连续钢梁桥顶推过程临时墩受力研究及改善措施

2016-09-14黄绍结1李莘哲1陈耀章2

公路与汽运 2016年4期

关键词：索力拉索钢梁

黄绍结1，李莘哲1，陈耀章2

（1.广西路桥工程集团有限公司，广西南宁 530011；2.湖南交通科学研究院，湖南长沙 410004）

连续钢梁桥顶推过程临时墩受力研究及改善措施

黄绍结1，李莘哲1，陈耀章2

（1.广西路桥工程集团有限公司，广西南宁 530011；2.湖南交通科学研究院，湖南长沙 410004）

为研究在连续钢梁顶推过程中临时墩的受力特性，以某钢混组合梁桥下部临时墩为工程背景，采用MIDAS2011建立其三维空间数值模型，对滑道压力荷载为集中荷载、均布荷载或梯形荷载作用下临时墩的受力特征进行了对比分析；在此基础上，为改善临时墩的受力，采取3种不同改善措施，并对其效果进行了对比分析。

桥梁；连续梁；顶推；临时墩；压力荷载

在钢梁桥顶推过程中，为减小主梁的最大正负弯矩，通常在主墩之间设置若干个临时墩。由于钢梁桥的主梁无应力，线形一般为多段变曲率竖曲线，在自重作用下主梁与临时墩墩顶滑道之间出现不均匀受压，压力荷载形式呈多样化。唐红民、李传习、戴杰等在进行钢梁顶推数值仿真分析时，将主梁对滑道压力以集中荷载进行计算；周叶飞在进行钢梁顶推理论分析时，将滑道反力荷载按梯形和三角形荷载分别进行计算；张晔芝、张培炎等在进行钢箱梁顶推数值仿真分析时，将滑道反力荷载按均布面力模拟；田仲初等通过数值仿真分析，得出在钢箱梁顶推施工阶段滑道反力荷载为双折线荷载。该文采用MIDAS2011程序建立仿真模型，对不同滑道压力荷载形式下临时墩的受力进行对比分析，研究改善临时墩受力的措施。

1　工程概况

某（6×90）m钢混组合梁桥，主梁采用先顶推下部钢槽梁，待主梁顶推到位后逐块吊装砼预制桥面板的施工工艺。为缩短钢主梁顶推跨径，顶推施工前在相邻两主墩之间各布置1个临时墩，临时墩与主墩之间的距离均为45m。临时墩由不同直径的“横+纵+竖”向薄壁钢管组成，其中竖向钢管桩由24根φ1.2m、厚12mm薄壁钢管构成，各桩之间通过φ0.6m、厚8mm薄壁钢管连接成框架结构；钢管立柱由8根φ1.2m、厚16mm薄壁钢管构成，各立柱之间通过φ0.6m、厚8mm薄壁钢管连接成框架结构，桩与立柱之间通过横梁、斜撑构成一

体。临时墩布置如图1所示。

图1　临时墩布置示意图（单位：mm）

2　有限元模型建立

2.1单元划分及材料特性

临时墩有限元模型采用MIDAS/Civil建立（如图2所示），墩柱各内部构件均采用空间梁单元模拟，有限元模型共3108个节点、3342个空间梁单元。数值计算中各构件材料特性按相应规范取值。

图2　临时墩有限元模型

2.2边界模拟

临时墩墩底按固接模拟，构件内部各节点按共节点或刚性连接处理。

2.3荷载模拟

（1）自重。各构件的重量由程序自动计算。

（2）主梁竖向压力荷载。以主梁实际顶推方案为计算依据，借助主梁顶推计算结果得N1max=7.5 ×103kN，将这幅桥编号为A；相对应的另一幅桥N2=1603kN（左右两幅为不同步顶推），将这幅桥编号为B；竖向压力荷载按3种形式取值计算，分别为集中荷载、梯形荷载、均布荷载，3种荷载其合力大小均相等。

（3）水平荷载。临时墩所受水平荷载为墩顶摩擦力，其值为f=N×μ（N为竖向压力荷载；μ为摩擦系数，根据顶推实测结果，取μ=0.09）。

2.4荷载组合说明

竖向荷载为G（临时墩自重）+γ×（N1max+N2）；水平荷载为γ×（N1max+N2）×（μ+i）。其中：γ为组合系数，取γ=1.2；N1max、N2分别为A、B两幅主梁滑道压力荷载；i为墩顶滑道纵坡，i=1.434%。

3　计算结果分析

竖向荷载以向下为“+”、向上为“-”，应力以拉为“+”、压为“-”，后续无特殊说明均按此约定。图3～5为不同滑道压力荷载作用下临时墩应力分布。

由图3～5可得：在第1、2种滑道压力荷载即集中荷载、梯形荷载作用下，临时墩最大应力基本相等，σ1-max、σ2-max约为162MPa，但出现位置不同；在第3种滑道压力荷载即均布压力荷载作用下，临时墩最大绝对应力σ3-max约为120MPa，出现在立柱中间横联处；σ3-max比σ1-max、σ2-max小约42MPa。

图3　第1种压力荷载作用下临时墩应力云图（单位：MPa）

图4　第2种压力荷载作用下临时墩应力云图（单位：MPa）

图5　第3种压力荷载作用下临时墩应力云图（单位：MPa）

4　改善措施参数分析

根据上述仿真分析结果，在滑道压力荷载为集中荷载、梯形压力荷载作用下，临时墩压应力较大。为改善主梁顶推过程中临时墩的受力，提出3种改善措施：1）施加水平拉索，即在临时墩墩顶位置安装水平拉索，通过对水平拉索的预张拉改善临时墩受力；2）增大临时墩钢管壁厚；3）上述两种措施的组合。下面进行改善措施参数分析，滑道荷载采用梯形荷载。

4.1增加水平临时拉索

在临时墩墩顶张拉水平索力，势必会引起其构件最大应力大小、位置发生改变。为分析水平拉索拉力对临时墩受力的影响，在已建有限元模型的基础上，保持模型构件参数不变，仅改变索力大小，对临时墩最大应力进行参数分析。图6为临时墩最大应力σ2-max与拉索张拉力F的关系。

图6　临时墩最大应力与索力关系曲线

由图6可得：临时墩最大应力σ2-max随拉索张拉力F的增大而减小，两者基本呈线性关系；索力F每增加100kN，σ2-max相应减小4.7MPa。

4.2增大临时墩立柱钢管壁厚

为分析立柱钢管壁厚δ对临时墩受力的影响，在已建有限元模型的基础上，仅改变δ的数值，保持模型其余构件参数不变，对临时墩最大应力进行参数分析。受现场吊装设备吊重的制约，立柱壁厚δ不能大于28mm，故取δ为16～28mm。图7为临时墩最大应力σ2-max与立柱钢管壁厚δ的关系。

由图7可得：σ2-max随δ的增大而逐渐减小，两者呈双折线关系变化。当δ从16mm逐渐增大至19mm时，σ2-max减小21.2MPa，记这时δ与δ2-max的变化为第一阶段；当δ从20mm逐渐增大至28 mm时，σ2-max减小2.8MPa，记这时δ与σ2-max的变化为第二阶段。第二阶段临时墩立柱钢管壁厚δ的增大量约为第一阶段的2.6倍，但第二阶段σ2-max的减小量仅为第一阶段的12.9%。其原因主要为立柱钢管壁厚δ增大过程中，临时墩最大应力σ2-max的位置发生了变化，由最初的立柱柱顶位置变化到立柱柱脚斜撑。