鋼桁梁頂推法施工驗(yàn)算

技術(shù)中心：鄭偉

鋼

桁

梁

頂

推

法

施

工

專

題北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司目

錄1234工

程

案

例建

模

流

程頂

推

模

擬設(shè)

計(jì)

驗(yàn)

算Ⅰ.

工

程

案

例Ⅰ.

工

程

案

例橋

址

關(guān)

系大橋與既有鐵路線的平面位置關(guān)系圖（上跨鐵路線）Ⅰ.

工

程

案

例頂

推

施

工18#墩19#墩20#墩21#墩22#墩23#墩18#墩19#墩20#墩21#墩22#墩23#墩H=11mⅠ.

工

程

案

例主

桁

結(jié)

構(gòu)一、主桁二、縱橫梁三、上平聯(lián)

L=64m1

）

采用無(wú)豎桿三角桁，桁高11m，節(jié)間長(zhǎng)12m及10m，主桁中心距8m；2

）

上、下弦桿采用箱型截面；斜腹桿采用箱型截面和H型截面；縱、橫梁除端橫梁外均采用工型截面，端橫梁為箱型截面；上平縱聯(lián)采用交叉式的腹桿體系，橫撐及斜桿均采用工字型截面；Ⅰ.

工

程

案

例導(dǎo)

梁

結(jié)

構(gòu)導(dǎo)梁總長(zhǎng)32m，其中型鋼長(zhǎng)14m，貝雷梁長(zhǎng)18m，導(dǎo)梁總重35t；導(dǎo)梁上下弦采用加厚的雙拼25槽鋼與鋼桁梁對(duì)接；腹桿、平聯(lián)采用加厚的雙拼25槽鋼。型鋼段

14m貝雷梁段

18m鋼桁梁結(jié)構(gòu)的組成部分主桁：上弦桿、下弦桿、腹桿弦桿：承擔(dān)荷載產(chǎn)生的軸力（拉/壓）；上平縱聯(lián)下弦桿縱梁橫梁豎腹桿斜腹桿下平縱聯(lián)

上弦桿

端橫聯(lián)（橋門(mén)架）中橫聯(lián)節(jié)間長(zhǎng)度腹桿：承擔(dān)剪力。聯(lián)結(jié)系：縱聯(lián)、橫聯(lián)縱聯(lián)：抵抗水平向荷載，為主桁提供

側(cè)向支撐；橫聯(lián)：使主桁橫向成為幾何不變體系，提高主桁的抗扭能能力。橋面系：縱梁、橫梁

將移動(dòng)荷載傳遞給主桁節(jié)點(diǎn)。Ⅰ.

工

程

案

例梁?jiǎn)卧c桁架單元的區(qū)別梁?jiǎn)卧?）由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具有拉、壓、彎、剪、扭的剛度2）梁?jiǎn)卧譃槠矫媪簡(jiǎn)卧?D梁）和空間梁?jiǎn)卧?D梁）3）平面梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)包含3個(gè)自由度（2個(gè)平動(dòng)、1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）4）空間梁?jiǎn)卧拿總€(gè)節(jié)點(diǎn)包含6個(gè)自由度（3個(gè)平動(dòng)、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）桁架單元：1）由2個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，只傳遞軸向的拉力和壓力2）僅有平動(dòng)自由度，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，單元只發(fā)生軸向變形3）桁架單元分為平面桁架（2D）和空間桁架（3D）4）平面桁架的單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有2個(gè)平動(dòng)自由度

空間桁架的單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)平動(dòng)自由度（

x,y

）

??

2Dx軸Ⅰ.

工

程

案

例桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

梁承受荷載后，主要產(chǎn)生彎曲內(nèi)力，截面上的應(yīng)力分布是不均勻的，因而材料不能充分利用。

當(dāng)荷載只作用在桁架的結(jié)點(diǎn)上時(shí)，各桿內(nèi)力主要為軸力，截面上的應(yīng)力基本上分布均勻，可以充分發(fā)揮材料的作用。

實(shí)際桁架的受力情況比較復(fù)雜，在計(jì)算中必須抓住主要矛盾，對(duì)實(shí)際桁架作必要的簡(jiǎn)化，桁架內(nèi)力計(jì)算的假定：

1）桁架的結(jié)點(diǎn)都是光滑的鉸結(jié)點(diǎn)；

2）各桿的軸線都是直線并通過(guò)鉸的中心；

3）荷載和支反力都作用在結(jié)點(diǎn)上。Ⅰ.

工

程

案

例桁架的實(shí)際受力情況與上述假定具有一定差別：

1）鋼桁架的結(jié)點(diǎn)具有很大的剛性；

2）桿件存在制作誤差，各桿軸線不一定完全交于一點(diǎn)；

3）桿件上作用非結(jié)點(diǎn)荷載，如桿件自重、風(fēng)荷載等；

4）結(jié)構(gòu)具有空間效應(yīng)，即主桁產(chǎn)生變形時(shí)，會(huì)使縱聯(lián)和橋面系一起變形，進(jìn)而使得縱梁和橋面系承擔(dān)了主桁一部分荷載（次內(nèi)力），對(duì)主桁是有利的。桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017-2017)Ⅰ.

