连续梁—拱组合桥挂篮反向预压牛腿力学性能分析_王杨.pdf

DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315041连续梁 拱组合桥挂篮反向预压牛腿力学性能分析收稿日期:2023 01 31作者简介:王杨(1984 )，男，高级工程师，从事桥梁设计的工作王杨(四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都610017)摘要:为探究某连续梁 拱组合桥挂篮反向预压牛腿支架的力学性能，首先明确了挂篮牛腿托架的设计参数和材料设计强度;其次给出了挂篮在使用过程中可能存在的荷载类型及荷载组合方式;最后结合有限元模型，对挂篮的反向预压施工进行了结构计算，并对其结构力学性能进行了分析。计算结果表明:该连续梁 拱组合桥挂篮反向预压牛腿支架力学性能满足施工过程中各种荷载及最不利要求。关键词:组合桥;挂篮;反向预压;牛腿支架;力学性能中图分类号:TU997文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0157 050引言连续梁 拱组合桥梁1 因其独特的结构特点，使得施工更具有特殊性。连续梁施工时，可参考连续刚构桥施工2 方法，首先在 0 号块临时固结3 4，再在其他节段采用悬浇挂篮施工5。悬浇挂篮施工过程中的牛腿6 在正式施工前，要采用一定的受力分析模型如拉压模型7 对施工挂篮牛腿进行设计和分析。在设计与分析过程中出现受力不足等问题时，要对牛腿进行支撑加固8，经过支撑加固后的牛腿力学性能满足要求后，方可正式应用于连续梁 拱组合桥梁施工。基于上述研究，以某大跨径连续梁 拱桥为工程背景，探究连续梁 拱桥挂篮反向预压9 10 施工过程中的牛腿支架力学性能。1工程概况11桥梁概况以某大跨径连续梁 拱桥为工程背景，该桥是连续梁与下承式拱桥相结合的组合桥梁，两端边跨跨径均为 111 75 m，中间主跨跨径为 228 m，其桥型布置图如图 1 所示。其中连续梁部分，采用挂篮悬浇法进行施工。图 1桥型布置图单位：m111.75111.75228.0012挂篮概况挂篮预压采用在 B 号块预埋牛腿托架，千斤顶法反向加载，挂篮反向千斤顶预压托架断面图如图2 所示。图 2挂篮预压托架断面图牛腿G挂篮反向千斤顶预压托架采用40a 型工字钢作为斜杆及水平杆。牛腿托架上、下支点处通过 32 mm 精轧螺纹钢与预埋的构件连接，B 号预埋牛腿共计 3 个。托架安装前，应检查托架预埋件是否埋设牢固，底部混凝土是否密实。安装时先按施工设计图的要求安装好托架。托架施工顺序简述如下:1)在 B 号块混凝土浇筑时，提前在墩身上预埋精轧螺纹钢，以确保施工安全性。2)安装牛腿的上部支座、下部支座，牛腿支座为组焊件，主要由钢板和型钢焊接而成，支座与预埋件之间采用销接连接。3)安装设置 32 mm 精轧螺纹钢使得上部支座与下部支座对拉，上、下支座处各设置 4 根 32 mm 精轧螺纹。4)采用双拼40a 工字钢分配梁担在挂篮底板上，安装千斤顶，然后反向加载预压。2材料设计参数及强度21材料设计参数牛腿托架的材料设计参数见表 1。表 1材料设计参数表序号规格材质容重/(kNm3)140aQ23578 5240aQ23578 5332 mmPSB78578 5490 mm40Cr78 5751第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug202322材料强度牛腿托架使用的各种钢材设计强度值见表 2。表 2钢材设计强度值钢材型号厚度或直径/mm抗弯强度f/MPa抗剪强度fv/MPa承压强度/MPaQ2351621512532016 4020512040 60200115PSB7857853荷载取值及其组合31荷载取值1)箱梁钢筋混凝土自重荷载:F1max=hx，根据梁体混凝土方量计算。2)模板自重:F2=2 kN/m2。3)振捣混凝土产生的荷载:F3=2 kN/m2。4)浇筑混凝土产生的冲击荷载:F4=2 kN/m2。5)梁面施工荷载:F5=1 5 kN/m2。32荷载组合根据连续梁悬臂浇筑施工相关规范和指南可知，支架预压荷载应符合设计要求。预压加载部位及顺序应与边跨梁段施工时支架实际受力状况匹配。限于篇幅，此处仅给出了中跨 B1 悬浇端预压荷载计算情况，如表 3 所示。表 3预压荷载计算表部位连续梁 拱挂篮悬浇段(中跨 B1)挂篮悬浇最重段翼板腹板顶板底板中腹板顶板底板边腹板翼板合计面积 S/m20 94 23 43 84 23 43 84 20 9宽度 d/m1 40 54 654 650 54 654 650 51 4容重/(kNm3)26262626262626 02626节段长/m4 54 54 54 54 54 54 54 54 5自重/kN100 5486 8397 0448 5486 9397 0448 5486 8100 5模板自重/kN12 61 520 97 00 620 97 01 512 6施工荷载/kN9 453 3631 3931 393 3831 3931 393 399 45振捣荷载/kN12 64 541 8541 854 541 8541 854 512 6冲击荷载/kN12 64 541 8541 854 541 8541 854 512 6预压荷载/kN162 6550 7586 3627 6549 9586 3627 6550 7162 64 404 34挂篮反向预压施工计算41计算模型根据托架的设计参数和荷载，通过 Midas Civil 2016建立计算模型，如图 3 所示。图 3托架计算模型1 835.01 835.01 835.042整体分析挂篮的反向预压牛腿托架整体变形和整体应力计算结果分别见图 4，图 5。分析图 4，图 5 可知:1)托架整体最大变形量发生在中间竖杆处，其最大变形 值 为 3 01 mm，小 于 计 算 长 度 的 1/400，也 即1663 mm。2)托架结构整体的最大组合应力发生在斜杆中间 3 根杆件交点处，也即托架结构受力最薄弱点，其值为 184 9 MPa。