宽体钢箱梁施工中临时结构受力特性研究.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程宽体钢箱梁施工中临时结构受力特性研究周俊强1 李旭东2*刘光辉2（1.中铁二十四局集团有限公司 上海 200000；2.南京上铁地方铁路开发有限公司江苏南京 210000）摘要：本文基于某超宽钢箱梁建设工程，建立了顶推施工临时结构的有限元模型，分析了临时结构在施工中拼装与滑移阶段最不利工况下的位移与应力情况，并对支架在各施工阶段进行了稳定性验算。结果表明，支架在拼装与滑移阶段的最不利工况下，支架的最大变形及最大应力均满足相关要求，超宽钢箱梁支架的稳定性均满足规范要求，但是滑道支架上的组合应力较大，施工需对其重点关注。关键词：钢箱梁 顶推施工 有限元分析 稳定性分析中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0187-04Study on Stress Characteristics of Temporary Structure in Construction of Wide Steel Box GirderZHOU Junqiang1 LI Xudong2*LIU Guanghui2(1.China Railway 24th Bureau Group Co.,Ltd.,Shanghai,200000 China;2.Nanjing Shangtie Local Railway Development Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu Province,210000 China)Abstract:In this paper,based on the construction project of an ultra-wide steel box girder,the finite element model of the temporary structure in incremental launching construction is established.It analyzes the displacement and stress of the temporary structure under the most unfavorable working conditions in the assembly and sliding stages of construction,and checks the stability of the support in each construction stage.The results show that the maximum deformation and maximum stress of the support meet the relevant requirements under the most unfavorable working conditions during the assembly and sliding stages of the support,and the stability of the super wide steel box girder support meets the requirements of the specification,but the combined stress on the runway support is large,so the construction needs to focus on it.Key Words:Steel box girder;Incremental launching construction;Finite element analysis;Stability analysis桥梁作为交通运输的重要组成部分，关系着我国城市经济发展的命脉。目前，随着城市交通需求量与日俱增，桥梁的钢箱梁施工技术也进入了高速发展的阶段1。钢箱梁具有重量轻、刚度大、跨越能力强等特点2，被广泛应用于桥梁建设中。同时，为了提高桥梁的通行能力，宽体钢箱梁桥逐渐走进了人们的视野。在宽体钢箱梁施工过程中，需要搭建临时构件，包括顶推支架、拼装支架、临时扣塔等，临时构件对顶推施工顺利实施及安全保障起到至关重要的作用3。陈然4利用有限元分析法，建立了有限元分析模型，对5DOI：10.16660/ki.1674-098X.2211-5640-6166作者简介：周俊强（1988），男，本科，工程师，研究方向为桥梁施工。通信作者简介：李旭东（1995），男，本科，助理工程师，研究方向为工程管理，E-mail：。187科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程种工况下的钢箱梁临时支架和梁段进行模拟验算。在最不利状态下，分析了钢箱梁节段吊装施工中临时支架各杆件的受力情况。张庆虎等5针对某小半径曲线钢箱梁建立了临时支架有限元模型，参照现行桥梁设计规范，确定相关参数、工况和计算荷载，对不同工况下的临时支架进行了强度及稳定性分析，确定了受力和变形较大的位置。张子杰等6结合相关工程，对基于正式斜拉索塔结构设计的施工临时索塔进行结构优化设计，通过有限元软件计算结果表明，优化后的施工临时索塔结构结构简单且内力分布更合理，有利于现场施工，并降低施工成本，减少对既有铁路的影响。张宪堂等7基于某跨海钢箱梁桥工程，采用MIDAS/Civil有限元软件建立全桥空间杆系模型对相关设计参数进行敏感性分析，研究施工临时结构载荷参数对主梁应力、主梁线形的敏感程度。综上所述，超宽钢箱梁施工临时支架是确保其施工质量与安全的重要组成部分。本文以实际工程为背景，研究超宽钢箱梁施工临时支架的承载能力，明确临时结构应力危险位置，同时指导相似的工程施工项目。1 工程概况本文以某两跨（32+33）m斜交连续钢箱梁桥施工为依托开展研究。主梁结构为单箱四室钢箱梁，横向设置2个支座。箱梁两侧采用2.6m长的悬臂，箱梁底板宽度为23.7m，各腹板均铅垂布置，各腹板纵向均采用肋板加劲。钢箱梁顶底板均在支座位置处进行加厚处理，顶板标准段厚20mm，底板标准段厚18mm，腹板标准段厚18mm，加厚段25mm。本工程案例桥总体呈南北走向，南端与既有桥梁预留桥墩相接，向北依次上跨京沪铁路、沪宁高铁路后，与已建成道路相接。全桥总长515.50m，标准段桥梁全宽24.5m，涉铁段桥梁全宽28.9m。