曲线箱形梁

2024-09-25

曲线箱形梁（精选4篇）

曲线箱形梁篇1

1 工程概况

上海中环线北翟路立交NW匝道有一联3孔钢箱梁,其中K18孔梁跨越吴淞江。桥跨布置为57 m+95.758 m+40.367 m,最小曲率半径为95 m。梁体截面为单箱单室变截面钢箱梁,梁顶宽8.7~9.6 m,主墩梁高5.151~5.158 m,跨中梁高2.537~2.890 m,箱梁梁高按二次抛物线变化。主梁采用Q345钢板,桥墩采用C40混凝土[1]。

本钢桥施工区域处于上海市区北虹路与北翟路(长宁路)及天山路的交叉路口,现场交通流量大,大部分构件须夜间进场及吊装,且东西两侧为居民住宅社区,施工文明要求高。除跨吴淞江那孔钢梁采用浮吊进行吊装施工外,其他吊装机械不能停放在路桥上作业,施工难度大。

跨越吴淞江的钢箱梁在两墩柱位置的截面高达4.6 m和5.4 m(包括梁底支座),且中箱体宽度也在4 m以上,受运输限制,需侧向分段,增加了现场拼装和焊接工作量。分段构件吊装顺序:先吊装中箱梁,后吊装两侧翼。NWK17~K19施工节段划分示意图如图1所示。

2 施工阶段结构分析模型

钢桥施工建立全结构仿真分析模型,施工吊装的模拟采用ANSYS软件特有的单元生死功能实现。由于箱梁变宽、变高、变坡,故箱梁板壳单元选择8节点SHELL93单元,桥墩和支座采用实体单元SOLID45模拟,全部单元数量为50 000个。

由于ANSYS软件中单元生死的计算是非线性求解过程,故庞大的求解规模和非线性迭代过程造成计算效率较低。在现有的计算能力下,完全按照施工吊装顺序模拟计算很不现实,综合考虑了施工吊装顺序、模型计算规模、仿真计算目标等因素,实际计算步骤划分如表1所列。模型的细部示意图与施工阶段1~5的有限元模型分别如图2、图3所示。因有限元模型中没有显示作为约束来模拟的临时支架,施工阶段6及成桥阶段的模型图与施工阶段5的模型图相似。

3 计算结果分析

本文利用大型通用分析软件ANSYS的三维板壳单元与单元的生死技术,全过程仿真模拟曲线箱梁的施工过程。分析各个施工过程中曲线箱梁的应力与变形,主要有以下内容。

1)关注每个施工阶段曲线箱梁的最大应力。

2)关注每个施工阶段曲线箱梁的最大变形。

3)关注各个施工阶段累计下来的曲线箱梁最大应力、最大变形,以及各个支座反力的分布情况,并且与一次落架的计算结果作比较。

受篇幅所限,在这里不能列出所有施工阶段的计算结果,只列出最后一个阶段——成桥阶段和一次落架的一些计算结果,其他计算结果见参考文献[1-2]。

根据文献[1-2],综合NWK17~K19的计算结果,从中可以得出施工阶段变形和应力值。施工阶段变形和应力值见表2。采用吊装方案的支座反力与一次落架的对比见图4。

由表2可见,与一次落架计算结果相比,采用吊装施工方案使最终的成桥变形增加了42 mm,这对设计的预拱度设置会产生一定的影响,设计预拱度应作调整。

同样,由表2可以得到,考虑施工过程,恒载下主跨跨中底板最终最大应力为97 MPa,而一次落架计算结果为60 MPa,增加了37 MPa。

文献[2]给出了考虑施工过程,主跨跨中顶板最大应力为79 MPa,而一次落架计算结果为34 MPa,增加了45 MPa。综合空间梁单元与三维板壳单元的计算结果,同样由文献[2]可以近似得到在附加组合下,主跨跨中顶板最大应力约为150 MPa(包括汽车局部轮压作用的第二、第三体系应力),主跨跨中底板最大应力约为146 MPa,能够满足规范210 MPa的要求。

从图4可以得到两个边墩的支座反力(16号墩与19号墩),考虑施工过程的支座反力与一次落架计算得到的支座反力比较接近;而17号墩的支座反力,考虑施工过程后,内、外两侧的反力更加不均匀;但是,18号墩的支座反力,考虑施工过程后,内、外两侧的反力变得均匀、基本相等。

