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隨著鋼管混凝土系桿拱橋應(yīng)用的日益廣泛，其跨徑不斷增加，規(guī)模日益增大，施工方法和施工技術(shù)也不斷推陳出新.京滬高鐵跨錫北運(yùn)河處于繁忙航道，無(wú)法進(jìn)行封航施工，為了不影響通航，本橋采用了先拱后梁和系梁掛籃現(xiàn)澆的施工方法，這在國(guó)內(nèi)是很少見(jiàn)的，其施工難度大、工序多，施工環(huán)境復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系隨施工的進(jìn)行不斷變化，因此進(jìn)行施工過(guò)程的有限元分析以確保該橋施工的順利進(jìn)行就顯得尤為重要。文中以京滬高鐵跨錫北運(yùn)河系桿拱橋?yàn)楸尘�，采�?a href="http://www.hanpinfa.cn/">ANSYS的有限元分析軟件對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行仿真分析，為整個(gè)施工過(guò)程的應(yīng)力和變形監(jiān)控提供理論指導(dǎo)，確保成橋后的線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。
京滬高鐵徐州至上海段跨錫北運(yùn)河大橋?yàn)榭鐝降匿摴芑炷料禇U拱橋，橋梁全寬17.1 m人行道內(nèi)側(cè)寬12 m，主橋拱軸線為懸鏈線線形，橋長(zhǎng)100 m，拱肋平面內(nèi)矢高19.2 m，矢跨比1/5。拱肋截面為啞鈴型鋼管混凝土截面，拱肋鋼管材料采用Q345-D鋼，鋼管內(nèi)灌注C55無(wú)收縮混凝土；系梁采用單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，內(nèi)設(shè)16根環(huán)氧鋼絞線系桿，錨固在系梁梁端實(shí)體段系桿箱內(nèi)；吊桿布置為尼爾森體系，采用127高強(qiáng)低松弛鍍鋅平行鋼絲束，冷鑄墩頭錨。
本橋采用先拱后梁法施工，靠拱腳段拱肋在系梁上搭設(shè)支架安裝，中間大節(jié)段拱肋采用現(xiàn)場(chǎng)分段拼裝后整體吊裝，然后向鋼管內(nèi)泵送混凝土；拱肋鋼管混凝土灌注后，在拱肋上懸掛模板，用掛籃法一月由拱腳向跨中逐段對(duì)稱澆注系梁混凝土。
本文采用大型商業(yè)有限元軟件ANSYS進(jìn)行施工過(guò)程的有限元分析，在建模中根據(jù)各構(gòu)件的形式及受力特點(diǎn)，分別選用合適的單元類型.鋼管混凝土拱肋采用BEAM44單元進(jìn)行建模；系梁為單箱三室混凝土箱型截面，建模過(guò)程中采用單元SHELL63通過(guò)相應(yīng)的實(shí)常數(shù)定義板殼各個(gè)邊界點(diǎn)位置的厚度來(lái)分段模擬懸臂掛籃施工過(guò)程；吊桿與系桿利用單元LNIK8通過(guò)改變?cè)搯卧膶?shí)常數(shù)來(lái)達(dá)到施加預(yù)應(yīng)力的目的。
由于本橋采用先拱后梁的施工方法，拱肋采用預(yù)制吊裝工藝，在精度上能較好控制，而在系梁懸澆段施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和標(biāo)高都在不斷的變化，對(duì)系梁施工過(guò)程進(jìn)行合理的模擬是分析實(shí)橋受力的關(guān)鍵。
本橋系梁共分為13個(gè)節(jié)段，其中靠拱肋支座的1#-13#節(jié)段采用支架現(xiàn)澆施工，2#-12#節(jié)段采用掛籃對(duì)稱現(xiàn)澆施工，7#節(jié)段為中間合攏段.系梁施工過(guò)程模擬運(yùn)用ANSYS的生死單元屬性，先建立整橋的模型，定義好所有的單元組包括拱肋、系梁現(xiàn)澆段、每個(gè)懸臂節(jié)段、合攏節(jié)段、吊桿和系桿等，采用實(shí)時(shí)前進(jìn)分析，施工每一階段就激活該階段的所屬單元和邊界條件，直至全橋施工完畢。計(jì)算過(guò)程的施工階段和實(shí)際施工過(guò)程中的施工階段有著明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
在跨錫北運(yùn)河系桿拱橋施工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系及承受的荷載都不斷變化，其縱向正應(yīng)力狀況亦復(fù)雜多變，因此對(duì)施工過(guò)程中橋梁的縱向應(yīng)力狀況進(jìn)行仿真分析至關(guān)重要，可以判斷結(jié)構(gòu)后續(xù)的施工工序是否安全，做出是否加強(qiáng)的決策。文中取4#-10系梁節(jié)段澆注完畢和合攏階段施工作為研究工況。
經(jīng)過(guò)有限元應(yīng)力分析可以得出：
1)隨著掛籃施工向系梁合攏階段的推進(jìn)，拱肋和系梁應(yīng)力沿縱向呈對(duì)稱分布，整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力的變化趨向均勻，而且同一截面的相同位置(如系梁底面)的各個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化趨勢(shì)是一致的，說(shuō)明該橋施工過(guò)程的受力狀態(tài)比較合理。
2)隨著系梁逐段澆注以及系桿和吊桿的逐步張拉，吊桿的應(yīng)力不斷地變化，直到大橋合攏后，墩臺(tái)臨時(shí)固接拆除，吊桿力才趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)榈鯒U及系桿的受力是一個(gè)綜合的、復(fù)雜的、變化的、互相影響的過(guò)程，直到拆除墩臺(tái)臨時(shí)固接這個(gè)過(guò)程才能穩(wěn)定下來(lái)。
3)應(yīng)力分析結(jié)果表明施工過(guò)程中混凝土的應(yīng)力較低，拱肋、吊桿、系桿的應(yīng)力在各施工階段均處于彈性階段，施工安全性可以得到保證。
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