推完成后进行落梁,剩下的4段直 接在原顶推拼装区进行拼装,不存在落梁问题。所 以本文的落梁分析只针对前20段。前2O段在顶推 到位后,在16号墩上面产生最大的支反力,根据计 算,16号墩上的支反力达到7 270 kN,所以选取该 4)箱梁落在支座位置落梁支垫上,共落梁 100 mffl。 5)以后每次落梁150 mill,共落梁1 000 mm。 支垫布置及落梁示意见图5、图6。 2.3第三阶段 1)将1 800 kN单向千斤顶改为2 000 kN三向 千斤顶(高度200 mm)。 98 状况来分析落梁过程中梁体的受力。落梁的第一阶 段与顶推阶段的梁体临时搁置受力一样,梁体满足 钢结构2017年第2期第32卷总第218期 魏 华,等:基于顸推法的钢箱梁高位落梁技术研究 顶推受力要求,因此在落梁分析中不再分析 本文 的分析分为三步:第一步是1 800 kN单向千斤顶作 用时的受力,第二步是2 000 kN三向千斤顶作用时 的受力,第三步是支垫作用时的梁体受力。 3.1 第一步的受力分析 在落梁过程中,6个1 800 kN的千斤顶属于临 时支承,作用在类型为HGI的横隔板底部,该作用 点不属于设计的梁体支承点,作用点也不位于腹板 上,梁体此处对支承力的抵抗能力较弱,冈此需要分 力,求其前5阶特征值,求得的特征值如表l所示, 其一阶模态如图9所示,由模型的第一阶模态町以 看出:结构横隔板底部在作用荷载的情况下,横隔板 加劲较疏的地方容易发生屈曲失稳。 表1结构特征值 模态 l 2 3 特征值/10 7.27 7 28 8 29 模态 4 5 特征值/10 8,37 9 55 析该情况下梁体的受力,对于薄壁的钢箱梁结构,其 破坏特征为屈曲破坏,即结构先失稳屈服,再导致材 料破坏,若在数值分析中 进行屈曲分析,计算时将 按照理想结构进行,这对于以屈服破坏为主的钢箱 梁结构,其计算值不准确。本文将先对梁体进行模 态分析,提取特征值,再进行屈曲分析并引入网格缺 陷因子来模拟现实中的钢箱梁埔服特征。 采用有限元软件ABAQUS对局部模型进行分 析,对16号墩上的梁段进行建模,采用Shell单元, 由于梁体上部的悬挑部分在落梁分析中无影响,所 以对梁段的建模只用建立中问梁体部分;在落梁过 程中为防止千斤顶的顶帽与梁体作用时产生应力集 中而损坏梁体,在箱梁底板受力位置增设850 mill× 850 illln×20 mill的钢板,以减小箱梁底板局部应 力,该20 mm厚的钢板建模采用实体单元,同样千 斤顶也以实体单元建立,单元的网格尺寸为 9 ~阶模态 在获取结构特征值后,将进行后屈曲分析,在后 屈曲分析中,材料属性加入塑性参数,根据模态分析 所得的节点屈曲失稳位移,引人2%的网格长度作 为初始缺陷,用以扰动网格,模拟结构的失稳,往后 屈曲分析中对千斤顶的参考点施加7 270 kN的力, 分析梁体在落梁过程中受到该支承反力时的响应, 经过计算,结构中最大的Mises应力为134 MPa,出 现在与千斤顶作用的位置,如图l0所示。由于钢板 对千斤顶作用的巨大支座反力进行分散,结构r{J的 最大应力处于许用范围内,结构中的变形云图如图 20 mill×20 mm,千斤顶顶帽与钢板使用Tie连接, 钢板与梁体之间的作用采用法向硬接触,切向无摩 擦。所有的千斤顶使用刚性体约束,对控制千斤顶 的参考点施加7 270 kN的力,模拟梁体落梁时受到 的支座反力,有限元模型如图8所示 1 l所示,其最大变形为2 IIllil,由于结构仍然处于弹 性状态内,变形最大的区域为横隔板的失稳突起,梁 体底部的变形最大为1.77 mm,如图Il所示。可见 在千斤顶最大的支座反力作用下,最大的变形是横 隔板的突起。 