钢管混凝土拱桥拱肋吊装及注浆力学仿真分析.pdf

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1、钢管混凝土拱桥拱肋吊装及注浆力学仿真分析刘新根59钢管混凝土拱桥拱肋吊装及注浆力学仿真分析刘新根(上海同岩土木工程科技有限公司，上海200092)摘要：钢筋混凝土拱桥拱肋吊装存在拱肋空中精确对接、空间构件干涉检验、拱轴线形精确控制和注浆力学分析等难题。根据拱桥的几何模型和力学机理，利用C++语言编制了拱桥拱肋吊装及注浆力学三维虚拟仿真可视化分析软件，以实现拱肋吊装、注浆模拟、结构静力分析一体化。利用该软件对上海市某拱桥拱肋吊装过程及拱肋注浆过程进行模拟和预演，对注浆过程进行静力分析，并通过优化设计参数，最终确定了一套安全可行的吊装和注浆方案，为指导现场施工提供了参考。关键词：拱桥；拱肋；吊装

2、；干涉检测；注浆模拟；仿真；静力分析；软件中图分类号：U445．46文献标志码：A文章编号：167l一7767(2014)04—0059—051引言钢管混凝土拱桥具有自重轻、强度高、跨度大、造型优美、建造速度快等诸多优点[1]，但是其拱肋吊装是一个十分复杂和高难度的施工过程]，拱肋空中对接精度和拱轴线形控制具有一定的难度，其吊装的结果将直接影响拱桥的施工质量。现场监控和以往经验是目前确保拱肋施工质量图1拱桥三维模型的重要手段。但如果在吊装过程中发现由于制造尺2．2吊机模拟寸误差或受力变形导致拱肋不能平稳对接，不仅会根据挂钩设置情况，将吊机几何模型分成如图影响施工进度，而且也会给拱桥的质量带来

3、安全隐2所示的2种形式。患。所以在具体吊装之前，如果能通过三维可视化(1)设置扁担：设置了8个吊点，多用于吊装重仿真软件模拟拱肋的吊装和注浆过程，并实时进行量大、跨度长的构件，有利于构件受力均衡和吊装干涉检测、力学分析，从而给出一套具体可行的吊装平稳。方案，将对拱肋的吊装施工具有重要的指导意义。(2)不设置扁担：设置了4个吊点，多用于吊装本文以上海市某拱桥为依托，研制了拱桥拱肋吊装重量轻、跨度短的构件，亦可以用于辅助吊装。及注浆力学三维虚拟仿真可视化分析软件，以实现拱肋吊装、注浆模拟和结构静力分析。2计算模型该软件需实现拱肋吊装、注浆模拟和结构静力分析三大功能。为了达到上述目的，需要实现拱桥

4、模型构建、吊机模拟、构件干涉检测、有限元模型构建和拱肋注浆模拟等5个主要技术环节。(a)设置扁担(b)不设扁担2．1拱桥三维模型图2吊机几何模型依据拱桥各构件的实际尺寸，利用三维图形技吊机可以绕基座点自由转动，吊臂可进行伸缩、术绘制出拱桥安装完毕后的整体模型示意图(见平摆、升降等操作，以带动相应构件的运动。图1)。收稿日期：2014O1—13作者简介：刘新根(1981)，男，工程师，2004年毕业于郑州大学水利水电建筑专业，获学士学位，2007年毕业于郑州大学水利与环境学院水工结构专业，获硕士学位(E-mail：xuezhongfei200O@163．corn)。6O世界桥梁2014，42(

5、4)2．3构件干涉检测拱肋的吊点位置及吊绳长度。在吊装试验过程中，如果仅凭视觉判断构件是2．5拱肋注浆模拟否存在干涉是不够的，因为三维模型显示在二维屏模拟拱肋注浆时，混凝土的力学形态分成流态幕上存在视觉误差]，并且在维空间中容易存在和固结2个阶段。当混凝土为流态时，混凝土尚未一些肓区。因此在软件中，吊机每一个操作之后均与拱肋构件形成一个整体，此时将混凝土自重等效会进行干涉检测，包括拱桥、吊机及附近相关建筑均成节点荷载，视为拱肋的外部荷载；当混凝土已经固可进行干涉检测，干涉检测可以归类于空间线线、线结时，混凝土与拱肋构件形成了一个整体，视为一种面和线体求交。如图3所示，当拱肋构件与立柱之组合材

6、料口，共同受力，此时将拱肋由钢管构件转间出现碰撞干涉时，相应干涉处将呈警戒色，并发出化成钢管混凝土构件。由于混凝土材料抗拉强度很相应的警报声。低，计算时不考虑其抗拉强度，拉应力全部由钢管承担l1¨。软件可以模拟注浆速度和同结时间，并进行相应的力学变形分析。3软件编制基于()penInventor图形库和MFC应用程序框架，利用C++语言编制了钢管混凝土拱桥拱肋吊装仿真力学分析软件。根据用户输入的构件数据或导入DXF数据文件，生成三维模型，并可对相应的构件赋上材料属性。软件的流程图如图5所示：图3干涉检测<—甬2．4有限元模型构建录入或导入模型数据在拱肋吊装过程中，将吊机和拱桥作为一个系统整体

7、，利用有限单元法进行力学变形分析。拱肋、吊机操作(吊机臂伸缩、升降、平摆)吊机吊臂采用弹性梁单元模拟，吊机扁担、风撑、弦杆及腹杆采用拉压杆单元模拟，绳索采用仅受拉杆构件连动单元模拟]。在竖直方向(z向)施加重力加速度，．I．一干涉检验吊机的基准点处施加固定约束，并限定杆单元在、向的变形l8]。单机(吊机设置扁担)起吊拱肋的力N窭学模型如图4所示。I!网格剖分，力学分析三IYl：拱肋注浆模拟分析分析报告输出图4