竖转法施工钢箱拱提篮系杆拱桥转动铰受力精细化分析

• 作 者: 宋渊
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 桥梁转体施工 竖转铰 数值模拟 参数优化 稳定性

转体施工方法拓宽了桥梁建设的地理领域,该施工方法按其转动方向可以划分为水平转体施工方法、竖向转体施工方法以及平竖转相结合的施工方法。转动法施工工艺兴起于山区及交通不便利的区域,由于其对交通运输既有线路的影响较小,使得该施工方法在城市、平原地区也得到了一定的应用且发展前景较为可观。对于竖转法施工拱桥中的关键受力部位—竖转铰的设计尚未编制相关的规范条文,常规都是依据既有类似工程进行设计、施工,但关于竖转法施工中转动铰的理论研究及工程实例分析偏少,不利于竖转法的进一步推广。为了探究竖转法施工钢箱拱提篮系杆拱桥转动铰的受力状况,本文以广西大藤峡水利枢纽跨引航道主桥为工程背景,对其竖转法施工所用的转动铰进行受力精细化分析,以此得到转动过程中竖转铰的受力状况及应力分布规律。本文从理论分析和数值模拟两个方面对竖转铰的受力情况加以研究。理论分析部分,运用经典的赫兹接触等理论对施工中竖转铰的接触应力做了相应的分析,得到了竖转铰接触应力理论上的分布情况。该应力分布情况与我们实际认知保持一致,并对减小竖转法中摩擦力的润滑机理做了简要的描述。数值模拟部分,本文分为两大板块:一是建立竖转体系模型进行整体分析,二是在整体分析的基础上建立竖转铰模型进行局部分析。具体分析过程是,运用有限元分析软件Midas建立每转动2°的竖转体系模型,得到了竖转铰四根外接钢管混凝土柱的受力情况,并从中选取了转动过程中竖转铰受力的三种最不利工况。接着运用软件Abaqus建立竖转铰的局部模型,施加运用Midas计算得到的竖转铰四根外接钢管混凝土柱的外荷载及结构自重等。首先对竖转铰的整体应力状况进行了评估,随后对竖转铰的受力情况进行了精细化的分析,最后根据竖转铰的受力情况,对竖转铰的相关参数做了一定的优化,使其在满足施工要求的前提下也达到更为经济的目的。研究发现,通过数值模拟得到的竖转铰的应力分布情况与理论分析得到的竖转铰的应力分布情况保持一致。数值模拟结果显示在施工过程中竖转铰应力是呈上升趋势的,但均小于竖转铰强度设计值且竖转体系的稳定性验算表明结构稳定性也是满足要求的。研究表明,研究对象满足施工要求,该研究对类似竖转工程提供了一定的指导意义,但对于有特殊要求的竖转结构还是需要做相应的专题研究,同时关于竖转铰设计的规范与标准也应逐步地加以完善。