大跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥悬臂施工关键技术研究PPT

大跨预应力混凝土变截面连续 箱梁桥悬臂施工关键技术研究科研鉴定汇报中铁七局石武客专郑州东站联络线工程郑州公司 第三项目经理部 课题组长、汇报人：刘辉

课题研究背景(工程概况)

石武客专西南下行联络线51#~54#墩(70m+120m +70m)连续梁位于半径R=1000m、坡度为i=7‰的 圆曲线上，上跨石武正线、西北联络线两条新建铁路 线，其中两个中墩52#、53#墩墩身高度分别为23.0m、 22.5m,设计为悬臂灌注施工单线连续梁。 单线连续梁采用变截面变高度直腹板单箱单室箱梁， 梁底下缘按1.6次抛物线Y=AXα变化，α=1.6, A=0.005505971;中支点梁高8.2m,边支点及跨中梁 高4.6m,全桥箱梁底板箱宽6.1m,桥面板宽8.5m,腹 板厚分别为0.45m、0.7m、0.9m,底板厚由跨中的 0.38m按抛物线变化至中支点梁根部的1.0m,顶板厚 0.5m;箱梁在中支点处设置厚2.5m的横隔板，梁端支 座处设置厚1.3m的端横隔板，跨中设置厚0.6m的横隔 板。

工程概况：主梁上部结构轮廓图

工程概况：主梁半跨中半支点截面

课题研究内容

临时固结体系研究 三角挂篮设计与计算研究 施工方案与施工监控研究

临时固结体系研究 ：研究具体内容

临时固结体系设计 理论计算 实验研究

临时固结体系设计

制 图

图 号

临时固结体系设计

临时固结体系设计

临时固结体系研究 ：创新点

课题组提出了混凝土临时支撑与钢管临时支撑相结合 的临时固结体系，克服了单纯的大体积混凝土临时支 撑拆除施工难的问题和钢管混凝土临时支撑浪费材料， 污染环境的问题(原设计图纸为直径1.5m的钢管混凝 土柱固结在0#梁体内)。而且两临时支撑形成了双保 险，保证了悬臂施工过程的安全。 为精确分析临时固结体系力学性能而建立的全三维实 体有限元模型，考虑了预应力的影响，考虑了平曲线 的影响。从分析方法上这是一次全新的尝试，实践证 明该方法精度高，效果好。为今后临时固结体系的设 计，乃至于连续梁、连续钢构施工阶段的应力分析提 供了一种新思路。

临时固结体系研究 ：ANSYS有限元空间三维实体建模思路

为研究临时固结体系的受力情况，建立了桥梁最大悬 臂状态下的主梁、桥墩以及临时固结体系的ANSYS有 限元模型。主梁、桥墩及钢筋混凝土临时支墩采用 Solid45单元剖分，钢管立柱(钢轨传立柱)临时支撑 采用Beam188单元划分，预应力钢束采用link8单元划 分，混凝土临时支撑内的竖向锚筋也采用link8单元划 分。主墩底部施加全约束。 Solid45单元是Ansys中用于构造三维实体的一个单元， 通过8个节点来定义一个6面体、棱柱体或四面体

。本 工程构造复杂，采用6面体和棱柱体单元剖分困难，故 采用的是4面体单元。为保证计算结果的精度，对单元 剖分尺寸进行了控制。

临时固结体系研究 ：ANSYS有限元空间三维实体建模思路

本工程位于半径R=1000m的圆曲线上，为精确分析临 时固结体系的受力，有限元模型考虑了平曲线。 预应力的考虑方法为实体力筋法，即在每一梁段的梁 端，建立预应力钢筋的锚固点，力筋单元与梁体 Solid45单元在此位置共节点，给力筋施加预应力(拉 力)就能顺利传递到梁体上(压力)。给力筋施加预 应力可以定义link8单元的初应变，也可以采用降温法。 本工程计算选定初应变方法。

临时固结体系研究 ：ANSYS有限元空间三维实体建模思路

永久支座的模拟是个难点。永久支座采用的是大吨位 的球形支座，能将主梁的重量传递给主墩，但是不约 束主梁的转动，所以永久支座不能采用一个实体单元 建立。一种办法是按照实际情况建立支座上下两部分， 在接触位置定义接触对，这样静力分析问题变成了接 触分析问题，而接触分析是一种非线性分析，计算规 模会成倍增加。另一办法是对永久支座进行刚度等效， 用一种替代的结构模拟永久支座，保证其仅传递竖向 力而不传递弯矩。本模型采用Link8单元去模拟。

临时固结体系研究 ：理论计算ANSYS全三维实体建模工况分析

考虑钢支撑立柱的全桥ANSYS 全三维实体有限元模型 (立面图)

考虑钢支撑立柱的全桥ANSYS 全三维实体有限元模型 (平面图)

临时固结体系研究 ：理论计算

墩顶混凝土临时支撑及支座垫石有限元模型

全桥三向预应力筋有限元模型

临时固结体系研究 ：理论计算

永久支座的等代结构