連續(xù)鋼箱梁吊裝施工及其力學(xué)特性探究

1、 連續(xù)鋼箱梁吊裝施工及其力學(xué)特性探究 摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，在很大程度上促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，在大型橋梁中，由于鋼筋梁所具有的自重輕、經(jīng)濟(jì)、架設(shè)方便等優(yōu)點(diǎn)而得到了較為廣泛的應(yīng)用。在本文中，主要結(jié)合某工程施工案例，對(duì)連續(xù)鋼筋梁吊裝施工及其力學(xué)特性進(jìn)行了一定的探究，僅供參考。關(guān)鍵詞：連續(xù)鋼箱梁；吊裝施工；力學(xué)特性1.引言在現(xiàn)代大跨徑橋梁中，鋼筋梁是比較常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，具有施工安全、自重輕、跨度大、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。在鋼筋梁梁塊運(yùn)輸以及吊裝整體施工的過(guò)程中，鋼筋梁結(jié)構(gòu)以及具備充足的強(qiáng)度和剛度，對(duì)于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及正常成橋狀態(tài)的滿(mǎn)足有著十分重要的作用。因此，本文主要依托某橋梁工程，主橋

2、是對(duì)等截面連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行采用，全橋孔跨布置（30+50+30）m，對(duì)鋼箱梁運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程以及吊裝過(guò)程建立了殼單元建模，并分析了整體內(nèi)力與局部變形，得出相應(yīng)的結(jié)論，從而在一定程度上對(duì)鋼箱梁的安全施工提供理論上的幫助。2.工程概況某橋梁平面位于半徑為326.1m的圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)上，同時(shí)，整個(gè)橋梁的半徑在1833m的豎曲線(xiàn)上，走向?yàn)槟媳狈较颍虚g對(duì)江河進(jìn)行跨越，線(xiàn)路中心與河道斜交的角度大致為80。整個(gè)橋梁的長(zhǎng)度為110m，其寬度30.7m，主橋采用等截面連續(xù)鋼箱梁，全橋孔跨布置為（30+50+30）m。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。圖1連續(xù)鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意（單位：cm）3.總體施工方案及施工布置

3、3.1總體施工方案3.1.1鋼箱梁的加工在相關(guān)的工廠(chǎng)對(duì)各梁段進(jìn)行生產(chǎn)加工，在完成預(yù)拼裝工序之后，通過(guò)利用運(yùn)梁車(chē)將其運(yùn)輸?shù)揭呀?jīng)完成的引橋上對(duì)其進(jìn)行吊裝3.1.2鋼筋梁吊裝系統(tǒng)在橋梁的外側(cè)以及橋下對(duì)鋼筋混凝土臨時(shí)墩柱進(jìn)行澆筑，并將橫縱向的貝雷梁、分配梁設(shè)置在其墩柱上方，使其形成一定的支架平臺(tái)，同時(shí)，在橋梁外側(cè)的臨時(shí)墩柱上面對(duì)鋼軌道進(jìn)行架設(shè)，并將兩臺(tái)32m重型跨墩龍門(mén)進(jìn)行安裝，使其作為鋼筋梁的吊裝系統(tǒng)。3.1.3安裝鋼箱梁通過(guò)對(duì)吊裝系統(tǒng)進(jìn)行利用來(lái)對(duì)箱梁節(jié)段從主墩開(kāi)始以對(duì)稱(chēng)的形式進(jìn)行安裝，主墩上的0號(hào)段對(duì)臨時(shí)固結(jié)的方式進(jìn)行采用來(lái)進(jìn)行鎖定，待到節(jié)段吊裝到位并且調(diào)整好線(xiàn)形之后，在后端的位置對(duì)馬板與已經(jīng)安裝

4、好的梁體實(shí)現(xiàn)臨時(shí)的連接，前段對(duì)吊裝系統(tǒng)的平臺(tái)進(jìn)行利用并結(jié)合型鋼來(lái)起到支撐定位的作用。每吊裝完成一段之后就可以焊接各個(gè)階段中間的位置，完成焊接之后，再對(duì)下一節(jié)段進(jìn)行安裝。邊跨及中跨合龍段的箱體在工廠(chǎng)加工預(yù)留50cm余量，在合龍之前對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，在切割余量之后在進(jìn)行合龍。3.1.4主橋混凝土橋面板在安裝完箱體之后，在鋼筋梁腹板上對(duì)鋼三角斜撐進(jìn)行焊接，底板搭鋼管腳手架作底模支撐，并對(duì)混凝土橋面板進(jìn)行澆筑。3.2鋼箱梁吊裝施工流程與公路鋼箱梁傳統(tǒng)的制造方法相結(jié)合，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)河道橋位的實(shí)際安裝環(huán)境，同時(shí)為了能夠使吊裝的要求得以滿(mǎn)足，可以將鋼箱梁依照縱向，也就是順著橋梁的方向進(jìn)行分段、按照橫向

