基于有限元模擬分析拱橋上部結(jié)構(gòu)橋道梁施工

彭 藩 國

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

基于有限元模擬分析拱橋上部結(jié)構(gòu)橋道梁施工

彭 藩 國

(浙江泛海交通工程有限公司，浙江 杭州 310000)

橋梁的上部結(jié)構(gòu)橋道梁施工是橋梁施工的重要組成部分，施工前的支架模板設(shè)計(jì)關(guān)系到橋梁上部結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和服役效能的發(fā)揮?；谟邢拊M分析上部結(jié)構(gòu)橋道梁支架及模板設(shè)計(jì)的安全性，并對(duì)上部結(jié)構(gòu)有關(guān)的施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，為其他類似工程提供參考。

橋道梁施工，上部結(jié)構(gòu)，有限元模擬

1 工程概況

敘永(震東)至古藺(二郎)高速公路螺絲寨特大橋位于四川省瀘州市敘永縣震東鄉(xiāng)永興一組境內(nèi)，該橋區(qū)跨越?jīng)_溝及敘永～S309道路，橋區(qū)有螺絲寨煤礦。12號(hào)交界墩柱采用雙柱薄壁墩，單個(gè)空心墩柱橫橋向?qū)?.0 m，縱橋向頂寬4.5 m，空心柱薄壁厚為50 cm，縱橋向按60∶1的比例向下變寬?；A(chǔ)采用承臺(tái)群樁基礎(chǔ)，12號(hào)交界墩承臺(tái)厚3.5 m，每幅平面尺寸14.4 m×8.0 m，其下為8根直徑1.8 m的鉆孔灌注樁。13號(hào)橋臺(tái)為輕型結(jié)構(gòu)，拱橋直接支撐在承臺(tái)上，承臺(tái)厚3.5 m，上設(shè)2 m厚背墻，其下為8根直徑1.5 m的鉆孔灌注樁。上部結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土下承式梁拱組合橋，主橋斜向計(jì)算跨徑134 m，計(jì)算矢高33.5 m，拱軸系數(shù)2.0，計(jì)算矢跨比1∶4，如圖1所示。

本橋采用無推力系桿拱橋，拱肋水平推力主要靠橋道縱梁預(yù)應(yīng)力系桿平衡。兩端錨具設(shè)置有可能適應(yīng)變位和調(diào)節(jié)長度的球形墊板和螺母。橋道系為雙縱肋式，肋橫向中心間距12.8 m(同吊桿)?，F(xiàn)澆段；箱梁頂寬12.10 m，底寬7 m，箱梁兩側(cè)翼緣長2.55 m，兩橫隔板間頂板厚0.28 m，箱梁底板厚1.269 m～0.3 m漸變，腹板厚0.7 m～0.5 m漸變。

2 橋道梁支架系統(tǒng)計(jì)算

2.1 現(xiàn)澆橋道梁支架形式

橋道梁支架采用鋼立柱臨時(shí)支墩形式，12號(hào)墩交界位置預(yù)埋牛腿作為支點(diǎn)，其他基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁φ80 cm×1 500 cm嵌入鋼筋混凝土1.5 m×1.5 m承臺(tái)。鋼立柱[1]采用φ720×10 mm的Q235螺旋鋼管作為主支撐體系，縱橋向12排，橫橋向分3排(單幅橋)，全橋共計(jì)68根鋼立柱。鋼立柱支架設(shè)置16槽鋼做成桁架把相鄰兩排鋼管連接成整體增加整體穩(wěn)定性，槽鋼與鋼管立柱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接。

2.2 橋道梁上部支撐

橋道梁支架上部構(gòu)造主要指的是現(xiàn)橋道梁模板的支撐系統(tǒng)，由橫梁、貝雷縱梁和分配梁組成?？v向主梁采用貝雷梁，橫橋向采用90°支架連接。貝雷梁根據(jù)受力計(jì)算均需采用標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)弦桿加強(qiáng)，在鋼管樁頂位置需設(shè)加強(qiáng)豎桿，加強(qiáng)豎桿采用雙肢Ⅰ10型鋼，如圖2所示。

2.3 橋道梁支架系統(tǒng)計(jì)算

2.3.1 計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)

所用鋼材：Q235B，用于支架鋼管樁、支架稱重量、橫向分配梁，貝雷梁：16Mn。荷載標(biāo)準(zhǔn)及組合見表1。

表1 荷載標(biāo)準(zhǔn)及組合

2.3.2 計(jì)算工況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間情況及工序?qū)嚨懒含F(xiàn)澆支架按以下幾種工況[2,3]進(jìn)行計(jì)算：

工況一：貝雷梁自重+混凝土第一次澆筑荷載+臨時(shí)荷載計(jì)算。

工況二：工況一組合荷載+混凝土第二次澆筑荷載。

工況三：工況二、三組合荷載+混凝土第四次澆筑荷載(合龍段)。

工況四：工況一、二、三組合荷載+混凝土第四次澆筑荷載(合龍段)。

工況五：工況一～四組合荷載+拱肋自重+拱肋安裝支架。

2.3.3 計(jì)算模型

為驗(yàn)算橋道梁現(xiàn)澆支架各構(gòu)件內(nèi)力和變形是否滿足要求，根據(jù)現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)圖紙使用midas Civil2012 建立有限元模型，全部單位采用梁單元、桁架單元模擬，共計(jì)12 231個(gè)節(jié)點(diǎn)，桁架單元7 247、梁單元16 444；模型所選用的材料大多為Q235鋼材，鋼管、工字鋼、槽鋼、貝雷梁支撐架、貝雷梁材質(zhì)均為16Mn鋼材，根據(jù)支架系統(tǒng)各截面特點(diǎn)選用了不同的截面，模擬了相應(yīng)的連接件和邊界條件以確保模型準(zhǔn)確性。

