三门峡黄河公铁两用桥钢桁梁顶推动力学分析

发布时间：2021-01-11 19:24

　　研究目的:有关钢桁梁顶推施工的研究大多局限于杆系有限元的静力学分析,然而钢梁顶推是一个动态过程,桥墩-钢梁-滑块-滑道梁相互作用成为三维空间体系,力学机制复杂,目前对顶推动态过程的计算分析较为少见。鉴于此,本文采用数值模拟和试验监控相结合的手段,对三门峡黄河公铁两用桥钢梁顶推过程进行动力学分析,以便明确各细部结构的受力状况,为主体结构的安全施工提供技术保障。研究结论:（1）顶推过程中墩身承受交替变化的拉/压应力,初始阶段的拉应力和变形较大,随着向托梁中部顶推,桥墩拉应力和变形减小,易开裂区向弧形帽梁底部扩展;（2）滑道梁的应力和变形随着滑块接近托梁中部逐渐减小且分布趋于均匀,最大应力出现在腹板与加劲肋连接位置;（3）滑块在顶推初始阶段出现类似"爬坡"的现象,与滑道梁接触面的受力、变形不均匀,且存在静-动摩擦系数的转变,导致桥墩在顶推开始时刻承受一定水平力;（4）本文研究可用于指导高墩多跨连续钢桁梁的顶推施工。 

【文章来源】：铁道工程学报. 2020,37(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

主桥桥跨布置图

根据主桥和顶推装置的设计图纸，建立桥墩-滑块-滑道梁的实体有限元模型。主墩为门型空心墩，采用C40混凝土，墩帽横桥向宽33.6 m，顺桥向宽7.6 m。本文选择钢梁首次过边孔的10号墩为建模对象，墩高61 m，底部实体段高2.0 m。滑道梁和滑块为全焊接结构，材质为Q345钢，采用4节点减缩积分壳单元S4R建模。主墩采用实体单元模拟，单元类型为线性四面体单元C3D4。桥墩-滑道梁-滑块按照对应的位置关系组合为装配体，整体网格模型如图3所示。模型各部件之间定义合适的接触关系，钢滑道梁置于主墩混凝土托梁表面，与预埋锚板焊接，两接触面相当于固结，设置为tie连接方式。滑块和滑道梁之间存在法向传力和切向摩擦作用，但需要指出的是，三门峡黄河桥钢桁梁采用拖拉式顶推，水平推力与滑动摩擦力在顶推装置内部互相平衡，主墩不受水平力作用。因此，计算模型忽略滑块和滑道梁之间的摩擦力，切向定义为无摩擦(Frictionless)，法向定义为“硬”接触(Hard Contact)模式。根据全桥杆系有限元计算结果确定钢梁中桁最大支反力为1 720 t，边桁最大支反力为1 150 t。以面荷载的形式施加于滑块表面以模拟对钢桁梁的支撑作用。桥墩底面设置为固结约束，滑块施加纵向速度，释放竖向位移及转动自由度。计算模型边界及荷载施加情况如图4所示。图4 模型荷载及边界施加

图3 计算模型整体网格为便于分析，规定顶推坐标系如图5所示。坐标原点位于滑道梁中点，顺桥向为X轴，竖桥向为Y轴，滑块位于距离混凝土托梁中线6 m处(X=6 m)，每小时滑移约6 m，在2 h内滑移至托梁另一侧，即X=-6 m处。

【参考文献】：
期刊论文
[1]简支双线钢桁梁桥设计与施工技术研究[J]. 侯勇.  铁道工程学报. 2010(10)
[2]钢梁施工多点同步顶推技术及质量安全控制[J]. 王伟宁,张利英.  铁道工程学报. 2010(05)
[3]我国正在设计修建的特大跨度铁路桥梁及其技术特点[J]. 刘辉,徐恭义.  铁道工程学报. 2007(09)
[4]钢桁梁桥施工架设方法研究综述[J]. 岳丽娜,陈思甜.  公路交通技术. 2006(03)



本文编号：2971340