某公路跨江钢箱梁桥塔架辅助悬拼施工过程分析

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20190302

安徽建筑大学学报

JournalofAnhuiJianzhuUniversityVol.27No.3

Jun.2019

某公路跨江钢箱梁桥塔架辅助悬拼施工过程分析

周宏庚

(中铁四局集团钢结构建筑有限公司，安徽合肥

摘

230031)

要：以某新建公路钢箱梁桥跨江的一联为分析对象，用MidasCivil有限元分析软件对其塔架辅助悬拼施

工过程进行模拟分析，并将施工阶段分析结果与一次成桥模型计算结果进行比较，成桥线形及受力状态基本一致。对类似无法搭设临时支架施工的钢箱梁桥施工安装有一定的借鉴参考价值。关键词：钢箱梁桥；塔架辅助悬拼；MidasCivil；施工阶段分析中国分类号：U442.1

文献标识码：A

文章编号：2095-8382(2019)03-007-04

ConstructionProcessAnalysisofTowerAuxiliaryCantileverErectionfor

AHighwaySteel-BoxGirderBridgeacrosstheRiver

ZHOUHonggeng

(SteelStructureConstructionCO.LEDofChinaTiesijuCivilEngineeringGroup，Hefei230031，China)

Abstract：Theanalysisobjectisapartofanewly-builthighwaysteel-boxgirderbridgeacrosstheriver，andthefiniteel‐ementanalysissoftwareMidasCivilisusedtosimulatethetowerauxiliarycantilevererectionforthebridge.Throughthecomparisonbetweentheconstructionprocessanalysisresultsandtheoncecompletedcalculationresults，thelinearandstressstatearealmostthesame.Thereissomeofreferencevaluefortheconstructionandinstallationofthesimilarsteel-boxgirderbridgewhichcannoterecttemporarysupport.Keywords：steelboxgirderbridge；towerauxiliarycantilevererection；midascivil；constructionprocessanalysis

0引言

目前，钢箱梁常用的架设施工方式有顶推施工、吊装施工和悬臂拼装施工等[1-2]，但施工架设过程中顶推施工和吊装施工会不可避免地搭设临时支架工程，当遇到临时支架工程搭设受限时，悬臂拼装施工的方法就成为首选。桥梁施工过程中的安全以及成桥后的线形、受力状态是否符合设计要求，是衡量一座桥梁的质量标准[2-3]。

以某新建公路钢箱梁桥跨江的一联为分析对

收稿日期：2019-01-15

象，跨江段采用悬臂拼装方法施工，但悬臂拼装成桥线形与施工预拱度密切相关，要通过制作厂施加制作预拱度[4]进行控制，给钢箱梁制造提出较高要求，且拼装过程要严格按照施工预拱度进行标高控制。文章采用在支座处架设临时塔架用拉索对成桥线形进行控制，以此为背景，采用MidasCivil[5]有限元软件对施工过程进行施工阶段[6]模拟，对施工过程中桥梁支座反力、变形及应力分布和合龙可行性等进行分析，并与一次成桥在钢箱梁自重作用下的结果进行比较分析。

作者简介：周宏庚(1985-)，男，一级注册结构工程师，硕士，主要研究方向：工程结构抗震、施工大临设计。

8安徽建筑大学学报第27卷

1工程概况该直线桥段跨径为40m+70m+40m+40m，其中70m跨为跨江段；采用单箱四室结构，桥面宽度16.5m，截面高度由3.5m渐变至2m，中支点高3.5m，端支点及跨中高2m，桥梁断面见图1(单位：mm)。图1

桥梁断面图

对桥梁40m跨部分采用在地面搭设临时支架，汽车吊站立在地面由两端同步进行施工安装；而70m跨由于跨江江域为当地保护水源，严禁搭设临时支架等工程，采用汽车吊站立在桥面进行悬臂拼装的方法，并辅以临时塔架拉索对其合龙施工及成桥线形等进行控制，跨江段主要架设过程见图2-图4(单位：cm)。

