1、汀泗桥临时墩稳定性验算陆文军张晔芝许润峰(中南大学土木建筑学院湖南长沙410075)教育时空擅 要大跨度桥梁旅工过程中经常需要加上临时墩，临时墩的稳定是全桥篪工安全的基础。本文以汀泗桥为背景，对其l 1个临时墩进行稳定性验算为以后类似问题计算提供参考关键词I临时墩稳定性验算中图分类号：U44555+9 文献标识码：A 文章编号：1009-91,tX(2009)35-0119-011工程曩况武广客运号线汀泅河特大桥I-140m下承式钢箱系杆拱桥在89#一90#墩(起讫里程DKl289+85865DKl290+00I90)，位j二湖北赤壁市境内，上跨京珠高速公路。线路标准为客运专线双线铁路，无碴轨
2、道，线间距5m，设计时速为350Kmh。施工时在两墩间设置11个临时支墩，临时墩采用扩大基础，先在临时墩上拼装系梁间纵、横梁。桥面系拼装完成后，在系梁上拼装吊杆，再逐节拼装拱肋、横撑。在拱肋合龙后将临时墩从主墩往跨中方向拆除。临时墩墩高h为i3m，钢管肇脬为10mm。2誓时墩稳定性验算本文对l艋时墩的稳定性检算方法是首先通过全桥施T阶段分析，得出在安装拱肋的9个阶段和拆除临时墩的3个阶段过程中(具体施工见表1)，11个临时墩在自重+风载+温度荷载作用下的墩顶峰向反力、水平力，然后求出每个临时墩在12个工况中的墩底应力，以应力最大的为最不利工况(考虑到拼装过程中的碰撞，横桥向水、严力按拱肋吊蘑的
3、01倍考虑，约5t，在进行临时墩及其承载力的验算时，各临时墩墩顶横向力都为最不利丁况作用下的结果再加Est)。最后取各墩子最不利工况F的竖向荷载和水平荷载为变量。计算临时墩的稳定系数表1施工步骤表格工况 赡工犒逯 工况 埔工撼述1 拼麓武汉饲擞肋第一致 拼装广州倒擞肋第三霞2 拼握武汉饲擞助苹二段 8 拼装广州倒擞肋第四段3 拼蔷武戊髑嵌胁薰三段 9 戴劝台扼4 擗装武扳铷擞肋第四段 10 拆除临时墩l#、鲋、11#5 拼袭广州倒班助第一段 II 拆静临目j域2捌州10#6 拼装广州伽擞胁第二蜃 12 拆除略时域鲥，硝，甜、9母本文中临时墩墩底固定，墩顶顶住系粱。由于墩项与系粱之间摩擦力的作用
4、，墩顶不会产生与系梁的相对水平位移。因此做稳定性计算时，约束墩顶的水平位移，同时给予墩顶一初始水平住移，即按照曲梁计算。由F约束，水平位移，I临时墩虽有弯曲，但弯曲角度失稳前小会增大。只是到失稳的时候才会迅速增大，因此叮根据第类稳定问题，即线性稳定问题进行分析第一类稳定问题的有限元矩阵方程为(K“K。)u=(R (1)式中：K为结构的弹性刚度矩阵：K】。为应力刚度矩阵：Aiz)为节点位移增量向量：R为外荷载增量向量。当结构处在临界状态，R)一0，A l,t即使也有非零解，按线性代数理论。必有：|K+K。|：0 (2)在小变形情况下，K与应力水平成正比由于发生第一类失稳前满足线性假设。多数情况下
5、应力与外荷载也为线性关系，因此若某种参考荷载；)对应的结构几何刚度阵为i，临界荷载为P)。=i，那么在临界荷载作用下结构的几何刚度矩阵为：K)=乏。 (3)于是(2)可以写成IK+i。|：o (4)式(4)就是第一类线弹性稳定问题的控制方程。稳定问题转化为求方程的最小特征值问题，求得的最小特征值就是对应荷载的稳定安全系数，相应的特征向量就是失稳模态。线性稳定分析按如下步骤进行分析：建立模型：静力分析，获得静力解：特征值屈曲分析，获得特征值届曲解：扩展解，获得届曲模态形状。验算时墩底固定，墩顶简支(即约束墩顶的水平位移)，由表一可以看出墩顶受到的水平力很小系梁给它的摩擦完全可以平衡，因此验算时给
