曲线钢箱梁步履式顶推施工稳定性仿真分析

曲线钢箱梁步履式顶推施工稳定性仿真分析

Summary：通过有限元软件Midas/Civil研究此类桥梁在顶推工程中梁体的整体及局部受力特点，分析小半径、大纵坡对钢箱梁顶推及其空间形态的影响，以及等高梁预拱度设置对顶推施工的影响等难点及解决的关键技术。Keys：曲线钢箱梁;步履式顶推；稳定性分析1工程简介在建某互通匝道桥，跨径布置为40+65+40m，主梁部分采用全焊接单箱双室横断面的钢箱形等截面连续梁，梁高2.5m，梁宽12.75m，箱梁底板宽7.83m，桥面设6%横坡，横坡由梁底水平、左右腹板高差形成，腹板按铅锤设计，腹板厚度为16mm，顶板厚度为16mm，底板厚度为16-20mm，箱梁悬臂长为2.5m，悬臂端部高度为350mm，悬臂根部高度为650mm。主梁标准段每隔3m设一道12mm横隔板，每两道横隔板之间1.5m位置设一道12mm框架式隔板，在边支点和中支点位置设置20mm加厚隔板，并设置24mm支座支撑加劲肋，所有横隔板均为沿设计线径向布置。钢箱梁沿路线设计线全长145m，采用Q345qC钢材。2顶推方案及数值模型为准确模拟顶推施工过程中钢箱梁、钢导梁等相关受力及变形情况，细分为71个施工阶段，其中为准确模拟钢导梁的受力情况，由于钢导梁较轻，为避免1#节段钢箱梁顶推时，LS2号步履机出现脱空，第一个阶段安装完钢导梁与1#钢箱梁后，采用吊装的形式往顶推方向移动6m后，再进行顶推。对2~7号梁段的顶推细分每2m一次顶进，其余顶推过程细分为吊装该梁段，顶起，顶推到位。本桥采用Midas\civil2019对顶推过程进行了施工模拟，进行了三维空间结构分析。由于此桥为弯桥，且临时墩与主梁轴线方向有一定夹角，为准确模拟其空间受力情况，因此使用空间梁格模型法对顶推过程进行模拟计算。图1主梁横断面划分图模型共分为527个单元，810个节点，计算模型如图所示：图2计算模型图3顶推工况分析3.1钢箱梁顶推计算结果由于模型施工阶段划分较多，为节省篇幅，根据钢箱梁吊装分段，选取其中十三个关键过程工况的结果，并针对每个关键过程列举出关键的受力阶段。根据分析结果，导梁上缘最大应力发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），最大应力为55.8MPa；下缘应力由模型分析得出最大应力发生在：顶推工况六（吊装完⑥号梁并顶起时），最大应力为57.3MPa，不再列举各工况的应力图。钢导梁最前端每阶段的变形汇总如下：图3导梁内侧前端节点竖向变形图（mm）图4导梁外侧前端节点竖向变形图（mm）从上图可知，导梁最大位移86.6mm＜L/300=28000/300=93.3mm。结论：经过计算分析，导梁上缘最大应力发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），最大应力为55.8MPa；下缘应力由模型分析得出最大应力发生在：顶推工况六（吊装完⑥号梁并顶起时），最大应力为57.3MPa；导梁最大位移发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），导梁最大位移为86.6mm。3.2钢箱梁顶推抗倾覆性验算根据顶推工艺及工况计算分析可知，在顶推过程中可能发生倾覆的工况有两种。现根据顶推步骤，取如下两个工况来计算钢箱梁的抗倾覆系数：倾覆工况一：吊装完③号梁，并顶推至最大悬挑状态。倾覆工况二：吊装完②号梁，并顶推至最大悬挑状态。图5倾覆工况一图6倾覆工况二工况一抗倾覆系数=（100+66.2+66.2）×10/(40×7)=7>2.5，满足抗倾覆要求，工况二抗倾覆系数=（100+66.2）×14/(40×6)=9.3>2.5，满足抗倾覆要求。4结论（1）通过建立钢箱梁各施工阶段模型，得出重要工况下钢箱梁的受力和变形状况。随着钢箱梁的拼装和推进，支反力、变形和组合应力逐渐增大，并时而出现支座脱离现象。（2）通过构造简支梁模型，计算钢箱梁纵向抗倾覆稳定系数，满足规范要求，其中工况五与工况六的状态下最危险。通过钢箱梁横截面受重力和风荷载影响情况，计算其横向抗倾覆系数，满足规范要求。Reference张晔芝,谢晓慧.铁路特大桥钢箱梁顶推过程受力分析及改善方法[J].中国铁道科学,2009,30(3):6.[1]刘建龙.哈尔滨尚志大桥连续钢箱梁顶推设计与施工技术[J].公路工程,2005