泰莱路冯家庄互通立交改造工程顶升方案分析报告Word文档下载推荐.docx

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研究成果可作为决策、施工的重要参考资料，保证工程施工安全和桥梁正常服役能力。

二、报告撰写依据

1、冯家庄互通式立交平面竣工图；

2、泰莱路冯家庄互通立交改造工程图纸；

3、冯家庄互通立交顶升施工方案（草案）；

4、相关单位提供的基本信息，主要包括混凝土强度等级等；

5、现场勘查；

6、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）等。

三、研究方法

采用大型通用有限元软件ANSYS参数化建模（APDL）技术，分别建立主梁、桥墩和桥台的有限元模型。

混凝土强度等级：

主梁C40；

桥墩和桥台C30。

顶升位置处采用与千斤顶直径相同的钢板模拟，直径为25cm。

共分析了10种工况（其中4种工况用于辅助建模），分析工况涵盖了施工受力全过程。

第二章主梁受力和变形性能分析

一、研究工况

研究工况包括10种，其中工况1为先顶升0#台3mm；

工况2为在顶升0#台之后顶升1#墩；

工况3、4、5依次类推，至工况5完成全桥顶升。

工况6、7、8、9为建模分析辅助工况，用于确定受力模型；

工况10为对照工况，即顶升前主梁的受力状态，桥墩（台）编号如图2.1所示。

图2.1桥墩（台）编号示意图

二、有限元模型的建立和网格划分

本文采用APDL参数化建模技术建立有限元模型（图2.2），网格划分采用自由划分（图2.3），主梁采用SOLID65单元（该单元主要用于模拟混凝土结构），千斤顶支座处采用SOLID45单元模拟。