托架材质为 Q235 钢材。据表 2 可知，Q235 钢材的抗弯强度设计值为 215 MPa，故托架的最大组合应力小于材料强度设计值。3)建议在正式施工和设计时，对上述受力薄弱点进行加强设计，进而降低结构应力水平，提高牛腿整体强度和刚度，确保在施工过程中，上述受力薄弱点不发生安全事故。图 4变形值（一）2411121371415161861 835.01 835.01 835.0MIDAS/CivilPOST-PROCESSORDISPLACEMENT分析结果3.006 66e-0032.733 33e-0032.459 99e-0032.186 66e-0031.913 33e-0031.640 00e-0031.366 66e-0031.093 33e-0038.199 98e-0045.466 65e-0042.733 33e-0040.000 00e+000ST:自重MAX:13MIN:3文件：UNTITLED单位：m日期：03/12/2019表示-方向X：0.049Y：-0.802Z：-0.59543牛腿托架水平承重梁分析牛腿托架水平承重梁变形值、剪切应力和组合应力计算结果分别见图 6图 8。分析图 6图 8 可知:1)托架水平承重梁最大弯曲变形量发生在水平承重梁跨中处，其最大变形值为 3 01 mm，小于计算长度的1/400，也即 11 25 mm。2)托架水平承重梁最大剪应力 87 1 MPa，而托架水851第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑图 5组合应力（一）2411121371415161861 835.01 835.01 835.0MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM STRESS组合（最大值）1.824 82e+0051.490 79e+0051.156 77e+0058.227 37e+0044.887 09e+0040.000 00e+000-1.793 48e+004-5.133 76e+004-8.474 04e+004-1.181 43e+005-1.515 46e+005-1.849 49e+005ST:自重MAX:5MIN:11文件：UNTITLED单位：kN/m2日期：03/12/2019表示-方向X：0.049Y：-0.802Z：-0.595图 6变形值（二）1 835.01 835.01 835.0MIDAS/CivilPOST-PROCESSORDISPLACEMENT分析结果3.006 66e-0032.733 33e-0032.459 99e-0032.186 66e-0031.913 33e-0031.640 00e-0031.366 66e-0031.093 33e-0038.199 98e-0045.466 65e-0042.733 33e-0040.000 00e+000ST:自重MAX:13MIN:3文件：UNTITLED单位：m日期：03/12/2019表示-方向X：0.325Y：-0.783Z：0.530图 7剪切应力（一）1 835.01 835.01 835.0MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM STRESS剪力-z8.706 72e+0047.675 61e+0046.644 50e+0045.613 38e+0044.582 27e+0043.551 16e+0042.520 04e+0041.488 93e+0040.000 00e+000-5.732 95e+003-1.604 41e+004-2.635 52e+004ST:组合MAX:6MIN:16文件：UNTITLED单位：kN/m2日期：03/12/2019表示-方向X：0.325Y：-0.783Z：0.530图 8组合应力（二）1 835.01 835.01 835.0MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM STRESS组合（最大值）1.824 82e+0051.658 79e+0051.492 76e+0051.326 73e+0051.160 70e+0059.946 66e+0048.286 34e+0046.626 03e+0044.965 72e+0043.305 41e+0040.000 00e+000-1.522 04e+002ST:自重MAX:5MIN:7文件：UNTITLED单位：kN/m2日期：03/12/2019表示-方向X：0.325Y：-0.783Z：0.530平承重梁为 Q235 钢材，据表 2 可知，Q235 钢材的抗剪强度为 125 MPa，因此托架水平承重梁最大剪应力小于材料的抗剪强度设计值。3)托架水平承重梁最大组合应力最大值发生在水平承重梁的端部处，其值为 182 5 MPa，而托架水平承重梁为 Q235 钢材，据表 2 可知，Q235 钢材的抗弯强度设计值为 215 MPa，故托架水平承重梁最大组合应力小于材料强度设计值。4)建议在正式施工和设计时，对此类受力薄弱点进行加强设计，进而降低结构应力水平，提高牛腿托架水平承重梁强度和刚度。44牛腿结构分析牛腿结构的变形值、剪切应力和组合应力计算结果如图 9图 11 所示。分析图 9图 11 可知:1)牛腿最大弯曲变形量发生在中间竖杆处，其最大变形 值 为 3 01 mm，小 于 计 算 长 度 的 1/400，也 即5 54 mm。2)牛腿最大剪应力发生在斜杆中间三根杆件交点处，也即托架结构受力最薄弱点，其值为 56 5 MPa。牛腿的材质为 Q235 钢材，据表 2 可知，Q235 钢材的抗剪强度为 125 MPa，故牛腿最大剪应力小于材料的抗剪强度设计值。3)牛腿最大组合应力发生在斜杆中间三根杆件交点处，也即托架结构受力最薄弱点，其值为 96 6 MPa。牛腿材质为 Q235 钢材，据表 2 可知，Q235 钢材的抗弯强度设计值为 215 MPa。故牛腿最大组合应力小于材料强度设计值。4)建议在