6、临时墩一个初始纵向位移(本文中取10cm)，即按曲粱计算，作用一个竖向力。由全桥空间分析计算所得的各墩子最不利荷载见表2表3列出了第一阶稳定系数和屈曲模态表2各临时墩最不利荷载蜷号 1# 硝 持 纠 蜊 甜 7群 e撑 9惮 1晴 11徉P横 5 55 9 01 123 1003 7 76 5 55 7 92 t096 11 73 941 646P锹 o ool 0025 0111 2297 0103 o 001 o oi3 l 238 0183 006】 o 009P竖 246 313 415 “ 413 11l 375 426 375 299 235注：表中P横、P纵、P竖均为相对于桥梁方
7、向的横向、纵向和竖向的荷载，其中P横为最不利工况下的荷载加5t表3各临时墩第一阶稳定系数和屈曲模态牯时墩号 稳定系赣 鹿曲攘杏 临时破号 稳定幕教 展曲模j蕃l， 12 62 整体搬向弯曲鹿曲 7 23 74 整体锨向弯曲愿曲2t 2844 整体纵向鹭曲膨曲 “ 93j5 韭体锹向弯曲尼曲” Z14Z t体纵向弯曲屈曲 9 2372： 整体张向弯曲鹿曲l 8912 鼙体纵向弯曲屈擅 l Ot 298 整体纵向弯曲厄曲5 2l 56 整体搬向弯曲鹿曲 ll， 1321 整体嫩向膏曲厄穗 1623 叠体纵向弯曲履曲从表中可以看出，l#和11#的稳定系数最小，分别为1262和132l。各临时墩的第一
8、阶屈曲模态均表现为整体纵向弯曲屈曲。、结语通过稳定性的验算，可以知道1#、6#和11#临时墩的稳定系数较小，其中1#临时墩为1262，其余都在20以上：查规范可以知道，各临时墩的稳定性是满足要求的参考文献1叶梅新，王月横向连接系对下承式钢箱系杆拱桥稳定性的影响黑龙江科技信息20082刘近，高墩大跨连续钢构桥桥墩稳定性分析铁道建筑，2006舛技俘茏I 119万方数据汀泗桥临时墩稳定性验算作者： 陆文军， 张晔芝， 许润峰作者单位： 中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075刊名： 中国科技博览英文刊名： ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN年，卷(期)： 2009，“(
9、35)被引用次数： 0次参考文献(2条)1.叶梅新.王月.周德 横向连接系对下承式钢箱系杆拱桥稳定性的影响期刊论文-黑龙江科技信息 2008(30)2.刘近 高墩大跨连续钢构桥桥墩稳定性分析 2006相似文献(10条)1.学位论文 董玲珑 超大跨度斜拉桥施工全过程抗风稳定性研究 2009目前，随着桥梁设计理论不断成熟以及新的施工工艺和新型材料的涌现，大大促进了斜拉桥向超大跨径方向不断发展，千米级跨径的斜拉桥已经出现，而更大跨径的斜拉桥也在规划中。随着斜拉桥跨径的增大，结构的刚度及其稳定性将下降，同时还拉长了桥梁建设周期。施工状态的大跨度斜拉桥，由于结构体系处于不断转换中、并尚未形成最终状态，可
10、能会出现比成桥后更为不利的状态：结构刚度小，变形大，风致振动响应大，稳定性差的情况。因此，抗风稳定性作为大跨度斜拉桥施工和设计需要考虑的重要问题，将是影响未来超大跨度斜拉桥的建设的重要因素，为确保斜拉桥安全顺利地施工，需要对施工状态斜拉桥的抗风稳定性进行深入系统的研究。本文以目前世界上跨径最大的斜拉桥苏通长江大桥为工程背景，对其施工全过程的抗风稳定性进行了分析，并揭示了其抗风稳定性的演变规律。研究成果对未来的超大跨度斜拉桥的抗风设计和施工具有一定的理论指导意义和参考应用价值。本文分别采用基于CR列式法的结构三维几何非线性有限元分析程序GNFEA、基于子空间迭代法的结构动力特性分析程序SDCA、