瞪 瓣78 3 图8有限元模型 蕾o 03 由于钢板与梁底有接触,特征值的求解将使用 子空间迭代法,子空问迭代法适合于带有接触的屈 曲分析,模型约束梁段两端的6个自由度,对于使用 刚体约束的千斤顶,约束其除了竖直方向的其他5 个自由度,对其参考点在竖直方向上施加l00 N的 图10结构内部Mises应力云图 MPa 计算结果显示:后丁香三号桥在落梁过程中,当 1 800 kN单向千斤顶作用时,结构的强度和刚度均 满足受力要求。 99 沲工技术 用在 ㈨『J横隔板㈠J、『,梁体最容易发 火稳屈『抖{的 ()62 547 地方址横 板 JJl1劲较疏的地 ,til 体l从j{【l!lJ的 千斤顶卡}j埘于胁 符减少j 一个, ・阶模念r,结 ㈨ 一 859 臌 (100 卡勾横 板的l 侧邢将 t】 能f}1现一定的火稳变形,埘 于倚载施JJ Il的底饭处'l}Ij 合 的JJI1劲,使 不会发 生失稳 、结构谈念分析求得的特 (fi{U1是2昕 tX.l I1 珀伺lq 登}L,△lX.'l n/n1 表2 2 000 kN千斤顶作用时的特征值 3.2 第二步的受力分析 存落梁的第 阶段,由于梁体高度的0 断下降, 原1 800 kN干斤顶f{j丁高度高,不能 落梁后期的 狭小空问内使用,落梁后期需要埘梁体的轴线位置 等进行修 ,所以此时更换为2 000 kN的三向千斤 顶;…于住此落梁阶段,桥墩上只有4个 向千斤 顶,每个T‘斤顶给梁体横隔板带来的支座反力更大, 要保证落梁的顺利进行,需对此T况进行受力分析。 计算所用的梁体模刊与前节所用一样, 斤顶 山6个变为4个,下斤顶的作f}J位置也发生改变,模 扶取特 后 卡;{' 火稳下的 点位移情 况,对结构所川钢材引入蜊 H-:数据以及网格缺陷,对 千斤顶的控制参号点施JJl】7 270 kN的倚载,模拟梁 体存此种支承下的受力,分析 永:梁体中的最 为梁体最 在结 大Mises J ,』J为l70 MPa.比使用6个r j 。 H寸增 加了36 MPa,最大Mist ̄S /J发 的f 外侧的 个 斤顶作jIJ处, 1 14所t-j ,J、 如}鍪1 l2所示,模 埘梁体I从j端约束全部6个自由 度,通过参考点时丁斤顶施 倚载,模拟落梁时,梁 体承 作川佳r斤顶上,千斤顶与梁体作用之间没 ・构许I}J心力以内,r斤顶 梁体之间钢板} 的心力 云图 I划15所爪,J { 最大的成 为1 79 MPa,由 块20 f/li'll J7-:的钢板,刷以分散千斤顶作用处的 应力 …nj‘以秆 :{1)4板刈‘ 斤顶顶帽处的 订 力,埘T‘斤顶的控制参考点施加l00 N的力,对模 型进行卡51念分析,获取模型的特征值,1}j.利用特征分 析扶取的 点位移情况,引入2%的网格缺陷,分析 定的分散作川,减少r梁体I 的庖 集 fll 体 中的最大变形为2.14 tllnl,如 16昕,J 梁体侄 叮能的失稳状况下的受力状况 结构的一阶 模忿如 l 3所示。 。‘ 最人应力处 街臼 15 20『T1I”钢垫板J、 力云腿j 第一阶模态町以看出: ‘j 4个一向千斤顶干1 钢结构 2017年第2期第32卷总第21 8 魏 华,等:基于预推法的钒箱梁高任落梁技誉研冗 l70 MPa, 安余范围内,结构最大变形jI乏q|在梁体 梁过程rf1I' f斤顺与梁体M增JJu的20 IllIll 钢垫板能分敞千斤顶顶 带来的集r}I ,避免梁体 短=l譬 薹 蠢 底部,达2.14 IllIll,为可恢复的弹悱变形,该落梁阶 段,满足结构安个要求 局部成 过大而损坏 第一步【}I l 800 kN千斤顶 3.3 