图2悬臂拼装L1和L2梁段

图3架设塔架及拉索后悬拼L3梁段

图4架设第二对拉索后合龙L4梁段

2施工阶段模型建立

根据该桥梁施工过程中的结构受力特征、计算

内容及精度等要求，钢箱梁主体及塔架采用线性梁单元进行模拟，拉索采用只受拉单元模拟，桥梁支座处采用铰接处理，塔架与钢箱梁刚接，荷载考虑钢箱梁等构件自身自重荷载、桥面汽车吊及吊装桥段的荷载和拉索的初拉力荷载，因工期较短，未对温度作用进行考虑。

运用MidasCivil采用一次性建模法[7]建立结构的整体模型，包含相应的边界及荷载，再依据实际的施工步骤将单元、边界、荷载划分到不同的结构组、边界组和荷载组中，通过对结构组、边界组和荷载组的激活与钝化处理来模拟施工阶段。共分8个施工阶段，分别为：40m跨架设完成→悬拼L1梁段→悬拼L2梁段→施加第一道拉索→悬拼L3梁段→施加第二道拉索→合龙L4梁段→撤除塔架拉索及汽车吊荷载，施工阶段整体模型见图5。

图5施工阶段整体模型

3计算结果分析与比较3.1桥梁支座反力分析比较各施工阶段支座反力统计见表1，其中一次成桥阶段仅考虑钢箱梁本身的自重荷载，与CS8施工阶段的荷载一致。由表1可以看出，在施工阶段CS5进行时，左侧边支座(0#墩)出现Z向的拉力，应结合悬拼过程以1#墩为支点对其进行纵桥向抗倾覆设计。按架

第3期周宏庚：某公路跨江钢箱梁桥塔架辅助悬拼施工过程分析9

设过程中抗倾覆系数不小于1.3考虑，经计算，需在0#墩处施加锚固力1156KN可满足抗倾覆要求，通过在支墩锚固拉索并与钢箱梁焊接耳板进行锚固连接。

表1

各支座反力统计表

(单位：KN)模拟施工过程步骤0#墩

1#墩

2#墩

3#墩

4#墩

CS1(悬拼前)2413.32482.32134.957.91833.3CS2(悬拼L1)2192.66151.35748.85535.31859.3CS3(悬拼L2)1252.48162.67742.34413.51975.9CS4(加第一道索)1252.48355.9

7913.14458.91953.0

CS5(悬拼L3)-121.611138.610713.12822.42121.6CS6(加第二道索)-121.611138.610632.72984.52039.9CS7(合拢)

-239.911546.211114.42804.82058.1

CS8(撤除吊车及拉索)1190.48187.67842.44287.71988.9POSTCS(一次成桥)

1110.8

8272.8

7914.24201.31997.9

注：负号表示支座出现拉力

钢箱梁合龙成形后在钢梁自重作用下的支反力与一次成桥模型在钢梁自重作用下的支反力基本一致，最大相差86.4KN，相差2%，出现在3#墩支座处，说明采用塔架辅助钢箱梁悬拼施工方法效果较好。3.2

桥梁位移变形分析比较

典型施工阶段变形及一次成桥状态下变形见图6-图8。

由图6-图8可以看出，在第6施工阶段结束时，合拢段两侧悬臂钢梁段的节点分别上挑3.7mm和2.9mm，能满足合龙所需的要求，合龙可顺利进行。钢箱梁合龙成形后在钢梁自重作用下的变形与一次成桥模型在钢梁自重作用下的变形基本一致，最大竖向位移相差10.9mm，线形基本一致。

合理控制拉索初拉力值可以对钢梁合龙前悬臂端的位移进行控制，可达到较理想的合龙效果；由于本次模型在合龙前发生上翘，导致最终合龙后下挠较一次成桥模型偏小。3.3

桥梁应力分析比较

最终施工阶段应力及一次成桥状态下应力见图9-图10，悬拼跨最大应力统计见表2。

由表2可以看出，钢箱梁合龙成形后在钢梁自重作用下的应力分布及大小与一次成桥模型在钢梁自重作用下的应力分布及大小基本一致，施工阶

图6施工阶段CS6(合龙前)变形图

图7施工阶段CS8(撤除吊车及拉索后)变形图

图8一次成桥状态变形图

图9

施工阶段CS8(撤除吊车及拉索后)应力图

图10一次成桥状态应力图表2悬拼跨最大应力统计

单位：MPa计算步骤1#墩处合拢跨跨间

2#墩处CS8(撤除吊车及拉索)-54.159.5-53.7POSTCS(一次成桥)