11、结构三维非线性空气静力分析程序BSNAA以及桥梁结构三维颤振分析程序BSFA，对苏通长江大桥的成桥阶段和施工全过程进行了初始状态确定、动力特性、空气静力和动力稳定性等分析，揭示了超大跨度斜拉桥施工全过程结构的动力特性和抗风稳定性的变化规律及其机理。研究表明：随着桥面主梁拼装的不断推进，（1）结构的自振频率在施工前期下降幅度较大，但在施工后期下降的幅度较小，并出现较多的侧弯扭转耦合振型，同时临时墩的架设可以提高结构的竖弯频率；（2）结构的静风失稳风速呈单调下降趋势，结构最低静风失稳风速出现在最大单悬臂阶段；（3）结构的颤振失稳风速呈下降趋势，最低颤振失稳风速出现在成桥阶段，临时墩的架设和边跨合拢
12、对结构的颤振稳定性有提升作用。2.学位论文 赵永红 苏通大桥钢箱梁吊装临时支架结构分析 2006依托苏通大桥主桥钢箱梁吊装施工背景，用ANSYS通用有限元软件对1号墩临时支架和2号临时墩建立空间有限元模型。对模型施加合理的边界条件，进行内力分析与计算，解决了施工单位所关心的问题，得到施工过程中可能的最不利工况，并对临时支架结构进行验算。主要研究内容如下：1分析了桥梁倒塌事故工程实例，总结了倒塌原因，得出临时支架结构受力分析的必要性。2考虑墩与支架的不同连接方式，建立两种模型：一种为墩与支架一起建模、墩底固接，另一种为桩、承台、墩和支架共同建模。通过比较分析，得出结论：墩与支架固接，桩、承台、墩
13、和支架共同建模最为合理，并得到可能的最不利工况。在最不利工况下，利用强度理论对1号墩临时支架和2号临时墩有限元模型进行强度验算及刚度与稳定性验算。结果表明：在苏通大桥主桥钢箱梁吊装过程中，临时支架强度、刚度与稳定性均满足要求。3通过对比分析，发现第一类和第二类稳定问题在工程中存在差异。建议结构稳定分析应当采用空间有限元计算模型，按第二类稳定问题处理，用增量法考虑材料非线性影响，用迭代技术考虑几何非线性影响。4在风载计算方面，将风载视为静载，但因其可有一定倾角，相对于水平面一般在+10到-10内变化，从而引入风攻角概念。将风载对结构的水平作用和竖向作用同时考虑，可更好地模拟风载的实际作用效果。3
14、.会议论文 杜思勇 苏胜大桥悬臂浇注的临时墩设计 2004苏胜大桥主桥跨径52m,设计采用对称悬臂浇注.本桥悬臂浇注的临时固结墩设计,把临时固结和临时支撑同时考虑,合并施工,可以简化施工、节约成本、缩短工期,施工安全更有保障.桥梁悬臂施工时的临时锚固是施工时必不可少工序,它关系到施工过程的稳定和安全,因此它的设计极为重要.传统的临时墩设计往往把支撑和锚固分开处理.苏胜大桥在临时墩设计时,改变传统的施工设计方案,将对称悬浇的临时固结和临时支撑同时处理:以钢筋混凝土柱代替钢管支撑和预应力系统,钢筋混凝土柱锚固在主墩承台上,然后把箱梁与临时墩固结,临时墩与梁接触处设5cm硫磺砂浆.施工过程极为简单,
15、比传统做法节约时间和成本,安全可靠,临时固结的拆除也极为方便.4.学位论文 赵博 双线铁路290m叠合拱桥钢箱梁顶推方案的研究 2009雁荡山特大桥主桥是一座双线铁路叠合拱桥，跨度为290m，斜交约22跨越甬台温高速公路。受桥下行车净空限制，钢箱梁采用胎架上拼装再顶推就位的架设方法。该钢箱梁属超重超长结构，顶推施工难度大受力复杂。本文对钢箱梁顶推施工几种方案进行了仿真分析，较为系统的研究了钢箱梁在顶推过程中的受力状态和稳定性等问题。完成的主要工作如下：1、对顶推过程的有限元分析方法进行研究。提出了整体分析与局部分析相结合的计算方法，探讨了梁体预拱度、滑道支座变形和横盖梁变形等模拟方法。2、对四
