贝雷梁支撑在桥梁纠偏过程中的失稳分析

1、贝雷梁支撑在桥梁纠偏过程中的失稳分析保定旧城成功大桥 2000 年建成投入使用，2022 年春该桥消失多种严峻病害被迫停止使用，2022 年举行加固修理。在对大桥的主梁举行纠偏过程中采用了贝雷梁支撑，由于装配式贝雷梁具有结构容易、分量轻、运送便利、装配迅速，且简单分解便于吊装的特点，同时具有承载能力大、结构刚性强、疲惫寿命长，质量牢靠等优点。因此贝雷梁被广泛用于支架、桥梁等工程中，特殊是跨度较大工程中。保定市津保南线旧城成功为独柱支承现浇平凡钢筋混凝土继续箱梁曲线桥，其结构轻快漂亮壮观，但继续箱梁位于曲线上时易消失侧移等病害，过早的使桥梁失去应有使用价值。因为汽车交通量大，经常通行 20030

2、0kN 载货重车，在使用过程中消失了主梁严峻变位、支座错位、梁体统一向外侧滑移，墩盖梁档块破坏、桥墩开裂以及伸缩缝破坏等严峻病害，2022 年春被迫停止使用。2022 年开头加固修理后，现已投入正常使用。在大桥纠偏过程中采用了贝雷梁拼装支架作为桥梁施工支架，先将要桥板顶升再举行侧推，使桥板复位后再对其举行加固。但在顶升过程中贝雷梁发生了局部失稳。贝雷梁支架发生了失稳。本文采用ANSYS 有限元分析程序，对该贝雷梁支架失稳举行了分析。 1 贝雷梁的布置设计 本工程采用三排双层上增强加强弦杆的形式装配。分离有主梁桁架、横梁、纵梁、支撑杆件和上增强加强弦杆构成。 贝雷梁的现场布置状况：采用 1.53

3、.0m 的贝雷片，其侧弦杆与下弦杆由 2 根 10 号槽钢组成，内侧的斜杆由 1 根 8 号工字钢组成；组拼后，将净跨部分的上下弦杆加强成 4 根 10 号槽钢，另外三角支撑均由 2 根 10 号槽钢组成。每 2 片贝雷片组成一个贝雷梁，且其之间的距离为 50cm。每个千斤顶下采用双层三排组装方式，共用 6 对贝雷片组成。每两个贝雷梁之间的距离为50cm，贝雷梁的基座采用的是 20cm 厚的混凝土。为了使千斤顶的荷载能够较匀称的传递到贝雷梁上，在贝雷梁的顶部采用横竖放置了两层旧钢轨。千斤顶采用的是直径 40mm 承载为 350t 的千斤顶。千斤顶放置在贝雷梁的中心位置。在顶升过程中当荷载加到

4、300t 左右时，其中间的两片贝雷片发生了局部失稳现象。 2 贝雷梁计算模型 2.1 理论基础 计算失稳的主要理论基础是基于能量法的最小势能原理。系统的总势能为: 由势能驻值原理表明是系统处于平衡状态的充分和须要条件。但要推断这个平衡状态是否稳定，还需要进一步考察势能的高阶变分 （二阶）。其平衡稳定性推断的条件为: 当 0时，0，仪为极小，属于稳定平衡状态； 当 =0时，=0，属于中性平衡状态； 当 0时，0，仪为极大，属于不稳定平衡状态； 利用最小势能原理，从 =0中可以求出临界荷载。倘若从临界荷载是使体系处在中性平衡状态时的最小荷载这个概念动身，只需建立体系在细微变形的中性平衡状态的计算图

5、形，写出总势能的表达式，建立平衡条件 =0，由此即可求得临界荷载。 2.2 计算模型的简化 如图 2 所示，把每片贝雷片的两个长边方向简化为一根工字梁，把上下贝雷梁相接触的两根梁简化为一根大的工字梁。在顶部如图 1 所示，将下面放的一排梁分离把两根梁简化为一根工字梁，共简化为七根工字梁；而上面一排梁因惟独三根梁受力，因此把三根梁简化为一根工字梁。把千斤顶的力作为一个集中力，作用在最上部简化后的这根最大工字梁的中部。 约束简化：因为整体钢架只受竖向荷载作用，把钢架与地面接触当作固结来处理。 节点简化：分析贝雷梁的失稳状况，把上部摆放的两排梁 （即上面简化后的七根工字梁和一根最大的工字梁） 与贝雷

6、梁的接触也可以看成固结如图 3 所示，其余节点也都简化为刚结点。 2.3 计算结果分析 利用 ANSYS 有限元程序分析时，考虑到贝雷梁为空间钢架形式，经分析比较采用 BEAM188 梁单元最合适6,7。钢材的各参数弹性模量取 21011Pa；泊松比取0.3；密度取 7800kg/m3。 由 ANSYS 建模计算后，举行结构的线性屈曲分析，得到经线性屈曲分析后得到的临界屈曲荷载为 113.1t。模型屈曲变形如图 3图 6 所示。 贝雷梁的临界屈曲荷载为 113.1t，当荷载加到 300t左右的时候，倘若囫囵贝雷梁上面地钢轨能够把荷载匀称地向下传递，则贝雷梁不会发生失稳破坏。但事实上贝雷梁已经发

7、生了屈曲或是局部失稳破坏，则说明力没有匀称地向下传递，也就是局部所受的力超过了113.1t。由图 3图 6 所示屈曲分析后的模型变形图可以看出，在中间两排贝雷梁的上部、中间的位置，也就是中间两根工字梁的上部发生了显然的失稳现象如图 6 所示，说明贝雷梁上所铺设的钢轨没有匀称的蔓延千斤顶的力，使在千斤顶的正下方所承受的力比较大。虽然图6 中显示两根工字梁的弯曲程度有所不同，但是其都发生了失稳现象，而这个失稳现象对于囫囵结构来说，只属于局部发生的失稳现象。且失稳的方向与实际贝雷梁失稳全都，在其他方向上没有发生失稳现象如图 3、图5，这也与实际工程状况发生的局部失稳现象相吻合。 3 结语 （1） 钢轨的布置没能够很好的平均千斤顶的荷载,倘若不充分考虑到钢轨的变形影响，钢轨的变形导致荷载不能够匀称向下传递,从而可能导致贝雷梁失稳。 （2） 贝雷梁的布置不合理。钢轨的变形，使中间的贝雷梁担当的荷载比两边的贝雷梁大得多，从而导致失稳的发生。 （3） 倘若