4 结语

综合以上分析,可以得到以下一些结论。

1)根据以上计算分析结果,采用吊装施工方案的顶、底板应力有所增加,但仍满足规范要求,因此本吊装方案在曲线箱梁NWK17~K19的受力方面是基本可行的。

2)采用吊装方案需增加NWK17~K19曲线箱梁的设计预拱度。

3)采用吊装方案,则NWK17~K19曲线箱梁17、18号墩的内、外侧支座反力计算值与一次落架的计算结果有一定的差别。

4)建议施工单位对以上曲线箱梁在施工吊装过程中进行变形与应力的监测。

5)对曲线箱梁的不均匀支座反力,应采取一定的有效措施,以防曲线箱梁在不利受力情况下出现支座负反力,特别在汽车超载作用下,更容易引起负反力,严重的情况就是结构发生倾覆破坏。

摘要：上海中环线北翟路NWK17～K19是一大跨度曲线变截面连续箱形钢桥。在该桥施工吊装时,由于施工条件的限制,钢箱梁截面两翼与中间箱体分离,顺桥向采用多节段吊装,故箱梁在施工阶段受力非常复杂。采用三维空间板单元仿真模拟了该桥的复杂空间结构与关键施工阶段,计算分析得到的结果能为实际工程设计与施工提供有价值的理论依据。

关键词：变截面连续梁,曲线箱形钢桥,施工阶段,有限元仿真分析

参考文献

[1]中环线立交新建工程SWK23～K27/NWK17～K19连续钢箱梁空间分析报告[R].上海:上海市城市建设设计研究院,2009.

[2]中环线立交新建工程SWK23～K27/NWK17～K19连续钢箱梁施工过程空间分析[R].上海:上海市城市建设设计研究院,2009.

曲线箱形梁篇2

梅福塘大桥位于国道主干线贵阳绕城公路西南段,中心桩号K50+665.0,桥梁全长607.4 m。其地形、地貌、地质和水文条件如下:

该桥位于白云区艳山红镇高山村东侧,桥位处于云贵高原上的丘陵地带,属溶丘洼地地貌,地形起伏不大,海拔在1 270.75 m～1 389.75 m之间,相对高差20 m,桥址区位于一宽浅开阔的洼地,洼地内为黑褐色淤泥质黏土,为附近铝厂排水渗入污染所致。桥梁平面位于R=4 500 m、直线Ls=205 m的平曲线上,YZ点桩号K50+375.736,ZH点桩号为K50+787.817。

该桥位于扬子地台川黔经向构造体系之南段西侧,构造以南北向展布的龙里箱状复背斜,贵阳槽形复向斜,长顺平缓复背斜为主要构造格架。该桥处于梅福塘向斜东侧、黄泥坳向斜之西翼。据钻孔揭示及负地形推测之梅福塘断层交于线路K50+840,断裂带宽约40 m,其产状为135°∠75°属非全新统活动性断裂,对桥基础的影响不大。

其地层主要由三叠系和第四系组成,综合岩土体工程特征,将桥基岩土体分为14个工程地质层,自上而下分述为:淤泥质黏土、次生红黏土、红黏土、亚黏土以及强风化、弱风化、微风化泥岩和白云岩。

该桥地下水分布较广泛,且地下水类型主要为碳酸盐岩溶水及基岩裂隙水两大含水类型。多处钻孔皆有揭示,但含水不均匀,埋深一般为4.60 m～7.30 m,主要供人、畜引用,地下水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水,总矿化度为0.225 g/L。根据附近地下水水质分析报告,地下水对混凝土和钢结构均无腐蚀性。

2 桥梁结构设计

2.1 设计标准、桥跨设计与材料

1)设计标准。

设计荷载为公路—Ⅰ级;桥面宽度为2×净—11.5 m(大中桥);设计洪水频率为1/100。

2)桥跨设计。

大桥桥跨布设,是在服从路线走向的前提下,根据河流形态、水文、排灌情况以及路线两侧的通行需要,结合桥址地形、地质以及建设条件等综合拟定的。跨径组合20 m×30 m,桥梁全长607.4 m。上部结构均采用装配式预应力混凝土T形连续梁,下部结构采用柱式墩、肋式台,基础采用钻(挖)孔灌注桩基础。