第三步的受力分析 作用于梁体rfl部横隔板底时,结构If,的最人』、 为 当使丌】1 800,2 000 kN r斤顶落梁的时候,需 134 MPa,最大变形为2 l1]n1,满足受/J 求;第二步 要把梁体临时搁置在l 000 mnl长、l 500 Illlli宽由 巾使用2 000 kN千斤顶落梁叫‘,结构的最大应力为 松木搭成的落梁支 I ,}丰i于该支承 为梁体没 1 79 MPa,最大变形为2.14 lllnl,结构 f 材料仍然处 计支承处, 该支撑处没有JJn强板,梁底仃20 mn 于j0-性状念,朱发, 局部 曲或欠稳;第二步rf】使用 厚的钢板,梁体乐载力足够,只需进i 一般分析即 松小支 临时搁置梁体时,结构rfJ最大应力为 叮,模型¨样采川J前面所用的梁段,梁底‘ 支承处的 75 MPa,结卡句中最大变形为1.5 r¨m,亦满足结构受 钢板接触,衙载f[接施加在钢板上,约束梁段两端的 力要求 6个门由度,其模型如图17所示, 4 结束语 通过埘钢箱梁离位落梁过 的仃 元分析,提 出 一种个=新的交替式高位 梁I 法 、交替式落梁 过 的数fff模拟分析 ,该1 法满址受力和局部 稳定性要求 施工实践Lj过 测 『lJJ,本文提出 的落梁I: 易于保证施工质 与发个、需用设箭少、 施工环境埸于满足,为高位落梁提供r一种可行的 乃 法 图17 有限几镁 汁博结 {l 示,梁体中最大Mises应力为 参考文献 75 MPa.如 1 8所求 、这得益于梁底钢板对支承 1] 赵秋,陈炎忠,陈友杰.中嗣连续铡衔梁轿发胜现状调查卜j分 反力的分散作川,避免荷载卣接施JJ【l 梁体底部 析f¨. 外公路,2O15(1):98—1t)2. [2 1 汪泱}刊:}fi梁桥详图设汁的特点瞍h‘泼。.I: I.业建筑,201 2. 的薄钢板卜,避免了梁体损坏。梁体}fI最大变形 42(增『{J):614—616. 为1.5 mI/l,女¨ 1 9所示。材料仍然处于弹性状 [3] 邱学良l镯速铁路简支箱梁扁位落梁没汁 施j [Jj 福建建 态,在该落梁过程【}】,结构受力满足要求,处于安 设科技.201 2(5):65—67 仝状态、 [4] 5劲松桥梁施:[巾高位落梁施1。技术l技 蟊 质疑措施 J] } 海铁道科技,201l,(3):83—85 5】 李俊祭孔箱梁现浇及落梁施1.技术研究 J I 铁道工 学 报.2003,(4):86—89,80 [6] 、厶树平公路钢箱梁高位落梁施I.技术探i fl j1科技 j 业.2014(1 5):230 231 『7 l 向焰徉运号线简支箱粱门式支架落梁施】 技术[J] ¨』阿建 筑,201 3,39(4):1 83—1 84 8] 鲍莉霞,彭振华广州市海珠桥主桥维修埘I 计[J .钢结 构,201 6,3I(1):42—44 }9]Li J r.Wang J F,(ihen C l ,rI al( rI)lllt ̄|lit。Shape Control o1 图1.477 .rrough Stt 【l1 Girde,,Composilc B ri,tgt CollSllIII。It tl by lnl rementa] IAlllnt、hing Method—J j.B ridgt Conl rll(‘lion.2014,44(4): t;0 862 l02一l06 f10]m明强,刘呲忠,林统励顶推法施I }一钢箱梁局部屈曲分析 基【jl(】()(】 f J1钢结构,20I5,30(10):98一102 [I1]张培炎桥梁顶推施工过程受力分析及关键问题研究[D]成 都:两南交通大学,2014 10l