16、个临时墩直接顶推方案（方案1）进行研究。结果表明：理想状态，即不考虑梁体预拱度和横盖梁变形的情况下，悬臂较长时，梁体挠度较大使得前端墩处梁体与滑道接触面积减小，局部应力严重超限。3、在方案1基础上提出在前方桥墩增设塔吊对钢箱梁前端施加竖向力的方案。研究结果表明：悬臂距离为22m时起吊，在理想状态下梁体强度方能满足要求；给出了梁体悬臂距离与塔吊竖向力之间的关系；该方案的缺点是塔吊要随着顶推过程不断移动。4、在方案1基础上提出在钢箱梁上增加斜拉索塔的方案。研究结果表明：顶推过程中，如果斜拉索不施加预拉力，梁体受力没有改善；如果斜拉索施加60预拉力，梁体受力虽有所改善，但强度仍不能满足要求。5、对六
17、个临时墩方案进行计算研究。当考虑梁体预拱度及横盖梁变形后，顶推过程中钢箱梁不能满足强度要求；提出了对顶推滑道抬高不同高度以补偿横盖梁变形的改善措施，得出了采取改善措施后梁体的受力规律，结果表明：采用改善措施后顶推过程中梁体强度及稳定性均满足要求。本文研究成果为雁荡山特大桥钢箱梁顶推施工方案提供了思路，对其他钢箱梁顶推施工也有参考价值。5.期刊论文 杨昌盛.刘剑.YANG Chang-sheng.LIU Jian 南京长江第三大桥临时墩深水钢套箱钢管桩平台稳定性分析 -桥梁建设2006,“(z1)介绍了南京长江第三大桥南临时墩钢套箱钢管桩平台的施工特点,深水急流条件下钢管桩下放的受力计算,以及钢
18、套箱钢管桩平台稳定性计算.6.学位论文 刘杰 大跨度钢箱梁斜交顶推结构受力特性与施工控制技术研究 2006本文以佛山平胜大桥(自锚式悬索桥)主跨钢箱梁顶推施工(斜交角度68度，顶推最大悬臂78米)为背景，基于有限元理论，运用ANSYS计算软件，在长沙理工大学平胜大桥施工监控课题组研究成果的基础上，进一步分析了顶推施工过程中钢箱梁的受力特性，研究了影响主梁受力及安全性的有关参数，论证了课题组提出的钢箱梁顶推施工控制的关键技术。本文完成的主要特色工作如下：1.阐述了斜梁的内力及影响线计算公式，找出影响斜梁力学性能的有关参数，阐述弹性支承的模拟及斜梁计算的有限元理论，为斜交顶推的有限元分析提供思路和
19、理论依据；2.在课题组研究成果的基础上，提出了针对钢箱梁顶推施工的“改进的前进算法”思路，运用该思路对平胜大桥施工全过程进一步进行仿真计算，并进行了相关参数的影响分析；3.对滑道处钢箱梁梁段进行局部的屈曲分析，得到一阶失稳模态，找出发生失稳的板件位置，分析了两侧滑道对钢箱梁作用的纵向位置、竖向反力差、接触面积等参数对钢箱梁局部稳定性的影响；4.将接触有限元用于顶推中钢箱梁的局部受力计算，对平胜大桥实际顶推中滑道处的钢箱梁进行仿真分析，对比了垫梁下设或不设橡胶垫块两种方案钢箱梁的受力状态，论证了橡胶垫块对改善滑道处钢箱梁受力不均的有效性；5.分析了顶推过程中临时墩的受力性能，提出了保证临时墩安全
20、的措施和手段；6.研究了导梁长度对顶推过程中主梁受力的影响，确定了顶推施工中导梁的合理长度；7.根据上述分析结果，再一次论证了课题组提出的施工中的各项控制指标、监控方案和施工监控关键技术。7.期刊论文 崔清强.CUI Qing-qiang 复杂预制线形钢箱梁顶推计算分析 -桥梁建设2009,“(6)某桥为自锚式悬索桥,钢箱梁采用分幅、单向顶推法施工,柔性墩多点顶推工艺.结合该桥的施工监控项目,采用ANSYS 有限元分析软件对钢箱梁、钢导梁、顶推平台及临时墩约束等进行模拟,分析钢箱梁顶推施工全过程,并对顶推过程中的局部应力和稳定性进行计算.钢箱梁在顶推过程中,临时墩标高的调整要紧密结合钢箱梁的5
21、段连续预拱度曲线,实际调整中,包括临时墩的沉降测量值.计算结果表明顶推施工控制基本符合结构受力要求.8.学位论文 秦阳 单点顶推大吨位宽体箱梁施工技术研究 2007本论文依托山西省太原市武宿立交枢纽工程R7桥宽体箱梁顶推施工，通过研究最新的项推施工技术，结合背景工程的实际，建立结构分析模型，选择合适的参数，通过设计、施工及调整，对大桥进行了荷载试验，达到了预定的目标。通过分析桥梁结构体系，将结构内力按施工阶段和运营阶段两部分来进行分析计算。从纵向弯曲、自由扭转、约束扭转以及截面歪扭方面对宽体箱形梁的纵向受力性能进行分析；在箱形截面中，由于顶板宽度(或底板宽度)远大于腹板宽度，当弯曲力通过腹板传