预制T梁、横梁、现浇接头、湿接缝采用C50混凝土,调平层采用C50混凝土。桥墩、桥台中除承台、系梁、肋身采用C25混凝土,桩基采用C25水下混凝土。U台台身、侧墙下部、基础采用C20片石混凝土,其余均采用C30混凝土。桥头搭板采用C30混凝土。钢筋混凝土防撞护栏及波形梁护栏座采用C30混凝土。

3)钢材。

采用低松弛高强度预应力钢绞线,公称直径15.2 mm,公称面积139 mm2。钢绞线抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa,弹性模量EP=1.95×105 MPa。钢筋直径d≥12 mm为HRB335钢筋,直径d<12 mm及伸缩装置锚固钢筋为R235钢筋。钢板采用Q235钢板。

4)锚具及管道成孔。

预制T梁锚具采用OVM型锚具及其配套张拉设备,管道成孔采用钢波纹管;T梁接头束采用BM15型锚具及其配套张拉设备,管道成孔采用钢波纹扁管。

5)支座。

采用符合交通行业标准JT/T 4-2004之规定的GJZ和GJZF4系列产品。

6)伸缩缝。

联端桥墩处采用D160型毛勒伸缩缝,两桥台处采用D80型毛勒伸缩缝。

2.2 关键点设计

1)桥梁上、下部结构分别采用公路桥涵通用图《装配式预应力混凝土T形连续梁桥上部构造》《装配式预应力混凝土T形连续梁桥墩台盖梁钢筋构造》。

2)桥梁布孔以路线中心线处为标准跨径,桥梁墩台在平面均按径向布置,即各桥墩墩帽中心线和桥台台帽背墙前缘线与路线中心线交点处的切线成相同角度。由于曲线影响,同一孔内预制T梁均不等长,采用调整预制梁长的方法进行设计,在连续处墩顶现浇横梁宽度仍然与通用图一致。梁长调整设在预制T梁端部的直腹板段,便于施工。正弯矩束保证起弯点位置至梁端距离与通用图一致,在跨中钢束水平段相应调整其长度;预制梁内普通钢筋按梁长变化相应调整。由于曲线影响,预制T梁的边梁悬臂按曲线变化。对于梁顶横坡,每孔梁(半幅)按同一横坡进行预制,桥面总体横坡由墩台盖梁形成,相邻两片梁间预制横坡和桥面横坡通过梁顶调平层调整。

3)由于受曲线影响,伸缩缝处预制梁安装就位后,各梁端会有少许参差不齐,不在一条直线上,施工时应注意按直线准确设置伸缩缝预埋件,此部分在施工时,应请伸缩缝生产厂家派人员现场指导。

4)墩顶水平力采用柔性墩理论,按照集成刚度法进行计算。

5)桩基础按嵌岩桩计算,桩长根据所提供的地质资料计算,如实际情况与所提供的地质资料不符,应根据实际情况调整桩基设计。

6)外侧护栏采用CM-PL3-R型钢筋混凝土组合式墙式护栏;内侧护栏采用ϕ114立柱的钢波形梁护栏。

7)桥头搭板采用8 m搭板。

8)在桥头错孔段路线中心线侧采用挡墙设计。

9)由于桥面纵坡影响,预制梁安装后,梁端不是铅垂线,为保证桥台处预制梁段与桥台背墙前缘线间距能满足伸缩缝的游间要求,桥台背墙根据桥面纵坡进行倾斜。

3 施工设计

1)桥上护栏按照曲线放样设置。

2)墩、台桩基础施工放样时,应认真核对设计图表中提供数值,确认无误后,方可进行,并用其他方法对所放桩位进行多方向校核,无误后方可施工。

3)桥梁施工时应注意各种预埋件的预埋。

4)钻孔灌注桩施工时应严格清孔,桩底沉淀土厚度不得大于0.2倍的桩径且不大于300 mm,支承桩桩底沉淀土厚度不得大于50 mm;对于挖孔桩,成孔后桩底应清理干净,不应有松散的残留物。桩基混凝土灌注完成后应按JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范的具体要求进行桩基检测。

5)台后锥坡填土应采用小型机械严格按照分层压实的原则进行压实,施工时应严格控制。

6)桩基钢筋可采用单、双面焊或搭接焊,焊接须满足相应规范要求。

7)对于墩台处有岩溶存在且岩溶发育一般的桥位,若岩溶顶板距地面较小时,桩底应穿过岩溶部分置于溶洞底板以下不小于3 m,若岩溶顶板距地面距离较大(25 m以上)时,在保证墩台安全并满足桩基受力要求的前提下,桩底距溶蚀顶板的距离不得小于5 m;对于桥位处岩溶严重发育,施工前进行逐墩补充地勘钻孔,以确保墩台设置安全。对于桩基穿过岩溶时,在桩周溶洞应用黏土或浆砌片石进行封堵,以免混凝土灌注时流失。

