步履式顶推施工中垫块刚度对钢混组合梁局部受力的影响分析

第27卷第2期2017年4月

天津建设科技

Tianjin Canstruction Sefetice and Technology

市政公用建设

Municipal and Public CoHstractii 步履式顶推施工中垫块刚度对

钢混组合梁局部受力的影响分析

□文/谢祺

【摘要】：步履式顶推施工工艺是一种较为新颖的顶推施工法。钢混组合梁，在顶推过程中顶板尚未安装完全，呈开口截面（槽型）；同时，顶推过程中，梁体的支撑点

不断变化，这些特点决定了顶推过程中以钢箱梁支撑位置处的局部效应为主

要安全控制点，实际施工中在确定了钢箱梁构造后，通常采用加塞橡胶藝块来

改善支撑区域的局部效应，因而了解橡肢垫块的刚度对梁体局部受力的影响

趋势，能有效指导施工，更好地缓解结构局部效应，避免梁体在顶推过程中局

部变形、屈服现象的发生。

【关键词】：步履式;顶推施工；钢混组合梁；橡肢垫块;局部受力

旨前对于步履式顶推施工的大部分研究，主要集 中在施X I艺方面、，而在顶推过程中粱体的局部受力 等问题上研究较少，其中支撑垫块的选择往往以工程 经验为主。本文以某采用步履式顶推施工 工艺的钢混 组合梁桥为研究对象，进行了支撑垫块刚度参数对梁 体各构件局部受力的分析，明确了该参数对梁体局部 受力的影响趋势,为将来类似工程提供参考。

1工程概况

某铁路跨线桥，全长997.08 m，桥面采用双幅，单 幅桥面宽16.5 in,全桥幾高4.8 ra，为跨越既有和新建 铁路而设，梁底与铁路轨面净高为19.8 mB主桥65 m+100 m+65 m采用步履式顶推法施工，在铁路线上方 梁段为避免施工时对铁路运行的影响，提前将该部分 桥面板、护栏浇筑好。

每幅桥顶推总长为128 m,顶推总质量鉤1 80013其主要施工步骤为采用吊机将步履式顶推装置设于桥 墩处(临时墩),后将钢混组合梁(128 m顶推段）吊装就 位，将跨铁路部分桥面板、护栏安装浇筑，由步履式顶 推装置中的顶升千斤顶和平移千斤顶将钢梁顶推至设 计位置，随后吊装剩余梁段(102 m),再将其与顶推段 焊接成整体后落梁到设计高程，最后完成剩余预置桥 面板的铺装P

2步履式顶推施工全过程结构有限元分析采用Midas Civil有限元分析软件建立了全桥系杆 有限元模型，见图1。将全桥顶推划分为128个工况，即顶推1m为一个工况来模拟钢混组合梁步履式顶推施 1全过程，得出梁体顶推过程的仿真计算结果，见表1，进而确定下一步进行局部受力参数分析的最不利工况。

图1全桥系杆有限元模型

表1顶推过程整体仿真分析结果

分析项目最大值位置工况_纖—0.19最大悬臂段端部A

腹被等效S力/MPa206最大悬臂段尾部与支座

交界处

B 加劲肋等效应力/MPa80.8

最大悬臂段尾部与支座

交界处

A

底板等效应力/MPa258最大悬臂段尾部与支座

交界处

B 表1中应力受拉为“+”，A工况表录梁体顶推128 m后处于最大悬臂:£况（最大悬臂梁段43 ni)，B工况 表示顶推謝斥除满堂支架工况(最大悬臂梁段20 m3。

通过有限元模型分析,顶推过程钢箱梁最大烧度、加劲肋、底板局部应力最大值均发生在A工况，仅腹板 应力最大值发生在B工况U工况下最大值也相当X A :工况下应力较大的区域比其他工况大且主要出现在最 大悬臂段根部主梁腹板与底板交界处，见图2 (2)

8号临时墩顶处，局部受力效应显著，因此选定在A工

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市政公用建设

Municipal and Public Construction

谢祺:步履式顶推施工中垫块刚度对钢混组合梁局部受力的影响分析

第27卷2期

图8 E =500 M Pa 梁底接触反力分布

7x 102

横桥向妈.

0.0

图9 E =1 420 M Pa 梁底接触反力分布

况下进行下一步的局部受力分析。

悬臂段43 m

铁路

临时墩6 临时墩7 S 号墩临时墩8

9号墩

图2 A 工况梁段位置

3钢箱梁梁体局部受力分析

通过顶推过程整体仿真析结果与顶推监控的实 测数据的共同反馈，发现钢箱梁在顶推过程中局部效 应显著，主要发生在顶推装置与梁体支撑界面范围内, 通常在两者之间设置橡胶垫块来作为缓解结构局部效 应的措施，橡胶垫块所起的作用类似于临时弹性支座， 其主要参数是其刚度，运用大_通用有限元分析软件 ANSYS 建立结构板壳实混合有限元模型，见图3,截取 A 工况下8号临时墩上钢箱梁节段(支反力最大)来进 行不同刚度橡胶垫块下梁体的局部受力分析。

图3板壳有限元整体模型

3.1垫块对钢箱梁局部受力的影响

目前顶推施工法中常用到的垫块材质主要有聚四 氟乙烯垫片、钢垫块、橡胶垫块等。本工程中主要用的 是钢板和橡胶两种材质的垫块,通过在ANSYS 有限元 模型中引人两种材料参数的实体单元，来模拟不同材 质的垫块3

由图4和图5可以狞出，垫块材质的不同对梁体 整体挠度和构件局部应力均有影响：当采用橡胶垫块 时，相比于无垫块和钢垫块情形,构成接触界面的腹、 底板局部最大等效应力显著减小，加劲构件的等效应 力有所增加。表明结构整体受力更为均匀，反映出橡胶 垫块具有较好的缓解构件局部效应的作用a

无垫块

钢

橡胶

腹板加劲肋底板横隔板

图4梁体悬臂段前端下烧值图5各构件最大等效应力值对比

图7 E =200M Pa 梁底接触反力分布

图6 E =30 MPa 梁底接触反力分布

3.2橡胶垫块刚度参数对钢箱梁局部受力的影响

橡胶垫块通过荷载作用下自身的压缩变形，来适 应梁体与顶推滑块间的相对变形，使两者之间在发生 相对变形后的接触保持|定均匀性，改善接触区域的 接触刚度（接触刚度定义为两界面间在单位荷载作用

下，接触界面的整体相对变形程度）,从而避免构件的 局部效应。

进行不同刚度的橡胶垫块在支撑K 域内的接触分 析(橡胶垫块尺寸相同）和构件的局部受力分析，反映

该参数对构件局部效应的影响趋势。在ansys 模型中垫 块与梁底接触区域界面内添加CONTA 173接触单元， 接触分析结果见图6-图9。

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