-57.7

53.1

-56.8

段过程中钢梁应力亦不超限，采用塔架辅助钢箱梁悬拼施工方法可以较好地控制施工过程中钢箱梁应力，最终成桥状态与一次成桥吻合较好。

(下转第57页)

第3期

(8)：21-28.

杨旭冬，等：通风时段对合肥某商场建筑能耗影响的模拟研究57

andenvironmentalassessmentinthemediterraneancontext[J].AppliedEnergy，2017(187)：338-351.[8]杨志伟，于瑾，李奎波，等.基于DeST-C的通风对办

公建筑能耗影响的模拟分析[J].江西理工大学学报，2015，36(5)：67-73.

[9]魏晓真，曲云霞，黄峰.不同通风方案对建筑能耗影

响的模拟分析[J].建筑节能，2010，38(6)：13-16.[10]解晓明.利用夜间通风技术降低办公建筑空调能耗的

模拟研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2009.[11]骆诗哲，孟庆林.两种自然通风模拟方案下外窗性能

对建筑空调能耗的影响[J].建筑节能，2018(5)：159-161.

[3]景玉，高锉，关高庆，等.建筑节能设计自然通风力法浅

析[J].科技世界，2014(33)：131.

[4]赵江山，石邢，金星，等.国际建筑能耗模拟标准化方

法的比较研究[J].西部人居环境学刊，2017(6)：-70.[5]SaadonS，GaillardL，Giroux-JulienS，etal.Simu‐

lationstudyofanaturally-ventilatedbuildingintegrat‐edphotovoltaic/thermal(BIPV/T)envelope[J].EnergyProcedia，2015(78)：2004-2009.

[6]GourlisG，KovacicI.Astudyonbuildingperfor‐

manceanalysisforenergyretrofitofexistingindustri‐alfacilities[J].AppliedEnergy，2016(184)：13-1399.[7]NadalA，Llorach-MassanaP，CuervaE，etal.

Building-integratedrooftopgreenhouses：Anenergy

(责任编辑：凡大林)

(上接第9页)

4结语

通过对钢箱梁塔架辅助悬拼进行的施工阶段模拟分析并与一次成桥模型计算结果的对比，可以得出以下结论：

(1)钢箱梁塔架辅助悬拼施工方法最终成桥时支座反力、位移变形及应力等与一次成桥模型基本一致，成桥后线形和受力状态与一次成桥吻合较好；需要注意施工过程中支座反力为拉力的反常情况，考虑顺桥向的抗倾覆验算。

(2)钢箱梁塔架辅助悬拼施工过程中合理控制拉索初拉力值，可以达到较理想的合龙效果。

(3)对类似无法搭设临时支架施工的钢箱梁桥施工安装有一定的借鉴参考价值。

参考文献：

[1]赵秋.中国连续钢箱梁桥发展现状调查与分析[J].中外

公路，2015，35(1)：107-111.

[2]邓玉.钢箱梁开启桥施工控制[D].天津：天津大学建筑

工程学院，2010：1-3.

[3]戴杰.钢箱梁斜拉桥主梁顶推法施工阶段控制研究[D].

西安：长安大学，2009：8-10.

[4]赵雷.悬拼施工中钢箱梁制造尺寸的确定[J].西南交通

大学学报，2014，49(5)：754-759.

[5]刘美兰.MidasCivil在桥梁结构分析中的应用[M].北

京：人民交通出版社，2012：1-10.

[6]葛俊颖.桥梁工程软件Midascivil使用指南[M].北京：

人民交通出版社，2013：229-234.

[7]田黎敏.世界大学生运动会主体育场施工过程模拟分析

[J].建筑结构学报，2011(5)：70-72.

(责任编辑：凡大林)