ABAQUS仿真某大桥支座更换时桥面板局部顶升

2022-09-11

1 工程概况

某特大桥全桥 (见图1) 孔跨布置为:4×45m (连续箱梁) +636m (单跨简支悬索桥) +3×45m (连续箱梁) =956m。某大桥主跨采用636m的简支钢桁梁地锚式悬索桥, 主缆边跨192m, 中跨主缆矢跨比采用1/10.5, 两塔之间的主梁布置在R=21202.349m的竖曲线上。

2 某大桥的病害及维修措施

2.1 大桥的病害

在对某特大桥桥面板病害的专项检测中发现桥面板支座病害严重主要存在以几种情况:

1) 跨中三排桥面板固定支座的固定挡块全部剪断;

2) 少量桥面板支座存在脱空现象, 丧失支座支承功能;

3) 少量桥面板支座底板锈蚀, 硅脂流失严重;

4) 部分桥面板支座螺栓脱落、锈蚀情况明显;

5) 绝大部分桥面板支座防尘帘脱落。

2.2 某大桥的维修措施

针对某特大桥的病害情况进行维修处置的目的是恢复大桥正常的设计运营工作状态, 主要设计处置内容是桥面板支座的更换和维修, 以及桥面板整体顶推复位。

1) 将跨中三排固定支座拆除, 更换为临时滑动支座;将所有5 类支座用新支座

替换, 同时对所有4类支座进行相应的施工处置;

2) 监测支座处置后桥面板的滑动状态, 确保其处于良好的可滑移工作状态;

3) 进行桥面板整体自顶推复位施工和多点同步顶推施工工作;

4) 更换跨中三排临时滑动支座为新固定支座, 核查其他支座的工作情况;

5) 安装桥跨对称中心线处双向牛腿纵向限位装置。

3.该桥面板局部顶升仿真分析

3.1更换支座施工工艺

支座顶升之前先临时解除待更换整排支座与其相邻的4排支座的抗压快, 支座顶升时的最大顶升量不得超过10mm, 依次各排顶升高度分别为8mm、6mm、5mm、5mm。支座顶升后取出已损坏的支座, 完整的放在垫座旁边, 放上新的支座, 按要求安装好。待支座更换完毕后, 将各支座的抗拉压块紧固恢复原位。重复以上步骤。支座竖向顶升设施布置如图2所示。

3.2仿真分析方法

桥面板局部顶升仿真分析是在施工工艺设计的基础上, 通过仿真分析软件对局部结构细节和传力状态的准确模拟, 分析施工过程中的结构应力状态, 以确定和优化工艺设计细节。

利用通用非线性分析软件Abaqus建立全幅桥面板壳单元三维实体分析模型, 利用强迫位移模拟各支座点的顶升量, 从而对顶升局部应力进行分析。

根据具体顶升的施工工艺设计, 支座的最大顶升量为10mm, 然后依次降低顶升量, 因此对待更换支座部位的钢桥面板横梁施加竖直向上的10mm位移荷载, 两边的支座横梁分别施加竖直向上的8mm位移荷载, 对三排顶升的桥面板进行分析。桥面板上的恒载主要为沥青混凝土路面, 取自重为26KN/m3, 沥青路面厚度为8cm, 则恒载取值G=1.2×26×0.08=2.496KN/m2≈2.5×10-2N/mm2。

4结果分析

根据仿真分析结果可知:更换支座顶升时桥面板钢纵梁局部产生的最大应力值为100.6MPa, 钢桥面板的最大应力值为40MPa, 因此顶推施工过程中钢桥面板结构受力能满足安全性要。

5.结语

(1) 出于对构件局部安全稳定性方面的考虑, 需要预留一定的安全储备, 建议将顶推力控制在12t以内, 并且在顶推施工过程中要随时注意槽钢局部的变形及焊缝质量的问题。

(2) 在顶推过程中要随时观测各反力架以及相关连接构件的变形情况, 当变形较大时应立即停止顶推, 并及时处理。

(3) 更换支座后, 桥面板支座滑移能力恢复情况良好, 全桥支座摩擦力分布不均

衡情况得到改善。

(4) 进行桥面板支座更换时, 需要对桥面板横肋进行局部顶升, 以取出支座进行更换或进行维修。

采用此种仿真分析桥面局部变形以便于优化施工组织设计;从而确保更换支座操作过程的结构安全性。也为其他桥梁支座更换时桥梁面板的局部顶升提供参考、为其他桥梁加固、维修处置提供理论和施工依据。

摘要：为了确定支座维修处置的效果, 确认桥面板顶推复位的准确性, 本文采用了非线性分析软件ABAQUS建立全幅桥面板壳单元三维实体分析模型, 对顶升时桥面板局部应力进行了详细的分析;采用此种仿真分析桥面局部顶升, 确保了更换支座操作过程的结构安全性。也为其他桥梁支座更换时桥梁面板的局部顶升提供参考和施工依据。

关键词：ABAQUS仿真分析,局部顶升,非线性,支座更换