2.3.4 不同工況橋道梁現(xiàn)澆支架模型計(jì)算

支架系統(tǒng)主要由4種材料構(gòu)成：Q235(鋼管樁、工字鋼、槽鋼、支撐架)，16Mn(貝雷梁)，因此驗(yàn)算其強(qiáng)度及變形，現(xiàn)澆支架模擬計(jì)算見圖3。

計(jì)算不同工況下現(xiàn)澆支架整體撓度，計(jì)算值如表2所示。

表2 不同工況現(xiàn)澆支架整體撓度 mm

根據(jù)模擬分析得出支架的搭設(shè)在滿足合理經(jīng)濟(jì)性同時(shí)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，避免了因方案設(shè)計(jì)而帶來的安全隱患。

2.3.5 現(xiàn)澆支架整體穩(wěn)定性分析

驗(yàn)算φ720×10 mm鋼管，最大軸力145 t，最大自由長度取10 m，驗(yàn)算時(shí)取1.2的安全系數(shù)[1,4]。

鋼管壓縮變形計(jì)算(取受力最大鋼管長度)：

支架整體屈曲穩(wěn)定系數(shù)為4.2>4，滿足要求。

3 橋道梁施工

3.1 橋道梁澆筑前期準(zhǔn)備

橋道梁模板主要采用鋼模板和木模板的組合形式進(jìn)行安裝[4]，在底模鋪設(shè)完成后，重新標(biāo)定橋梁中心軸線，對(duì)車道梁的平面位置進(jìn)行放樣，在底模上標(biāo)出側(cè)模、內(nèi)腹模和鋼筋布置的位置。頂板底模安裝，在安裝前需利用鋼管腳手架預(yù)先搭設(shè)模板支撐，支架頂設(shè)可調(diào)高度頂托，堵頭模板因有鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道孔眼，模板采用鋼模。

在梁端與橫梁位置預(yù)應(yīng)力錨頭位置的模板和支座處模板，按設(shè)計(jì)要求和支座形狀做成規(guī)定的角度與形狀，保證錨頭位置混凝土面與該處鋼絞線的切線垂直。橋道梁上設(shè)置了眾多的預(yù)埋件，澆筑前要仔細(xì)核對(duì)圖紙，注意支座預(yù)埋鋼板、拱腳鋼構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力設(shè)備、泄水孔等預(yù)埋件的埋置，千萬不可遺漏，預(yù)埋時(shí)注意各預(yù)埋件的尺寸和位置。

3.2 橋道梁混凝土澆筑施工

根據(jù)總體施工組織安排，總長度為141 m，共分3次澆筑。預(yù)留2段2 m接頭，第一次澆筑46 m，第二次澆筑46 m，第三次澆筑45 m。梁段混凝土分3次澆筑完成，混凝土澆筑采用泵送。首先澆筑梁兩端腹板，澆筑至頂板倒角位置，頂板一次澆筑完成。為了確保梁體的外觀質(zhì)量，豎直方向上腹板先澆筑，混凝土澆至頂板倒角處，頂板再進(jìn)行澆筑。

3.3 橋道梁預(yù)應(yīng)力施工

預(yù)應(yīng)力工程[5]作為現(xiàn)澆橋道梁的重中之重，從預(yù)留孔道的布設(shè)、錨墊板的安裝、錨下混凝土的振搗以及張拉和壓漿操作均不容忽視。一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會(huì)造成質(zhì)量問題。預(yù)應(yīng)力工程分孔道成型、下料束、穿索、張拉和壓漿、封錨六個(gè)步驟。

4 結(jié)論

所建模型與實(shí)際情況基本一致。通過有限元對(duì)實(shí)際荷載的模擬可計(jì)算不同工況下分配梁、貝雷梁、臨時(shí)支墩能否滿足要求，計(jì)算支架的整體穩(wěn)定性也滿足規(guī)范要求。證實(shí)支架方案設(shè)計(jì)的合理性，避免了工程在施工過程中因設(shè)計(jì)存在缺陷所帶來的安全隱患，也為橋梁工程質(zhì)量的提升和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增加做出更大效益。

[1] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG D60—2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[3] JTJ 025—86，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Construction of bridge beam of arch bridge superstructure based on finite element simulation

Peng Fanguo

(ZhejiangPanSeaTransportationEngineeringCo.,Ltd，Hangzhou310000,China)

The construction of bridge girder is an important part of bridge construction. The design of bracket before construction is related to the safety, stability and service effectiveness of bridge superstructure. Based on the finite element simulation, the safety of the bridge structure and the design of the bridge structure is analyzed, and the construction technology of the superstructure is introduced.

bridge beam construction, superstructure, finite element simulation

1009-6825(2017)20-0178-03

2017-04-19

彭藩國(1989- )，男，助理工程師

O241.82

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