采用边墩正交，中间墩斜交的布孔方式。其施工立面如图1所示。2 临时结构设置本工程钢箱梁拼装支架采用钢管重型支架，支架除作为钢箱梁拼装平台以外，还作为顶推施工平台；钢支架采用609mm12mm制作，钢管与混凝土上的预埋件焊接牢固，钢管桩之间用20槽钢连接，钢管桩纵向间距810m之间，钢管桩横向设置5根，横向间距依次为6.25m、5.6m、5.6m、6.25m。在钢管桩上方用双拼45#工字钢制作的横梁，在横梁上设置双拼45#工字钢作为纵梁。临时结构主要由609mm12mm钢管、20槽钢、45b工字钢、焊接700600箱型梁及滑道等组成，支架材料均采用Q235钢，钢材的材料特性依据 钢结构设计规范（GB 50017-2017）第4.4.1条，见表1。3 有限元计算3.1 计算模型计算基于MIDAS Civil有限元程序建立有限元模型，结构均采用梁单元模拟。有限元模型如图 2所示。图1现场概况图表1Q235钢材料特性及设计强度指标材料牌号Q235钢厚度16164040100泊松比v0.3弹性模量/MPaE2.06105容重/（tmm-3）-7.8510-9抗拉、抗压、抗弯设计强度/（Nmm-2）fd215205200抗剪设计强度/（Nmm-2）fvd125120115188科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 土 木 与 建 筑 工 程3.2 临时支架受力分析依据 公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）和 钢结构设计规范（GB 50017-2017）的相关规定，施工阶段考虑钢管支架结构自重、施工机具和人群临时荷载、施工期十年一遇风荷载，以及钢箱梁安装施工过程中作用于钢管支架的最不利荷载等。施工荷载除了有特别规定外均采用标准值，不同类型荷载组合时不考虑荷载组合系数。施工阶段的钢梁支架纵横向稳定计算，其构件自重效应分项系数取1.2。通过有限元计算，钢箱梁顶推过程中各支点反力结果汇总于表2。根据各支点反力的最大值，确定最不利状态下支架上的受力。3.3 支架拼装最不利工况下的计算分析支架拼装阶段的有限元计算模型及最不利受力工况布置如图3所示。表3为不同施工阶段临时支架最不利工况下的计算 结 果，根 据 有 限 元 计 算，支 架 最 大 组 合 应 力61.1MPa，最大挠度0.69mm。根据 钢结构设计标准（GB 50017-2017），支架在拼装阶段变形及容许应力均满足要求。3.4 支架滑移最不利工况下的计算分析由表 3 可知，滑移阶段支架整体最大组合应力图2临时支架有限元模型表2顶推支架各支点支反力（单位：kN）墩柱工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9最大值Z25143915161516Z2612172361389038653890Z2721.832.379.622503753298373313853753滑块117541711169916611754滑块2159216061607160011981607滑块3165716641665166215063172541665滑块415681577157815781619129210786081619最大值1754171116991662225037532983389038653890图3支架拼装最不利受力工况189科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald土 木 与 建 筑 工 程178.96MPa，最大挠度2.5mm。根据 钢结构设计标准（GB 50017-2017），支架在拼装阶段变形及容许应力均满足要求。表4为临时支架各构件在滑移阶段最不利工况下的最大应力。支架2拼45b工字钢分配梁最大组合应力为26.87MPa，支架700800三拼型钢滑道梁最大组合应力为178.96MPa，滑移支架钢管609mm16mm最大组合应力为146.1MPa，支架斜撑20号槽钢最大组合应力为67.6MPa。其中，应力最大值处在滑道上，故滑道支架为最危险构件，施工时需要对其重点关注。4 临时支架稳定性验算综合施工阶段分析，滑移就位前施工阶段、就位施工阶段工况下分别进行临时支架稳定性验算。根据施工实际情况要求，施工荷载为结构自重荷载G、风荷载Fwh、施工机具人员等活荷载组成。根据有限元屈曲模态分析结果，如表5所示。结果表明，超宽钢箱梁临时支架的一阶模态临界荷载系数为5.49，二阶模态临界荷载系数为5.58，三阶模态临界荷载系数为6.16，均满足要求。5 结论本文主要通过有限元计算研究了超宽钢箱梁施工阶段各最不利工况下临时支架的承载能力，主要结论如下。（1）根据有限元模拟，支架在拼装阶段、滑移阶段的最不利工况下，支架的最大变形及最大应力均满足规范要求。滑移就位前阶段、就位阶段时的临时支架的稳定性均满足规范要求。（2）在顶推施工滑移阶段，滑道支架上的组合应力最大，故滑道支架为最危险构件，施工时需对其重点关注。（3）施工单位在条件允许的情况下，可对滑道支架进行局部加强，改善其受力作用，以减小顶推施工滑移阶段滑道的最大应力。参考文献1 张险峰,孟庆花.探究桥梁施工中大跨径连续桥梁施工技术的应用J.建筑与预算,2022(2):37-39.2 李斌.顶推滑移技术在钢结构桥梁施工中的应用J.交通世界,2021(35):97-98.3 樊晓锋,冀诚,魏敏,等.钢箱梁滑移施工期支撑体系受力特性分析J.建筑施工,2021,43(7):1284-1286.4 陈然.大跨度钢箱梁吊装及临时支架结构模拟验算D.淮南:安徽理工大学,2021.5 张庆虎,路镇武,夏中强.小半径曲线钢箱梁支架稳定性J.建筑技术开发,2022,49(2):46-49.6 张子杰,张成,张文学,等.大跨度转体钢箱梁桥临时索塔优化设计J.施工技术(中英文),2022,51(12):19-22.7 张宪堂,余辉,秦文彬,等.钢箱梁斜拉桥结构参数敏感性分析J.山东科技大学学报（自然科学版）,2020,39(5):41-47,55.表3不同施工阶段临时支架的计算结果施工阶段拼装阶段滑移阶段最大组合应力/MPa61.1178.96最大竖向位移/mm0.692.5表4临时支架各构件在滑移阶段的最大应力临时支架构件45b工字钢分配梁700800三拼型钢滑道梁609mm12mm滑移支架钢管支架斜撑20号槽钢最大应力/MPa26.87178.96146.1067.60表5临时支架各模态下的临界荷载系数模态一阶模态二阶模态三阶模态临界荷载系数5.495.586.16190