8)施工时若实际地质情况与设计采用地质资料不符时,应及时通知设计单位调整基础设计。

4 结语

随着公路建设的发展,先简支后连续预应力混凝土连续T形梁桥采用预制架设法施工速度快、造价低和整体性好等优点,在中小跨径的连续桥梁中得到了广泛应用。本文主要介绍了山区高速公路先简支后连续预应力混凝土连续T形梁曲线桥设计,包括设计标准、结构设计、材料选择、关键点设计与施工设计等,特别是曲线和下部结构对岩溶的处理,为类似工程的设计提供参考。

摘要：主要介绍了山区高速公路先简支后连续预应力混凝土连续T形梁曲线桥设计技术,包括设计标准、结构设计与施工设计等,特别是曲线和下部结构对岩溶的处理,可为类似工程的设计提供参考。

关键词：山区高速公路,预应力混凝土,T形梁,曲线桥,先简支后连续,结构设计

参考文献

[1]JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]JTJ 024-85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

铜衬垫在箱形梁焊接中的应用篇3

焊接箱形梁应用广泛,焊接要求高,制作难度大。以前,我公司箱形梁焊接采用里三层、外三层的焊接方式,在焊接完里三层后需要打磨清根,清根时间很长,一条焊缝要半小时,很费砂轮片,飞溅严重。我们采用加铜垫板的工艺方式,很好地解决了这个问题。

2 旧工艺

箱形梁四条主焊缝如图1所示。立板开双面坡口,坡口为带钝边双单边V型坡口,焊角尺寸为8mm,角度为50°,钝边为2mm;2条角焊缝焊角尺寸为9mm,焊接间隙为2mm。探伤要求为AI级。

焊接工艺:主筒内侧先手工打底,再用焊接专机焊2层;主筒外侧打磨清根,手工焊接2层,然后用焊接小车作盖面焊。

3 改进后工艺

首先,更改焊缝尺寸,见图2。把双面坡口改为单面V型坡口,焊角尺寸为16mm,角度为30°,两条角焊缝焊角尺寸为12mm。探伤要求不变。

改进焊接工艺:箱形梁主筒首先点焊拼板,在主筒内侧安装铜板并用压尖点焊固定;主筒外焊缝手工打底,打底后拆掉铜板,用手工焊一层,焊接小车焊两层;主筒内焊缝用焊接专机焊一层。铜垫板尺寸2000mm×30mm×30mm。铜垫板位置见图3。

为此,我们做了取消打磨清根实验,包括焊接实验、腐蚀实验、力学性能实验。

4 试验

4.1 加铜衬垫焊接实验

试验内容(图4、图5):

(1)坡口由双面坡口改为单面坡口,坡口角度为30°,焊角尺寸为16mm,角度为30°,两条角焊缝焊角尺寸为12mm。

(2)首先点焊拼板,在无坡口侧安装铜板;手工打底,打底后拆掉铜板,不清根、不打磨;开坡口处用手工焊一层,焊接小车焊两层;无坡口处用焊接专机焊一层。

(3)材质:底板一HG785,底板二BHT100。

结论:超声波检查(A类I级)合格。

4.2 腐蚀试验(图6)

加铜衬垫试样断面与腐蚀试验:切割得到3个断面,断面成形良好。对断面进行腐蚀后,无缺陷出现。

4.3 力学性能试验

对加铜垫试样进行力学性能试验。试验结果如表1所示。

5 结论

以上实验证明,试样能够达到探伤要求,断面成形良好,力学性能合格。采用加铜垫板的方式能取消打磨清根。试样性能达到产品要求,改进工艺方案可行。

参考文献

[1]陶友瑞.B410LA动静态力学性能实验研究.锻压装备与制造技术,2009,44(1):82-83.

