V形刚构V墩节点顶推施工阶段的空间应力分析.pdf

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1、第4期(总第154期)2011年8月中圄彳放z轲CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．4(SerialNo．154)Aug．2011DOI：10．3969／i．issn．1004—4655．2011．04．031V形刚构V墩节点顶推施工阶段的空间应力分析沈明(上海市城市建设设计研究总院，上海200125)摘要：上海轨道交通“号线跨泐马河桥为V形墩连续刚构，在施工过程中采用了V墩墩底顶推的施工工艺。顶推过程中V墩节点受力复杂，必须采用精细化的空间实体单元方法分析其空间应力。分析过程中采用了墩底线性接触宽度和非线性接触

2、单元两种边界模拟方法进行对比分析，分析结果可为实际工程设计提供有价值的参考。关键词：V形刚构；V墩节点；顶推施工工艺；空间应力分析；非线性接触分析中图分类号：U445．462文献标识码：B文章编号：1004—4655(2011)04-0080—03V形墩斜腿连续刚构桥的V型支撑可以有效减少计算跨度，降低主梁弯矩，减少一定的梁部工程数量；能充分发挥高强材料的特性，使结构轻型化，具有较大的跨越能力，因此这一桥型近年来得到了广泛的应用【l以J。V形墩节点受力复杂，是设计计算中需要重点研究的关键部位，其结构性能可影响到全桥的安全和使用，因此

3、一般都进行专题研究口。7J。1工程概况上海轨道交通11号线南段工程泐马河桥采用V形墩刚构。泐马河规划为三级内河航道，通航净空要求64m(宽)X7m(高)，河道上口宽100m，河道中心线与线路中心线逆交230。跨径组合为87．5+1454-87．5=320m，边中跨比0．603；支腿跨径76+23+122+23+76=320m。主桥桥型布置图如图1所示。V形墩理论墩高27．875m、上口宽23．0m、开口夹角80．894lgt；支点理论梁高7．2m、高跨比1／16．94。跨中梁高3．0m、高跨比1／40．667。桥宽：9．615m、宽

4、跨比1／15．08；单箱单室箱宽4．5m；挑臂2．54rn。图1桥型布置图●本桥上部结构采用的悬臂挂篮施工工艺较为常收稿日期：201l一02—17作者简介：沈明(1962一)，工程师，长期从事市政工程项目的设计、管理和经营。80规，但跨中合龙段施工完成后，体系转换施工工艺较为新颖。具体步骤如下：安装合龙型钢撑架，合龙前悬臂预压重，边浇注边卸载；张拉中跨合龙钢束，同时，两侧V形墩墩底采用千斤顶进行同步对顶，消除预应力二次力，并提供跨中梁体预压力和反拱度；合龙后采取水平支撑块固定墩底，焊接预埋钢筋，浇注后浇微膨胀连接混凝土，使V形墩与承

5、台固结，实现体系转换。设计给出了最大顶推力约为4500kN，墩底摩擦因数按O．05计，其中2500kN克服摩擦力；但是，具体的摩擦力还要根据施工顶推过程的实际情况确定。顶推过程中V墩结构受力复杂，必须采用精细化的空间实体单元方法分析其空间应力，为实际工程设计提供技术支持。2空间分析模型以及验证V形墩局部空间受力分析采用ANSYS空间实体模型，混凝土采用实体单元solid45，墩底加劲板采用壳单元shell63。实体单元全部划分为六面体单元，板壳单元划分为四边形单元，全部单元总数为129225个。在计算中，从整体计算模型中截取l一1、

6、1’一1’截面梁单元节点位移作为位移边界(见图2)，V墩A—A、B—B截面作为校核截面，考察该截面内力与整体计算结果是否一致。整体坐标系下的模型内力比较见表l。由表l中数据可见，局部模型与整体模型竖向力基本一致，水平力和截面弯矩有一定误差；其中A—A截面弯矩相对误差较大，但绝对误差只有616kN·m，该弯矩差产生的应力不到0．4MPa，对结构受力几乎中国彳政工农沈明：v形刚构v墩节点顶推施工阶段的空间应力分析20”年第4期没有影响。图2局部分析模型校核截面位置表1整体坐标系下的模型内力对比总体模型局部模型相对误差边界位置M】DASA

7、NSYS／％水平力／kN2062723033一12截面竖向力／kN一23060—23040OA—A弯矩／kN-nl—l648—2264—37水平力／kN一22628—25025—1l截面B—B竖向力／kN一25170—25040l弯矩／kNtm—l868—2036—93V墩顶推施工的空间应力根据计算分析结果，局部模型边界条件对计算结果有较大影响，V墩顶推施工过程中墩底为铰结状态，为了准确模拟墩底的边界条件，分别考虑了2种模拟方法。31墩底经验公式边界参考Ⅲ023--1985(公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，该规范基于容许

8、应力的设计方法，计算公式偏于应力计算。泐马河桥顶推施工过程中墩底为铸钢圆弧面铰支座，线接触的圆柱形铰，其受压面上的平均压应力按照or=口一／1．27计算；铰的接触线上的最大应力按式(1)计算：厂■—■1———_a一=o．423／等E√