5、分塊的原則對(duì)場(chǎng)內(nèi)整胎正裝制作進(jìn)行預(yù)制，也就是在胎架上進(jìn)行組拼、焊接并預(yù)拼裝一次性的完成之后，對(duì)脫胎進(jìn)行分段分塊進(jìn)行，再將其運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行吊裝。通常來(lái)說(shuō)，鋼箱梁的安裝順序是由主橋的兩端開(kāi)始向中間進(jìn)行安裝，并從3號(hào)橋臺(tái)開(kāi)始實(shí)際的安裝，每一段的安裝順序是由橋梁的外弧向內(nèi)弧進(jìn)行，也就是按照ABCDE的順序進(jìn)行，向?qū)蛄簝啥薃、E兩個(gè)橫向塊進(jìn)行安裝，再對(duì)B、D兩個(gè)縱向吊裝塊進(jìn)行安裝，最后對(duì)合龍段C進(jìn)行安裝。在實(shí)際施工的過(guò)程中，橋面吊機(jī)需要在船上或者是附近的碼頭進(jìn)行拼裝好之后，通過(guò)對(duì)浮吊進(jìn)行利用使其能夠直接吊至橋面上進(jìn)行安裝。相應(yīng)的調(diào)試工作完成之后，就可以在橋塔主跨側(cè)實(shí)現(xiàn)梁段的懸拼施工。同塔的2臺(tái)

6、橋面吊機(jī)可以對(duì)鋼箱梁進(jìn)行同時(shí)起吊，從主墩開(kāi)始，起吊鋼箱梁段就位，對(duì)梁段的斜率進(jìn)行調(diào)整，并與前一段進(jìn)行臨時(shí)的連接，對(duì)相鄰梁段之間的縫寬進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其能夠與設(shè)計(jì)值相接近，并使箱梁全部的截面焊接工作得以完成。鋼箱梁吊裝流程如圖2所示。圖2鋼箱梁吊裝流程4.鋼箱梁有限元模型分析與浮吊大節(jié)段的吊裝方案相結(jié)合，在首段梁段進(jìn)行施工的時(shí)候，需要對(duì)浮吊進(jìn)行直接利用將其吊裝至墩頂?shù)呐R時(shí)支座上面，并對(duì)其位置進(jìn)行精確的控制；當(dāng)中跨以及尾跨梁段進(jìn)行施工的時(shí)候，一端對(duì)梁段進(jìn)行利用來(lái)在已經(jīng)架設(shè)梁段的懸臂端臨時(shí)掛設(shè)牛腿，另一端支撐于墩頂臨時(shí)支座上方，并對(duì)牛腿以及墩頂處的調(diào)位進(jìn)行利用來(lái)對(duì)其位置進(jìn)行精準(zhǔn)的確定。相鄰節(jié)段之間

7、的鋼箱梁在焊接連接完成之后，在對(duì)下一跨梁段進(jìn)行施工。在本文所述工程中，主要對(duì)殼單元進(jìn)行選用來(lái)進(jìn)行建模，牛腿結(jié)構(gòu)和鋼箱梁均選用30200360鋼板，鋼板材質(zhì)均選用Q345qc鋼制造，取最長(zhǎng)C2塊鋼箱梁進(jìn)行變形計(jì)算，其主要內(nèi)容包括運(yùn)輸過(guò)程中的變形以及鋼箱梁在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生的變形等。C2塊鋼箱梁長(zhǎng)度為39.2m，寬度為5m，重量為117t。在通過(guò)ABAQUS有限元對(duì)鋼箱梁進(jìn)行分析的過(guò)程中，由于鋼箱梁在施工的過(guò)程中主要是對(duì)懸臂拼裝的方式進(jìn)行采用，梁段之間焊縫連接處的邊界條件用全固結(jié)模擬，另一端部位移邊界條件為全自由，即將梁段考慮為單懸臂構(gòu)件。4.1殼單元建模剖析對(duì)ABAQUS殼單元建模進(jìn)行采用，能夠使

8、求解的精度以及其效率得以極大地提高，位移變化趨勢(shì)幾乎是一致的，應(yīng)力會(huì)在交界的地帶出現(xiàn)一定程度上的不連續(xù)，但是，其對(duì)于整體的應(yīng)力來(lái)說(shuō)幾乎是沒(méi)有影響的。本工程中，鋼箱梁彈性模量取206GPa，泊松比取0.3，如圖3所示有限元模型。圖3C2塊有限元模型4.1.1模型荷載及約束情況鋼箱梁的運(yùn)輸期間主要是利用運(yùn)梁車(chē)進(jìn)行，運(yùn)梁車(chē)的組成部分主要包括車(chē)頭和托跑等，鋼箱梁在出廠(chǎng)的時(shí)候需要將運(yùn)梁車(chē)上的托盤(pán)與鋼箱梁進(jìn)行焊接固定。本次模擬主要是通過(guò)對(duì)鋼箱的底部靠近邊側(cè)2m的位置（0.15m5m=0.75m2）范圍內(nèi)實(shí)行豎向、橫向及縱向3個(gè)方向進(jìn)行約束。在實(shí)際運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，鋼箱梁主要是對(duì)自身的自重荷載進(jìn)行承受，考慮到在

