深安黄河大桥V形墩施工仿真分析.pdf

5 8 世 界 桥 梁 2 O l 3 41 5 深安黄河大桥 V形墩施工仿真分析 李涵 军 宏 润建设 集 团股 份有 限公 司 上海 2 0 0 2 3 5 摘要 深安黄河大桥主桥为下承式蝶形拱 桥 主墩 采用 V形 墩 分 5次浇筑 成型 其 中 V形 支腿分 3次 浇 筑 需设 置 2 道临时预应力钢筋 为指导 V形墩施工 确保施工安 全 采用 AN S Y S建立 V形墩 三维仿真模 型 分 析施工过程中 V形墩及模板支架 的应力 和变形 仿真分 析结果表 明 施 工过程 V 形墩和模板 支架 的应 力和变形 比较小 临时预应力 的设置正确 按此指导施工是安全的 关 键 词 拱 桥 V 形墩 临 时预 应 力 钢 筋 支架 应 力 变 形 有 限 元 法 中图分类号 U4 4 8 2 2 U 4 4 1 文献标 志码 A 文章编号 1 6 7 1 7 7 6 7 2 0 1 3 0 5 0 0 5 8 0 5 l 工 程概况 兰州 深 安 黄 河 大 桥 主 桥 采 用 下 承 式 蝶 形 拱 桥 见 图 1 跨径 1 5 6 m 桥 宽 3 6 5 m 钢 一混 凝 土 结 合 梁高 3 5 m 吊索 间距 8 m 主墩 采 用 V 形 墩 V 形 墩在 刚构 桥 中 应 用 实 例 较 多口 但 作 为 拱 桥 的 桥 墩应 用实 例不 多 图 1 兰 州 深 安 黄 河 大 桥 主桥 效 果 图 该 桥 V形 墩 见 图 2 顺桥 向外 形 呈花 瓶 形 与 主拱线 形顺 接 V形 墩 为 圆 弧线 形 空 心墩 墩 顶 部 通过 预应力 系梁连 接 V形墩 墩 高 1 3 0 1 6 m 横 桥 向宽 5 m 顺 桥 向顶 长 2 4 m 底 长 1 0 m 靠 近 引桥 侧 V形 支腿外轮廓截 面尺寸 为 4 mX 5 m 纵 横 四周设 1 0 mX 0 5 m 倒 角 内腔 壁 为直 线形 顺 桥 向壁厚 0 7 5 2 1 2 6 4 m 横 桥 向壁 厚 1 m 内腔 四 周设 0 3 mX 0 3 m倒角 靠近主桥侧 V形支腿外 轮廓截 面尺 寸为 5 0 5 m 5 0 0 m 纵 横 四周设 1 0 mX 0 5 m倒 角 墩顶 系梁高 1 2 m 宽 4 m 为 预应 力 混 凝 土 构 件 设 置 1 O根 j I 1 5 1 2预 应 力 钢 束 V形墩采用 C 5 0抗冻混凝土 3 2 V形墩 施工 方案 一 般 刚构 V形 墩 的施 工方 法 比较 成熟 该 桥 V 形墩施 工借 鉴 了类 似 工程 经 验l 4 V 形 墩施 工 分 5次浇筑 第 一次浇筑 高 度为 4 2 m 第 一 节模 板 与 第二 节 模 板 累计 高 度 第 二 次 浇 筑 高 度 为 4 4 m 第 三节模 板与第 四节模 板 的累计 高 度 第 三次 浇 筑高度为 2 2 m 第五节模板高度 第四次浇筑高 度 为 2 2 1 6 m 第六 节 模 板 高度 但 系 梁处 需 留宽 5 0 c m 的后浇带 第五次浇筑后浇带 施工前需将 V 形墩 支腿 的竖 向支 撑拆 除 在 其 自由受 力 状 态下 完 成后 浇带施 工l 6 V形 墩支腿 分 3次 浇筑 成 型 不 含 基 座 需 设 置 2道临 时预应 力钢筋 见 图 3 预 应力 钢 筋采 用 2 5精轧螺 纹钢 每道沿 V 形墩 宽度 方 向布 置 5根 间距 0 9 m 预 应 力 张拉 采 用 后 张法 施 工 工 艺 即 在混 凝土 浇筑前 以 4 8的钢管作 为 预应力 孔道 模 板相 应位 置打孔 外 穿钢 管 预 应 力筋 浇 筑 前 从两 侧 对穿 在 V 形 支腿 间利 用接 驳 器 连 接 必要 时需 在 V 形支腿 中间设 3或 4个 支 承 点 并 施 加 一 定 的初 应力 也 可兼做模 板对 拉系 统 在 V形 墩模板 的每个 支承 点处设 置双 拼 4 8 3 5钢 管支架 间距按 5 0 c mX 5 0 c m 控 制 钢 管支 架 支承在 由 8根 6 O 0 X 1 0钢 管柱 和 贝雷 梁 组成 的 支承平 台 匕 3三维 仿真模 型 V形 墩施 工步骤 比较 多 施 T丁艺 也相对 复杂 利用 A NS YS软 件 建 立三维仿 真模 型 分 析 每个 施 工过程 V 形墩 的应 力 与变形 临时预 应力 的效 应 收 稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 6 作者简介 李涵军 1 9 7 O 一 男 高级工程师 2 0 0 5年毕业于西南科技大学土木工程专业 获学士学位 E ma i l h c l h x y q q c o rn 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 深安黄河大桥 V形墩施 T仿 真分析 李涵军 5 9 引桥 顺 桥向 主 桥 1 0 0 0 口口 桩 l 骂暑 I呈 r 十 十 十 十 寸 卜 l 0 0 0 l 0 0 0 l 0 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 0 图 2主桥 V形墩 结构 示意 图 3 V形 墩 施 工 临 时预 应 力 钢 筋 布置 示 惫 以及 支架 的 内力 与变形 其 中 混 凝 土承 台 V 形墩 支腿 及 系梁 均 采 用 S o l i d 4 5实 体 单 元 模 拟 施 工 贝 雷梁 支 架等 均 采 用 B e a m4空 间梁 单 元 模 拟 预 应 力根据等效荷载法转换为相应节点等效荷载之后施 加到结构上 计算模型共计 8 1 5 0 3个节点 4 1 0 0 2 1 个单 元 其 中实体 单元 4 0 7 5 5 4个 梁单 元 2 4 6 7个 边界 条 件为 承 台底 截 面 固结 计 算模 型单 位采 用 国 际单 位 混凝 土及 钢材计 算 参数 均按 规范 g 取值 为 验证 V 形墩 实体 模 型 的正确 性 分 别 在 实体 模 型和 空 间梁 单 元 模 型 中的 V 形 墩 系 梁 中 点位 置 施加 1 组 荷 载 Fx 一 1 0 0 0 k N F y 一 一 1 0 0 0 k N F 一1 0 0 0 k N 经 ANS YS分 析 软 件 计 算 实体 模 型承台底面沿坐标轴 3个方 向的反力分别 为 F 一 一 1 0 0 0 0 kN Fy一 1 0 0 0 0 kN Fz 一 1 0 0 0 0 kN 与 施加 的外 力大 小相 等 方 向相 反 计算得 到 的弯矩 内侧 横桥向 外侧 承 台 封底混凝 土 口 4 2 0 0 口 5 0 0 0 单位 n ln 为 Mx 一一1 2 4 1 6 0 k N m Mz l 2 4 1 6 0 k N m 与外荷 载 引起 的弯矩平 衡 2个模 型计 算得 到 的 位 移 比较 如表 1 所 示 由表 1可 知 实 体模 型和 梁 单 元模型在验证荷载作用下 的位移基本相等 由于实 体 模 型考虑 了 V 形 墩 结 构 局 部实 心 段 的 刚度 放 大 作用 因而计算得到的位移 比梁单元的略小 符合模 型特点 故实体模型计算结果是正确 可靠的 可以 用于施 工仿 真分 析 表 1 验 证 荷 载 作 用 下 的 不 同模 型 位 移 mm 4 V形 墩施 工过 程分 析 由于篇 幅所 限 本 文 重点介 绍 V 形 墩 主要 施 工 工况 下 的应 力 与变形 以及支架 的受 力情 况 并 给 出 每个 工况 下 V形 墩 的混凝 土 主拉应力 云 图 4 1 V 形墩施 工 工况 根据 V 形 墩 混凝 土 浇筑 顺 序 及 施 工 临时 预 应 力施 加顺 序 将 主桥 V 形墩 施 工全 过程 仿 真 分析 分 为如 下 8 个 主 要施工 工况 工况 1为 V 形 墩承 台 及第一节段混凝土浇筑施工 工况 2为 V形墩第 二节 段混 凝土 浇筑 施 工 工况 3为 施 加 第一 道 施 工临时预应力荷载 工况 4为 V形墩第三节段混 桩 注 灌 口 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 6 2 世 界 桥 梁 2 0 1 3 4 1 5 5 结 论 1 模型验证结果表明 V 形墩实体仿真模型 是正确 可靠 的 可 以用 于施工仿 真分 析 2 施 工全 过 程 仿 真分 析 表 明 V 形 墩 施 工 过 程 中各项应 力 以及变 形 较 小 施工 过 程 出 现裂 缝 的 可能性 较小 3 从 仿 真分 析 结 果 可 以看 出 临 时预 应 力 施 加对 减小施 T 过 程 中 V 形 墩 拉 应 力 水平 起 到 了一 定的作用 施lT方案中确定的临时预应力是合理的 4 从 仿 真分 析 结 果 看 支 架 的 内力 与变 形 较 小 且在具体的 