大跨度拱桥钢箱梁制造线形的研究.doc

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1、大跨度拱桥钢箱梁制造线形的研究摘要:文章通过对安装线形与制造线形的概念的理解和计算,分析了如何运用大型桥梁通用软件 MIDAS CIVIL 方便的得出制造线形坐标。零初始位移法和切线初始位移法是确定制造线形的两种方法,文章通过两种方法得出结果基本一致,其中切线初始位移法渗透了无应力状态一次成桥的原理,使得计算效率大大提高,同时通过实例也验证了此方法的正确性和实用性。 关键词:制造线形;切线初始位移法;零初始位移法 中图分类号:K928.78 文献标识码:A 文章编号: 0.引言 随着社会经济的不断发展,城市大跨度桥梁不断涌现,除此之外,城市桥梁还注重桥梁的美观,所以拱桥往往都能成为城市桥梁的选

2、择之一。而由于城市桥梁建设地理位置的特殊性,钢箱梁悬臂拼装几乎成为了施工手段的最优选择。悬臂拼装桥梁施工的关键问题是选择合适的制造线形及安装线形,使得桥梁结构最终达到设计线形。 1.安装线形与制造线形的定义 顾名思义,安装线形是每个桥梁节段在安装过程中的线形,确切一点就是节段刚刚被安装时前端所处的标高,若把每个节段安装时的的前端标高用折线连起,那就是桥梁悬臂拼装的安装线形。 安装线形与制造线形的最大区别是是否处于无应力状态,如果钢箱梁节段是以无应力线形制造然后以安装线形拼接起来,那么钢箱梁肯定需要外力的约束,显然,此时的钢箱梁时有应力存在的。 2.制造线形的确定 制造线形的确定通常使用零初始位

3、移法或者切线初始位移法 。 2.1 零初始位移法确定制造线形 若按照实际施工步骤把桥梁模型建好,即采用零初始位移法,是没办法直接通过查看模型分析结果很方便的得出制造线形的。若要确定制造线形(所有节点制造标高) ,只要能确定下一节点制造标高与上一节点制造标高即可,当然,前提是安装标高已知。具体步骤如下图(图 2-1图 2-3),设节点 1,2,3 的安装标高分别为:,节段,长分别为:图 2-1 零初始位移法阶段一 Fig.2-1 stage1 of zero initial displacement method 阶段一:(如图 2-1)节段被吊装,节段处于无应力状态,且节点1 位于安装标高上,

4、此时假定节点 1 的无应力标高(制造标高)已知为。节点 1 放大,此时节点 1 为无应力指向。 图 2-2 零初始位移法阶段二 Fig.2-2 stage2 of zero initial displacement method 阶段二:(如图 2-2)节段被吊装,此时节段处于无应力状态,节点 2 位于安装标高上;此时,节段已变为有应力状态,节点 1 因为吊装节段而产生位移,已经偏离了安装标高(使节点 1 向下为负值,向上为正值) ,而且节点 1 也产生了转角(使节点 2 向下为负值,向上为正值) ,而节点 2 为无应力指向。 图 2-3 零初始位移法阶段三 Fig.2-3 stage3 of

5、 zero initial displacement method 阶段三:(如图 2-3)节段被吊装,此时节段处于无应力状态,节点 3 位于安装标高上;此时,节段已变为有应力状态,节点 2 因为吊装节段而产生位移,已经偏离了安装标高,而且节点 2 也产生了转角。以此类推,便可一步步地求出每一个节点的制造标高,把每一个节点连起来就得到制造线形。 2.2 切线初始位移法确定制造线形 切线初始位移法可以理解成,待安装的所有梁节段均位于已安装节段的切线上,若要达到这个要求,具体实现步骤见下图(图 2-4图 2-6): 图 2-4 切线初始位移法阶段一 Fig.3-4 stage1 of tangen

6、tial displacement method 阶段一:(如图 2-4)此时节段,均是无重梁段,即此时梁段是无应力线形,在实际施工过程中,此阶段是不存在的,但是可以在软件上模拟。 图 2-5 切线初始位移法阶段二 Fig.2-5 stage2 of tangential displacement method 阶段二:(如图 2-5)节段安装完毕且节段被吊装,节段所受到的外力(包括重力)以梁单元分布荷载体现。此时节段和节段在节点 1 的切线延长线上,且仍然处于无应力状态。 图 2-6 切线初始位移法阶段三 Fig.2-6 stage3 of tangential displacement m

7、ethod 阶段三:(如图 2-6)节段与节段安装完毕,且节段被吊装,节段与节段所受的外力均以梁单元分布荷载体现。此时节段在节点 2 的切线延长线上,且仍然处于无应力状态。 3 工程实例 3.1 工程概况 广州市南沙开发区凤凰三桥是凤凰大道跨越下横沥水道,连接南沙经济开发区黄阁镇和龙穴岛港区的城市主干道,是构成环大南沙“中环路”的重要组成部分。大桥主桥采用 510m 的中承式系杆拱桥,桥跨组合40+61+308+61+40 米。主桥体系为无推力钢箱系杆拱桥,采用由两端向跨中逐段吊装中跨吊杆及主梁,并同时分批张拉桥面上方系杆,直至跨中合拢的施工方法。 3.2 零初始位移法及切线法确定中跨钢箱梁制

8、造线形 3.2.1 零初始位移法建模分析 零初始位移法确定制造线形,采用 MIDAS Civil 建立该桥有限元模型(如图 3-1) ,此模型完全按照施工步骤建成。 图 3-1 零初始位移法模型建立 Fig.3-1model of zero initial displacement method 主跨钢箱梁共 26 段钢箱梁,对称任意一侧编号为 B0B12,跨中段为 B0。其中 B11 与 B12 为满堂支架安装。按照以上笔者方法便可求得制造线形。 3.2.2 切线法建模分析 切线法建模分析与零初始位移法建模分析最大的区别,当满堂支架施工 B11 与 B12 梁段时,其余所有梁段亦以有刚度无重

9、度的形式安装完整,如下图 3-2: 图 3-2 切线初始位移法模型建立 Fig.3-2 model of tangential displacement method B0-B10 梁段均无重度,而且需要强调的是,此时,钢箱梁跨中 B0与 B0 之间约束断开的,因为要保证没安装(即没重度)梁段均在已安装梁段端部切线延长线上。以后每安装一节梁段就以梁单元荷载的形式替代梁单元重量施加。最终成桥位移的反号就是梁段的制造线形(如图 3-3) 。 图 3-3 切线初始位移法成桥位移 Fig.3-3finial displacement of tangential displacement method

10、4 结语 中承式系杆拱桥钢箱梁制造线形的确定可以采用零初始位移法与切线法,而经验证得,两种方法得出结果基本吻合。而切线法可以直接在MIDAS Civil 所建立模型的成桥位移读取,结果很直观且读取很方便,为其它类似桥梁包括斜拉桥与悬索桥制造线形的计算提供参考。 参考文献: 1葛耀君 分段施工桥梁分析与控制M人民交通出版社,2003 2颜东煌 斜拉桥合理设计状态确定与施工控制 D湖南大学 博士学位论文,2001. 3西南交通大学苏通长江公路大桥主桥施工控制结构计算非线 性分析报告R.2006. 4向中富桥梁施工控制技术M北京:人民交通出版社,2004 5葛难君分段施工桥梁分析与控制M北京:人民交通出版社,2003.

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