桥梁顶推施工的力学研究.pdf

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1、桥梁顶推施工的力学研究肖海波，邵斌磊(宁波市城建设计研究院有限公司，浙江宁波315010)桥梁工程器BridgeEngineering摘要：桥梁顶推施工中，随着主梁位置的不断变化，上部结构的边界条件、内力和变形情况同时发生变化，因此顶推施工的受力分析非常复杂。针对某钢桥顶推施T过程，运用MATLAB编制有限元程序进行分析，采用约束方程模拟施工中支座对主梁的约束效应，不仅简化了顶推施_T_的力学分析，而且可以进行主梁的动态响应分析。关键词：桥梁：顶推施工；约束方程；动态响应；有限元中图分类号：U445．462文献标志码：

2、B文章编号：1009—7767(2016)05—0055—03MechanicsResearchofBridgeJackingConstructionXiaoHaibo，ShaoBinlei1概况顶推法是当代先进的桥梁施工方法之一。该方法一般需设置主梁拼装平台，在拼装平台上将节段梁连接或焊接成整体，采用千斤顶、不锈钢板和聚四氟乙烯板组成的滑动设备，将主梁逐段向前推进，直至成桥⋯。相比其他桥梁施工方法，顶推法的优点有：桥梁施工对横向交叉道路既有交通影响小；上部结构施工所需的支架和吊装设备可大大减少；平行流水作业有利于缩短

3、施工工期。在桥梁顶推过程中，由于主梁的位置不断改变，上部结构的边界条件、内力和变形情况也不断改变，使得顶推过程中的受力分析变得复杂。目前，针于顶推施工的受力分析方法主要有以下3类：1)运用有限元方法将桥梁结构离散，根据不同施工阶段的主梁位置，在有可能经过支座的主梁处划分节点，该方法节点数量庞大。模拟起来相当复杂；2)根据不同顶推阶段的主梁位置重新划分节点，由于顶推阶段多，该方法节点划分及计算工作量都相当大；3)运用传递矩阵法模拟桥梁顶推施工【21。以上几类方法都具有共同的弊端，即无法进行顶推施工中主梁的动态响应分析。笔

4、者拟运用有限元理论，采用约束方程来模拟支座对主梁的约束．并将约束方程引入结构总体刚度矩阵来求解。这样既避免了依据支座位置来划分节点，也不必根据各顶推阶段的主梁位置重新划分节点，简化了顶推过程中的力学分析．同时还可以进行主梁的动态响应分析。2约束方程以2跨同跨径连续梁为例。一般方法是将该结构划分为3个节点(2个单元)，由于中节点处存在支座约束，那么中节点竖向的位移为零，如图1所示。2工卜————————————————————————————1i^J各————r———]图12跨连续梁模型通过引入约束方程，可将该结构划分为

5、2个节点(1个单元)，单元内不同部位的位移可根据其左右节点的位移来表示，那么2跨连续梁中点(支点)处的位移为：，rVi+}舅+崎一争e=o。二厶式中：¨、U为节点i、J的竖直自由度；0i、oj为节点i、J的转角自由度；L为连续梁的单跨跨径。采用约束方程来模拟支座的约束，可以解决桥梁顶推施工中支承边界时刻变化的问题。对于任意自由度的上部结构体系．只要将所有约束方程引入有限元模型的刚度矩阵，就能仿真分析桥梁的顶推施工过程。2016-年第5期(9一)第34卷啼荭故术55器桥梁工程BridgeEngineering3约束方程引

6、入刚度矩阵文献【3】提出将约束方程运用于有限元系统，这里将其拓展至处理任意自由度的约束方程：alSi+⋯+‰&+⋯=b。(1)并假定有限元系统方程如下：岛．⋯k。，⋯kl。⋯‘。kil⋯kff⋯‰⋯k。k，⋯吒，⋯屯。⋯k一吒．⋯b，⋯k。⋯k。首先，将式(1)改写为：61；6，；瓦；6。Z!{l；{。‘。(2)龟+⋯+理。&+⋯=口。(3)式中：Or。=‰，啦；届=6／嘶。设定约束方程的主自由度为磊，其他为从自由度。采用式(3)替换系统方程中主自由度所对应的等式，即式(2)中的第i个等式，可得：t。⋯毛，⋯墨。⋯0⋯

7、1⋯a。⋯k．⋯；吒。⋯b，⋯!k，⋯km。．⋯ik⋯墨。；0ikmni‰61；6．；瓦；氏Z；卢；{。；．{，。(4)把式(3)代入式(4)中第i个等式以外的其他等式，可得：kll⋯0⋯毛。一amkl。⋯毛。0⋯1⋯a，⋯0屯。⋯0⋯k—a。k，⋯吒，。吒，⋯0⋯b。一a。吒，⋯k。将式(5)中从自由度所对应的所有等式减去与从自由度相应的约束系数乘以式(2)中主自由度所对应k110kmI—amk^一．再将式(3)变换为：kl：●0：k1一ak,1k。61；艿f；酝；占。Z一卢墨，卢L一9k。fn—pkn；(5)的等式

8、(即第i个等式)。以从自由度国为例，式(5)中的第m个等式减去ot，乘以式(2)中的第i个等式，可得：0⋯kj。一ct．skl，⋯1⋯a。⋯一amkn⋯klnm—amkml—amk。⋯0⋯k。m一碰。每m⋯菇=口一⋯一a。既一⋯，kl。一amkl，a珊kI。0kmn一位mklnk。8l；6。；屯；6。Z一卢七。，卢jm—ek嘶一旺