曲线箱形梁篇4

桥式起重机(以下简称桥机)是用来提升和搬运货物的起重机械,疲劳破坏是桥机金属结构失效的主要形式,而桥机金属结构作为一个承载结构系统,其失效不仅仅使起重机失去作业功能,还会导致重大事故的发生,给工业生产和人身安全带来巨大危害。桥机的各种疲劳破坏里面最常发生的是梁结构损伤类型的疲劳破坏,经过统计得到梁结构疲劳的表征是裂纹的产生与扩张。故对桥机主梁结构裂纹的产生与扩张的研究对减少桥机事故的发生具有重要的意义。

1焊接箱形梁疲劳裂纹分析

1.1 确定疲劳裂纹的位置

据试验统计可知,桥机的焊接箱形梁裂纹大部分出现于大隔板焊缝和翼缘板点焊缝等处。这是因为对桥架大隔板经常使用断续焊缝,断续焊缝的间断点处受到各种载荷作用会产生应力集中而形成裂纹。桥机的裂纹源常在大隔板的下部,若干半椭圆裂纹源集合,从而会形成腹板穿透裂纹。这样的裂纹,一头向腹板的上方延伸扩展,另一头向受拉翼缘延伸扩展。下盖板的纵向受拉翼缘连续贴角焊缝常演化为椭圆形状的翼缘点焊缝疲劳裂纹,翼缘点焊缝疲劳裂纹从焊缝里面的圆形缺陷的形心位置处开始,进而向下盖板和腹板延伸扩展,直到穿透板厚。

1.2 裂纹形成的原因

因为桥机焊接箱形梁的钢结构材料有内部初始裂隙、夹渣等缺陷,且钢结构焊接区域有例如应力集中这样的缺陷,故这些区域在外来变载的不断作用之下,内部初始裂隙会渐渐地汇聚、延伸以及扩张,进而形成肉眼可见的裂纹。在随机变载的不断作用下,这些肉眼可见的宏观裂纹渐渐扩张,最终会致使桥机焊接箱形梁断裂。

1.3 疲劳裂纹分类

按照力学特性疲劳裂纹可以分为张开型裂纹、滑开型裂纹和撕开型裂纹等,如图1所示。

张开型裂纹最容易引起脆断;滑开型裂纹扩展时在裂纹尖端产生塑性区;撕开型裂纹面受到与其平行的平面内的剪切载荷作用,剪切载荷的方向与裂纹的方向相垂直。通过对桥机焊接箱形梁进行的受力分析可知,因为主梁下盖板受拉应力作用,而且下盖板处的裂纹比较集中,故张开型裂纹对桥机焊接箱形梁影响最为严重。

按几何特性分类,裂纹可分为表面裂纹以及深埋裂纹等等,在桥机的焊接箱形梁上这两种裂纹都会产生。

2疲劳裂纹扩展的一般规律

一般情况下用da/dN-ΔK的双对数坐标下的裂纹扩展速率曲线(如图2所示)来表达疲劳裂纹扩展的一般规律。其中,da/dN是疲劳裂纹的扩展速率,指的是在疲劳载荷循环次数N下的裂纹长度a的变化率,用来表征裂纹扩展的快慢;ΔK为应力强度因子幅。

当作用在裂纹尖端处的循环应力强度因子幅小于门槛值ΔKm时,裂纹不扩张;当应力强度因子幅稍微大于门槛值的时候,裂纹低速扩张并且随着ΔK的增大,裂纹的扩展速率迅速提高,此阶段被叫做近门槛扩展区(图2中Ⅰ区域),其应力强度因子幅为ΔKth;如果应力强度因子幅ΔK持续增大,裂纹的扩展速率由迅速提高演化为以一种近乎恒速的升高速率在升高,此阶段被叫做中部稳态扩展区(图2中Ⅱ区域);如果应力强度因子幅ΔK再进一步增大,裂纹的扩展速率演变为快速升高直至构件最终断裂,此阶段被称为快速扩展区(图2中Ⅲ区域),其应力强度因子幅为ΔKT。

3疲劳裂纹寿命计算公式

裂纹扩展速率可由Paris公式来表示:

da/dN=C(ΔK)m 。 (1)

其中:C、m为与金属结构材料有关的常数,对钢材Q235,常取C=2.61×10-13,m=3。

张开型裂纹的应力强度因子通常可表示为:

undefined。 (2)

其中:σ为应力;β为形状系数,与疲劳裂纹大小和位置有关。将式(2)代入式(1),得:undefined。则:

undefined。 (3)

设构件的裂纹从初始裂纹a0扩展到临界裂纹ac经历的应力循环次数为N,根据Paris公式寿命预估公式为:

undefined。 (4)

即undefined。 (5)

其中:Δσmax=σmax-σmin。式(5)就是剩余寿命方程。