连续钢箱梁吊装施工及其力学特性探究

连续钢箱梁吊装施工及其力学特性探究

刘坚和

广西壮族自治区城乡规划设计院广西南宁530000

摘要：随着我国经济发展水平的不断提升，在很大程度上促进了基础设施建设的发展，在大型桥梁中，由于钢筋梁所具有的自重轻、经济、架设方便等优点而得到了较为广泛的应用。在本文中，主要结合某工程施工案例，对连续钢筋梁吊装施工及其力学特性进行了一定的探究，仅供参考。

关键词：连续钢箱梁；吊装施工；力学特性

1.引言

在现代大跨径桥梁中，钢筋梁是比较常见的结构形式，具有施工安全、自重轻、跨度大、强度高等优点。在钢筋梁梁块运输以及吊装整体施工的过程中，钢筋梁结构以及具备充足的强度和刚度，对于结构的稳定性以及正常成桥状态的满足有着十分重要的作用。因此，本文主要依托某桥梁工程，主桥是对等截面连续钢箱梁结构进行采用，全桥孔跨布置（30+50+30）m，对钢箱梁运输的过程以及吊装过程建立了壳单元建模，并分析了整体内力与局部变形，得出相应的结论，从而在一定程度上对钢箱梁的安全施工提供理论上的帮助。

2.工程概况

某桥梁平面位于半径为326.1m的圆曲线和缓和曲线上，同时，整个桥梁的半径在1833m的竖曲线上，走向为南北方向，中间对江河进行跨越，线路中心与河道斜交的角度大致为80°。整个桥梁的长度为110m，其宽度30.7m，主桥采用等截面连续钢箱梁，全桥孔跨布置为（30+50+30）m。钢箱梁标准横断面如图1所示。

图1连续钢箱梁标准横断面示意（单位：cm）

3.总体施工方案及施工布置

3.1总体施工方案

3.1.1钢箱梁的加工

在相关的工厂对各梁段进行生产加工，在完成预拼装工序之后，通过利用运梁车将其运输到已经完成的引桥上对其进行吊装

3.1.2钢筋梁吊装系统

在桥梁的外侧以及桥下对钢筋混凝土临时墩柱进行浇筑，并将横纵向的贝雷梁、分配梁设置在其墩柱上方，使其形成一定的支架平台，同时，在桥梁外侧的临时墩柱上面对钢轨道进行架设，并将两台32m重型跨墩龙门进行安装，使其作为钢筋梁的吊装系统。

3.1.3安装钢箱梁

通过对吊装系统进行利用来对箱梁节段从主墩开始以对称的形式进行安装，主墩上的0号段对临时固结的方式进行采用来进行锁定，待到节段吊装到位并且调整好线形之后，在后端的位置对马板与已经安装好的梁体实现临时的连接，前段对吊装系统的平台进行利用并结合型钢来起到支撑定位的作用。每吊装完成一段之后就可以焊接各个阶段中间的位置，完成焊接之后，再对下一节段进行安装。边跨及中跨合龙段的箱体在工厂加工预留50cm余量，在合龙之前对相关的数据进行实际测量，在切割余量之后在进行合龙。

3.1.4主桥混凝土桥面板

在安装完箱体之后，在钢筋梁腹板上对钢三角斜撑进行焊接，底板搭钢管脚手架作底模支撑，并对混凝土桥面板进行浇筑。

3.2钢箱梁吊装施工流程

与公路钢箱梁传统的制造方法相结合，并根据现场河道桥位的实际安装环境，同时为了能够使吊装的要求得以满足，可以将钢箱梁依照纵向，也就是顺着桥梁的方向进行分段、按照横向分块的原则对场内整胎正装制作进行预制，也就是在胎架上进行组拼、焊接并预拼装一次性的完成之后，对脱胎进行分段分块进行，再将其运输至施工现场对其进行吊装。通常来说，钢箱梁的安装顺序是由主桥的两端开始向中间进行安装，并从3号桥台开始实际的安装，每一段的安装顺序是由桥梁的外弧向内弧进行，也就是按照A→B→C←D←E的顺序进行，向对桥梁两端A、E两个横向块进行安装，再对B、D两个纵向吊装块进行安装，最后对合龙段C进行安装。在实际施工的过程中，桥面吊机需要在船上或者是附近的码头进行拼装好之后，通过对浮吊进行利用使其能够直接吊至桥面上进行安装。相应的调试工作完成之后，就可以在桥塔主跨侧实现梁段的悬拼施工。同塔的2台桥面吊机可以对钢箱梁进行同时起吊，从主墩开始，起吊钢箱梁段就位，对梁段的斜率进行调整，并与前一段进行临时的连接，对相邻梁段之间的缝宽进行严格的控制，使其能够与设计值相接近，并使箱梁全部的截面焊接工作得以完成。钢箱梁吊装流程如图2所示。