22、递给顶板和翼板时，会引起的截面上正应力分布不均，对R7桥进行了剪力滞效应分析；对顶推施工宽箱梁的预应力体系进行设计，采用中心配束的原则，将预应力束分别布置在箱梁的顶、底板内，并使得截面上各点的压应力基本均匀，以适应顶推梁承受交替变化的正负弯矩，同时尽量减少梁体预制、顶推施工过程中由于预应力作用而产生较大的二次力作用。为进一步明确宽箱梁的工作性能，采用Super线性静力程序，对和箱梁在施工最不利状态时及运营阶段各类荷载组不同组合作下受力状况进行分析计算。应用结果说明结构模型是可靠的，分析结果是准确的。通过单点顶推与多点顶推的对比和分析，确定采用在一个截面上施加大吨位顶推力的单点顶推工艺进行施工；
23、对刚性顶杆进行横、竖向稳定分析，结果表明此钢性顶杆体系在横、竖两个方向均满足稳定性要求。对顶推力进行设计，最终选定施工所用的施加水平力设备，并进行预制平台设计。在施工过程中进行偏移原因分析和偏位的纠正。研究了箱梁预制、顶推工艺，砼主梁梁段间的连接构造和措施，以及箱梁与导梁的连接方法；介绍了临时墩的结构和施工过程中临时墩的调整。根据实际选择制定静载试验方案。试验结果表明该桥箱梁具有良好的整体性；表明箱梁刚度完全满足设计要求。箱梁的实际抗扭刚度满足设计要求。在最不利荷载作用下，各特征断面的实测应力值均小于理论计算值，主要受力截面的拉弯工作性能安全可靠；梁体抗扭工作状况正常，横向分布荷载的性能良好。
24、冲击系数值均小于设计计算所采用的1.10125，且同质量不同速度的汽车荷载所引起的冲击系数无明显差异，说明梁体及桥面满足使用要求。对于宽度较大的箱梁，建议在设计计算时所考虑的偏载增大系数应适当提高。项推施工法是当代先进的且大有前途的施工方法之一，具有广阔的应用前景。9.期刊论文 杜长江 悬臂浇筑中施工安全度和变形控制 -交通世界(建养机械)2009,“(6)在悬臂浇筑施工中,确保施工期主梁的稳定性是非常重要的.为保证施工期的稳定性,通常的做法是通过桥墩处偏心位置的临时竖向预应力筋来承受所产生的巨大不平衡弯矩.要求桥墩设计具有足够的承载能力.当桥墩设计不足以承受上述承载能力时,则采取在墩旁设置临
25、时支架,可以单侧或两侧支承.如图1所示,则为单侧支撑,通过预应力连杆(有作用力P)把梁与设置在距永久性墩D处的临时墩相连.10.学位论文 柳鸣 大跨V构拱桥静动力计算和V构详细应力分析 2008V形刚构与拱组合桥体系结构性能良好，受力相对复杂。论文以小榄水道大桥设计为研究对象，采用大型有限元计算软件建立完整、详尽的全桥组合有限元模型。论文计算大跨拱与刚构组合桥梁的65个施工阶段和成桥状态在各种最不利组合荷载作用下结构受力，同时考虑时间依存性效应对结构位移和应力的影响。论文还采用子空间迭代法计算分析了结构的自振特性，分别采用反应谱和时程分析的方法进行地震响应分析，计算分析结构的动力响应。论文对施工和运营阶段结构的弹性稳定性也进行了分析，计算分析了结构的稳定性能。同时结合在不同的施工阶段拆除临时墩、拆除临时系杆和张拉V形刚构预应力筋等相组合的三种施工方案，计算分析V形刚构的应力和变形，通过对比分析，优化出有利于v形刚构受力的施工方案。最后，利用大型有限元软件ANSYS建立V构实体有限元模型，对结构进行详细应力计算分析。由此，作者比较全面地了解拱与刚构组合桥梁的静力、动力性能，并掌握了运用大型有限元软件计算大跨度桥梁的方法。本文链接：http:/