V形墩支架设计中考虑了模板及其 它施 工荷 载 也 考 虑 了 动力 系数 支 架 设 计 是 安 全 的 能够 确保 V形 墩施 工 的安全 5 到 目前 为止 主桥 V 形墩 已经施 T完 毕 施 工 质量控 制较 好 施 工过程 没有 出现裂缝 参 考 文 献 E l i 刘 世明 赵顺波 李晓克 V形墩连续刚构桥静 动力及 抗震性 能分析E J 世界桥梁 2 0 1 3 4 1 1 3 0 3 4 2 3赵辉 叶锦华 范 良 三角刚架悬吊连续梁组合桥施 工过程有 限元仿真分 析 J 3 世界桥 梁 2 0 1 2 4 0 5 4 9 5 3 1 3 3上海市政 工程设计研究总院 兰州市深安黄河大桥工程 主桥施工图设计文件E z 3 2 0 1 1 4 陈彦江 李勇 任 晓强 等 长春伊通河大桥总体设计 试验及施工关 键技术E J 桥梁建设 2 0 1 1 1 5 9 6 3 E 5 3应松 彭旭 民 黄盛 高墩大跨度空腹式刚构桥空腹 区施 方法研 究E J 桥梁建设 2 0 1 2 4 2 3 1 0 1 1 0 6 6 宏润建设集团股份有 限公 司 兰州市深安黄河大桥工程 主桥施工组织设计 文件 Z 2 0 1 2 E 7 童激扬 郑舟军 武汉市姑嫂树路 高架桥转体 平 台墩仿 真计算E J 桥梁建设 2 0 1 3 4 3 2 6 4 6 9 8 罗 杰 王东权 于广云 等 空心型箱形 铁路框架桥 的 力学性能分析 E J 世界桥梁 2 0 1 2 4 0 1 6 0 6 4 9 J T G D 6 2 2 0 0 4 公路钢筋混凝 土及预应 力混凝土桥 涵 设计 规范 S 1 o 宏润建设集团股份有限公 司 兰州市深 安黄河大桥 工 程主桥 V形墩施工仿真及水 化热分析 R 2 0 1 2 编辑 陈雷 S imu l a t io n An a l y s is o f V S h a pe d Pie r s Co n s t r u ct io n f o r S h e n a n Hu a n g h e Riv e r Br id g e LI Ha n j u n Ho ngr un Co ns t r uct io n Gr oup Co I t d Sh an gh a i 2 0 02 35 China Ab s t r a ct The ma in b r idg e o f Sh e n a n H u a n gh e Ri v e r Br id g e is a t hr ou g h a r ch b r id ge wit h b ut t e r f l y s ha pe d a r ch r ib s a nd co mpo s it e gir d e r Th e ma in pi e r s a r e V s h a pe d p ie r s t h a t t a ke s ha pe b y f iv e t ime s o f ca s t in g t he t wo l e gs o f e a ch V s ha p e d p ie r a r e ca s t by t hr e e t ime s a n d a s a r e s ul t t wo t e mpo r a r y pr e s t r e s s s i ng t e n do ns a r e n e e d e d I n o r d e r t o d ir e ct t he co ns t r u ct i o n o f t h e V s ha pe d pie r s a nd e n s ur e t he s a f e t y of t he co ns t r u ct ion t he ANSYS wa s u s e d t o e s t a b l is h t he t hr e e d ime ns io n al s i m u l a t io n m o d e l o f t h e V s h a pe d p ie r s t o a n a l yz e t he s t r e s s a nd d e f o r ma t i on o f t h e V s ha p e d p ie r s a n d t he f or mwo r k s u pp o r t s in t he con s t r u ct io n pr oce s