图2钢箱梁吊装流程

4.钢箱梁有限元模型分析

与浮吊大节段的吊装方案相结合，在首段梁段进行施工的时候，需要对浮吊进行直接利用将其吊装至墩顶的临时支座上面，并对其位置进行精确的控制；当中跨以及尾跨梁段进行施工的时候，一端对梁段进行利用来在已经架设梁段的悬臂端临时挂设牛腿，另一端支撑于墩顶临时支座上方，并对牛腿以及墩顶处的调位进行利用来对其位置进行精准的确定。相邻节段之间的钢箱梁在焊接连接完成之后，在对下一跨梁段进行施工。在本文所述工程中，主要对壳单元进行选用来进行建模，牛腿结构和钢箱梁均选用30×200×360钢板，钢板材质均选用Q345qc钢制造，取最长C2块钢箱梁进行变形计算，其主要内容包括运输过程中的变形以及钢箱梁在吊装过程中产生的变形等。C2块钢箱梁长度为39.2m，宽度为5m，重量为117t。在通过ABAQUS有限元对钢箱梁进行分析的过程中，由于钢箱梁在施工的过程中主要是对悬臂拼装的方式进行采用，梁段之间焊缝连接处的边界条件用全固结模拟，另一端部位移边界条件为全自由，即将梁段考虑为单悬臂构件。

4.1壳单元建模剖析

对ABAQUS壳单元建模进行采用，能够使求解的精度以及其效率得以极大地提高，位移变化趋势几乎是一致的，应力会在交界的地带出现一定程度上的不连续，但是，其对于整体的应力来说几乎是没有影响的。本工程中，钢箱梁弹性模量取206GPa，泊松比取0.3，如图3所示有限元模型。

图3C2块有限元模型

4.1.1模型荷载及约束情况

钢箱梁的运输期间主要是利用运梁车进行，运梁车的组成部分主要包括车头和托跑等，钢箱梁在出厂的时候需要将运梁车上的托盘与钢箱梁进行焊接固定。本次模拟主要是通过对钢箱的底部靠近边侧2m的位置（0.15m×5m=0.75m2）范围内实行竖向、横向及纵向3个方向进行约束。在实际运输的过程中，钢箱梁主要是对自身的自重荷载进行承受，考虑到在运输期间竖直方向可能会出现冲击的情况，对1.3荷载冲击系统进行采取。也就是对运输重量进行计算，如下：G=1.3×117×9.8kN=1490.6kN。

4.1.2计算结果

对ABAQUS有限元建模进行利用来对其进行计算，对最长的C2块钢箱梁进行采取来进行变形验算，如下图4所示，钢箱梁最大的Mises应力值，而钢箱梁最大Mises应力部位如图5所示。

图5钢箱梁最大Mises应力部位

从上述两图可以得知，在运输期间，运梁车的托盘跟钢箱梁相互接触的地方就是钢箱梁产生最大应力的部位，其值的大小为114.2MPa，小于200MPa容许值。钢箱梁位移的变化情况可以通过图6表现出来。从图6中可以得知，钢箱梁发生变形情况最为明显的位置是跨中腹板缺失的地方。钢箱梁最大变形为14.3mm，小于35200mm/500=70.2mm，其变形与相关规范的要求相满足。

图6钢箱梁位移云图

4.2实体单元建模剖析

与运输模型相似，吊装模型也对最重块C2进行采取来计算，为了能够对求解的精度进行提升，钢箱梁对壳单元进行了采取来模拟，而吊耳则是对实体单元进行模拟。如下图7所示，钢箱梁在吊装中采取的方式为8点起吊法。吊耳的一侧对其中4只进行布设，具体布置的位置在箱梁横隔板的上方，横向之间的距离为4.6m，纵向之间的距离控制在6m。

图7箱梁吊装有限元模型

4.2.1模型荷载及约束情况

钢箱梁在起吊的过程中，承受的荷载主要是来自自身的重量，由于钢箱梁在起吊的过程中在垂直方向会有一定的冲击产生，取1.3荷载冲击系数。也就是计算吊装的重量为G=1.3×117×9.8kN=1490.6kN。钢箱梁在吊装的时候主要对卸扣扣紧吊耳的方式实现起吊，因此，在实际计算的过程中，把吊耳进行穿孔处理并对其进行3个方向上的约束。如图8～图10所示。在吊装的过程中，钢箱梁应力最大的位置在吊耳下面U型加劲肋跟横隔板交界的地方，产生的拉应力其最大值为92.4MPa，小于170MPa容许值，与相关的规范要求相符合。

图10钢箱梁最大Mises应力部位

如图11所示钢箱梁最大变形位置为跨中腹板缺失处（另一侧有腹板处变形较小）。钢箱梁最大变形为3.7mm，小于23200mm/500=46mm，钢箱梁变形满足规范要求。

图11钢箱梁位移云图

5.结语

在本文中，主要结合某桥梁工程实例，通过对有限单元壳理论进行了利用来对等截面连续钢箱梁结构以及其整体模型进行了建立，通过对ABAQUS软件进行利用，对钢箱梁结构运输过程和吊装过程的受力和变形情况进行了仿真分析，并对连续钢箱梁吊装的施工以及其力学特性进行了探究，希望能够对今后的相关工程提供一定的参考价值。

参考文献

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