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1、乌江刚构桥悬臂施工中的位移控制48世界桥梁2007年第2期乌江刚构桥悬臂施工中的位移控制王国安.孟庆峰(石家庄铁道学院土木分院,河北石家庄050043)摘要:采用有限元软件ANSYS建立乌江刚构桥和挂篮的有限元模型,并对施工过程进行加载和模拟计算,得到了各种工况下梁的位移,为该桥预拱度的设置和顺利合龙提供参考.关键词:刚构桥;位移;有限元分析中图分类号:U448.23;TU3¨.41文献标识码:A文章编号:1671—7767(2007)02—0048—03渝怀铁路跨越乌江的刚构桥全长410.65m,桥高63m.该桥主桥为(96+168+
2、96)m连续刚构桥,为当时我国双线铁路最大跨度的预应力混凝土连续刚构桥.梁体采用单箱单室变截面的箱梁,采用三向预应力混凝土结构,并且按复线一次建成;桥梁主墩为钢筋混凝土圆形空心墩,最高墩高达56m.由于该桥为大跨度的双线铁路刚构桥,其施工过程的控制就变得非常重要l】],而施工中的线形控制不仅关系到桥型的美观,更关系到桥梁的受力.由于线形控制技术复杂,难度大,并且影响因素多,需要考虑到诸如挂篮弹塑性变形,挂篮及梁体自重,施加预应力,混凝土收缩与徐变,温度应力,地基沉降等各个方面因素.因此准确预计并及时调整施工阶段的位移,关系到施工的成败.
3、本文利用有限元软件ANSYS对该桥位移进行了模拟计算.l计算模型的建立常用桥梁施工软件的分析计算过程,是将各个施工节段简化为梁单元,施加的预应力作为各个杆件的外力施加在各个单元上],这样简化后计算简便,计算结论也能满足要求.但是悬臂施工中,各个梁段的长度一般为3～5m,而高度也在5m以下,如仍采用传统的梁单元建立计算模型,把各个梁段视作梁单元,则存在着明显的模型误差,计算结果的误差会很大.同时,把预应力作为外力添加在梁单元上,而梁单元在模型中的位置是实际位置的轴线,故预应力不能客观反映各个梁段由于张拉预应力钢筋而在截面上产生的应力变化.
4、所以悬臂施工的模拟计算不能再采用传统的梁单元来建模.对乌江刚构桥的计算采用大型有限元通用软件ANSYS进行施工过程建模和结构分析.在计算分析过程中,对结构进行了如下简化:(1)结构工作时,仅考虑小位移,小变形;(2)施工过程中由于是以T构的形式存在的,因此在计算过程中,取一半结构;(3)每一个节段视为均匀弹性体(每一个阶段内的混凝土浇筑均匀,内部不存在缺陷),以弹性模量和泊松比表示材料的特性;(4)预应力通过锚具作用于梁段,锚具的影响在线形计算中忽略不计;(5)在悬臂施工计算模型中,将悬臂端部视为固定端约束.根据乌江刚构桥施工过程中结构
5、受力特点,按84个施工工况进行计算.浇筑一段梁端的工期按14d考虑,设计考虑的合龙顺序是先合龙中跨,最后合龙边跨.根据上述假定以及有关施工图纸,建立了本桥的三维有限元计算模型,图1为T构第15节段的有限元网格剖分图.对所建立的三维模型,根据ANSYS中提供的前处理功能对所建模型进行有限元剖分,剖分过程中对箱形梁的实体部分采用了6面体的块体单元.图1三维模型的有限元剖分2荷载的处理在施工过程中,结构承受的荷载有自重,预应力,挂篮荷载,施工机具和人群荷载.自重通过定义收稿日期:2006—10—3l作者简介:王国安(1972一),男,讲师,l
6、997年毕业于石家庄铁道学院交通土建专业,工学学士,2003年毕业于石家庄铁道学院道路与铁道工程专业,工学硕士.乌江刚构桥悬臂施工中的位移控制王国安,孟庆峰49结构的密度和计算时考虑重力加速度来实现;施工机具和人群荷载重量简化为当前施工节段上顶面作用的均布荷载;预应力荷载转化为外荷载来施加,在截面上的锚具部位处通过施加外荷载来实现.挂篮荷载的处理比较复杂,由于挂篮结构具有明显的空间性,挂篮的受力和变形,不仅对于挂篮自身的刚度和强度比较重要,而且,在悬臂施工过程控制中,对于预拱度的设置也起非常重要的作用.所以对挂篮施工时的结构进行三维整体
7、性分析是非常必要和重要的.对挂篮进行三维有限元分析的关键是对结构做出符合实际的模型简化.在以往的挂篮分析中,往往是将混凝土截面分块,分别施加在挂篮上.同时对施工人群荷载简单地作用在节点上,没有完全符合实际施工中的情况,难以体现实际的,具有明显空间和整体效应的挂篮施工时的结构.此外,结构各个部分的有限单元类型,性质及相互之间的连接等的简化对分析结果也将产生很大影响.根据对挂篮设计和施工蓝图的认真研究,其三维有限元分析模型建立如下:(1)浇筑梁段为后张拉三向预应力混凝土,所受内力以压为主,质量占整个结构的绝大部分.分析中采用8节点的三维块体
8、单元.(2)模板在结构中起着将混凝土的重量传递给挂篮的作用,质量较小,厚度不大,分析中采用板壳单元.(3)挂篮的前,后端下横梁以及前端上横梁,设计中采用型钢组合截面,主要为平面变形和受力,分析中采用二维梁单