图2.2主梁模型

图2.3局部网格划分

三、顶升过程中主梁挠度变形规律

1、工况1

如图2.4所示为工况1顶升致变规律，即在0#台向上顶升3mm时，主梁的挠度变形规律。

最大挠度为30.149mm，发生在中间两跨的跨中位置。

模型的边界条件为远离顶升端的另一端限制平动自由度，顶升端施加竖向3mm的位移约束；

中间三个桥墩对主梁的支撑作用借助辅助工况6确定，图2.5所示为工况6的挠度变形规律。

图2.4工况1顶升致变规律

图2.5工况6顶升致变规律

2、工况2

如图2.6所示为工况2顶升致变规律，即依次在0#台、1#墩向上顶升3mm后，主梁的挠度变形规律。

最大挠度为30.114mm，如图2.6所示的深蓝色区域。

模型的边界条件为远离顶升端的另一端限制平动自由度，0#台、1#墩顶升对应位置施加竖向3mm的位移约束；

其余桥墩对主梁的支撑作用借助辅助工况7确定，图2.7所示为工况7的挠度变形规律。

图2.6工况2顶升致变规律

图2.7工况7顶升致变规律

3、工况3

如图2.8所示为工况3顶升致变规律，即依次在0#台、1#墩、2#墩向上顶升3mm后，主梁的挠度变形规律。

最大挠度为28.506mm，如图2.8所示的深蓝色区域。

模型的边界条件为远离最初顶升端的另一端限制平动自由度，0#台、1#墩、2#墩顶升对应位置施加竖向3mm的位移约束；

其余桥墩对主梁的支撑作用借助辅助工况8确定，图2.9所示为工况8的挠度变形规律。

图2.8工况3顶升致变规律

图2.9工况8顶升致变规律

4、工况4

如图2.10所示为工况4顶升致变规律，即依次在0#台、1#墩、2#墩和3#墩向上顶升3mm后，主梁的挠度变形规律。

最大挠度为26.962mm，如图2.8所示的深蓝色区域。

模型的边界条件为远离最初顶升端的另一端限制平动自由度，0#台、1#墩、2#墩和3#墩顶升对应位置施加3mm竖向位移约束；

其余桥墩对主梁的支撑作用借助辅助工况9确定，图2.11所示为工况9的挠度变形规律。

图2.10工况4顶升致变规律

图2.11工况9顶升致变规律

5、工况5

如图2.12所示为工况5顶升致变规律，即整个主梁向上顶升3mm后，主梁的挠度变形规律。

最大挠度为26.954mm，如图2.12所示的深蓝色区域。

图2.13所示为工况10的挠度变形规律，即未顶升时主梁在自重作用下的变形规律。

不难发现，二者的挠度分布规律和绝度挠度完全相同。

图2.12工况5顶升致变规律

图2.13工况10顶升致变规律

四、顶升过程中主梁第一主应力变形规律

对于混凝土、铸铁、石料等一般脆性材料，多采用第一强度理论，考察绝对值最大的主应力，本文着重探讨最大拉应力和最大压应力，依此确定混凝土是否开裂、压碎。

1、工况1至工况5第一主应力分布规律研究

本报告给出了工况1至工况5主梁梁底和梁顶对应的第一主应力分布云图，如图2.14至2.18所示。

可明显看出，在支撑点附近存在拉（压）应力较大的区域，局部小范围超过了混凝土的对应强度，通过增设钢板扩大受力面积可减小应力集中程度（详细计算见下文）；

除这些区域外，沿着主梁应力的分布相对均匀且应力处在较低水平。

（a）主梁梁底第一主应力

（b）主梁梁顶第一主应力

图2.14工况1

图2.15工况2

图2.16工况3

图2.17工况4

图2.18工况5

2、顶升施工全过程应力分析

已知主梁混凝土强度等级为C40，按《混凝土结构设计规范》取值，轴心抗拉强度标准值

，轴心抗压强度设计值为

。

主梁除顶升点外，拉（压）应力均较小，没有超过混凝土相应强度。

施工顶升过程中，针对顶升点附近区域，将采取必要的加强措施后再进行顶升作业。

3、顶升点对应位置局压承载力计算

（1）桥台对应位置混凝土局压承载力计算

该处顶升荷载为232.4吨，设六个千斤顶，每个千斤顶承受荷载为38.73吨。

则局部受压强度

为

故不会造成混凝土压碎。

（2）桥墩对应位置混凝土局压承载力计算

该处顶升荷载为381.8吨，设8个千斤顶，每个千斤顶承受荷载为47.73吨。

第三章桥墩和桥台受力和变形性能分析

一、研究方案

桥板顶升过程由千斤顶完成，千斤顶置于桥墩（台）与桥板之间，由桥墩（台）提供反力，为了确定桥墩（台）在千斤顶作用下的整体受力和变形性能，本文选取边跨桥台和中跨桥墩两个具有代表性的区域作为研究对象，采用ANSYS建立有限元模型，进行受力和变形性能分析。

本文有限元模型采用APDL技术建立，网格划分采用自由划分，桥墩（台）采用SOLID65单元（主要用于模拟混凝土结构），千斤顶等效作用体采用SOLID45单元。

图3.1a为模拟边跨桥台在顶升千斤顶下的作用效应;

图3.1b模拟中跨桥墩在顶升千斤顶下的作用效应。

（a）边跨桥台

（b）中跨桥墩

图3.1桥墩（台）网格划分

三、主梁顶升过程中桥墩（桥台）受千斤顶作用效应分析

1、边跨桥台受千斤顶作用效应分析

（1）边跨桥台受千斤顶作用位移变形分析

边跨桥台的位移变形如图3.2所示，从图中可以看出最大位移变形为1.995mm，小于规范允许值

图3.2边跨桥台的位移变形

（2）边跨桥台受千斤顶作用第一主应力分析

边跨桥台的第一主应力云图如图3.3所示，从图中可以看出最大拉应力为1.99MPa，小于2.01MPa（C30混凝土抗拉强度标准值）；

最大压应力为3.39MPa，小于14.3MPa（混凝土抗压强度设计值）。

图3.3边跨桥台第一主应力云图

2、中跨桥墩受千斤顶作用效应分析

（1）中跨桥墩受千斤顶作用位移变形分析

中跨桥墩的位移如图3.4所示，从图中可以看出最大竖向变形仅为0.593mm,不会对安全构成威胁。

图3.4中跨桥墩的位移变形

（2）中跨桥墩受千斤顶作用第一主应力分析

中跨桥墩的第一主应力云图如图3.5所示，从图中可以看出最大拉应力为0.9899MPa，最大压应力为13.0MPa，小于规范限值，处于安全状态，处于安全状态。

图3.5中跨桥墩第一主应力云图

第四章结论与措施

一、结论

本研究报告，经过详细计算和科学分析，结合工程实际情况，得出以下结论：

（1）提出的“冯家庄西互通立交桥顶升施工方案”总体上满足要求，主梁顶升过程中挠度变化呈减小趋势，应力处于较低水平。

（2）因千斤顶顶升作用面积较小，上部荷载较大，存在应力集中现象，在墩（桥）台对应支撑点处表现较为突出。

（3）桥墩（台）承受千斤顶顶升作用传递的上部荷载，由此产生的最大拉应力和最大压应力均小于规范限值。

二、措施

（1）在顶升作业前将针对大梁、桥墩（台）应力集中区等薄弱环节采取垫钢板等减小应力集中的措施。

（2）采用单方向顺次顶升作业顺序，不采用双向同时顶升作业顺序。

（3）顶升施工过程中，加强管理监测，确保工程质量，严格按照施工操作规范施工。