9、運(yùn)輸期間豎直方向可能會(huì)出現(xiàn)沖擊的情況，對(duì)1.3荷載沖擊系統(tǒng)進(jìn)行采取。也就是對(duì)運(yùn)輸重量進(jìn)行計(jì)算，如下：G=1.31179.8kN=1490.6kN。4.1.2計(jì)算結(jié)果對(duì)ABAQUS有限元建模進(jìn)行利用來(lái)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，對(duì)最長(zhǎng)的C2塊鋼箱梁進(jìn)行采取來(lái)進(jìn)行變形驗(yàn)算，如下圖4所示，鋼箱梁最大的Mises應(yīng)力值，而鋼箱梁最大Mises應(yīng)力部位如圖5所示。圖5鋼箱梁最大Mises應(yīng)力部位從上述兩圖可以得知，在運(yùn)輸期間，運(yùn)梁車(chē)的托盤(pán)跟鋼箱梁相互接觸的地方就是鋼箱梁產(chǎn)生最大應(yīng)力的部位，其值的大小為114.2MPa，小于200MPa容許值。鋼箱梁位移的變化情況可以通過(guò)圖6表現(xiàn)出來(lái)。從圖6中可以得知，鋼箱梁發(fā)生變形情

10、況最為明顯的位置是跨中腹板缺失的地方。鋼箱梁最大變形為14.3mm，小于35200mm/500=70.2mm，其變形與相關(guān)規(guī)范的要求相滿(mǎn)足。圖6鋼箱梁位移云圖4.2實(shí)體單元建模剖析與運(yùn)輸模型相似，吊裝模型也對(duì)最重塊C2進(jìn)行采取來(lái)計(jì)算，為了能夠?qū)η蠼獾木冗M(jìn)行提升，鋼箱梁對(duì)殼單元進(jìn)行了采取來(lái)模擬，而吊耳則是對(duì)實(shí)體單元進(jìn)行模擬。如下圖7所示，鋼箱梁在吊裝中采取的方式為8點(diǎn)起吊法。吊耳的一側(cè)對(duì)其中4只進(jìn)行布設(shè)，具體布置的位置在箱梁橫隔板的上方，橫向之間的距離為4.6m，縱向之間的距離控制在6m。圖7箱梁吊裝有限元模型4.2.1模型荷載及約束情況鋼箱梁在起吊的過(guò)程中，承受的荷載主要是來(lái)自自身的重量，由

11、于鋼箱梁在起吊的過(guò)程中在垂直方向會(huì)有一定的沖擊產(chǎn)生，取1.3荷載沖擊系數(shù)。也就是計(jì)算吊裝的重量為G=1.31179.8kN=1490.6kN。鋼箱梁在吊裝的時(shí)候主要對(duì)卸扣扣緊吊耳的方式實(shí)現(xiàn)起吊，因此，在實(shí)際計(jì)算的過(guò)程中，把吊耳進(jìn)行穿孔處理并對(duì)其進(jìn)行3個(gè)方向上的約束。如圖8圖10所示。在吊裝的過(guò)程中，鋼箱梁應(yīng)力最大的位置在吊耳下面U型加勁肋跟橫隔板交界的地方，產(chǎn)生的拉應(yīng)力其最大值為92.4MPa，小于170MPa容許值，與相關(guān)的規(guī)范要求相符合。圖10鋼箱梁最大Mises應(yīng)力部位如圖11所示鋼箱梁最大變形位置為跨中腹板缺失處（另一側(cè)有腹板處變形較小）。鋼箱梁最大變形為3.7mm，小于23200mm/500=46mm，鋼箱梁變形滿(mǎn)足規(guī)范要求。圖11鋼箱梁位移云圖5.結(jié)語(yǔ)在本文中，主要結(jié)合某橋梁工程實(shí)例，通過(guò)對(duì)有限單元?dú)だ碚撨M(jìn)行了利用來(lái)對(duì)等截面連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)以及其整體模型進(jìn)行了建立，通過(guò)對(duì)ABAQUS軟件進(jìn)行利用，對(duì)鋼箱梁結(jié)構(gòu)運(yùn)輸過(guò)程和吊裝過(guò)程的受力和變形情況進(jìn)行了仿真分析，并對(duì)連續(xù)鋼箱梁吊裝的施