工

程

案

例

z常見(jiàn)問(wèn)題解答45-鋼桁結(jié)構(gòu)的單元類型與驗(yàn)算

/video/BV1ze4y1f7QVⅡ.

建

模

流

程分析結(jié)果

內(nèi)力

應(yīng)力

變形

反力邊

界荷

載外部邊界、內(nèi)部邊界自重、二期預(yù)應(yīng)力荷載

收縮徐變

溫度荷載支座沉降移動(dòng)荷載設(shè)計(jì)結(jié)果承載能力正常使用彈性階段建模流程PSC

RC施工成橋求解

Civil

建

模

流

程

后處理剛

度驗(yàn)

算Ⅱ.

建

模

重

點(diǎn)

前處理

材料、截面、節(jié)點(diǎn)單元Ⅱ.

建

模

流

程幾何模型的建模思路鋼

桁

梁鋼

導(dǎo)

梁主桁架縱橫梁上平聯(lián)型鋼段貝雷段采

用

DXF

導(dǎo)

入

實(shí)

現(xiàn)

快

速

建

模Ⅱ.

建

模

流

程

DXF文件注意事項(xiàng)：

1）繪制單位建議mm；

2）建立圖層，按截面進(jìn)行區(qū)分；

3）將線段左端移到坐標(biāo)原點(diǎn)；

4）另存為DXF文件-04版本；

5）對(duì)于曲線橋，需以直代曲。建

立

幾

何

模

型

Ⅱ.

建

模

流

程一、建立鋼桁梁

1）Civil長(zhǎng)度單位調(diào)為mm

2）導(dǎo)入DXF-主桁架文件

Rx=90度

4）修改截面

通過(guò)結(jié)構(gòu)組快速賦予

5）修改單元坐標(biāo)軸

弦桿單元change-90度6）復(fù)制單元

Dy=8000mm7）導(dǎo)入DXF-縱橫梁文件

插入點(diǎn)（0,0,0）8）導(dǎo)入DXF-上平聯(lián)文件

插入點(diǎn)（6000,0,11000)DXF原點(diǎn)Civil插入點(diǎn)

Ⅱ.

建

模

流

程二、建立鋼導(dǎo)梁

1）導(dǎo)入DXF-鋼導(dǎo)梁文件

Rx=90度

2）修改截面

通過(guò)結(jié)構(gòu)組快速賦予

3）修改單元坐標(biāo)軸

鋼導(dǎo)梁弦桿單元change-90度

4）添加彈性連接

模擬上下貝雷片之間的剛接

Dx：5@3000

5）復(fù)制單元

鋼導(dǎo)梁?jiǎn)卧?，Dy=8000

勾選復(fù)制節(jié)點(diǎn)屬性

6）建立鋼導(dǎo)梁橫撐和斜撐

貝雷斜撐不勾選交叉分割

貝雷復(fù)制單元，Dx：5@3000建

立

幾

何

模

型

DXF原點(diǎn)

剛節(jié)點(diǎn)——彈性連接(剛性)自重鋼桁梁鋼導(dǎo)梁模型重量kN3504.3306.8實(shí)際重量kN4540350放大系數(shù)1.291.14調(diào)整容重kN/m3101.789.5荷載單位取值梁?jiǎn)卧奢d施工荷載2.5kN/m28×2.5=20kN/m風(fēng)荷載71.6N/m2-建

立

幾

何

模

型

Ⅱ.

建

模

流

程三、建立結(jié)構(gòu)組

1）鋼桁梁

2）鋼導(dǎo)梁-型鋼段

3）鋼導(dǎo)梁-貝雷段

4）刪除多余結(jié)構(gòu)組四、建立荷載

1）自重

2）配重

3）施工荷載

4）風(fēng)荷載

鋼桁梁

鋼桁梁+型鋼段鋼桁梁+型鋼段+貝雷段Ⅲ.

頂

推

模

擬Ⅲ.

頂

推

模

擬頂

推

施

工

工

藝

介

紹01-拖拉式頂推施工工藝Ⅲ.

頂

推

模

擬頂

推

施

工

工

藝

介

紹02-步履式頂推施工工藝Ⅲ.

頂

推

模

擬頂

推

施

工

工

藝

介

紹03-水上浮托頂推施工工藝Ⅲ.

頂

推

模

擬

CS1：導(dǎo)梁-型鋼段拼裝完成CS2：導(dǎo)梁-貝雷梁段拼裝完成，

準(zhǔn)備頂推施工頂

推

施

工

過(guò)

程CS4：將鋼桁梁和導(dǎo)梁向前頂推到中間，距L6的距離為18.9mⅢ.

頂

推

模

擬

CS3：安裝配重頂

推

施

工

過(guò)

程CS5：將導(dǎo)梁貝雷梁部分頂上L6支墩，

但未上支撐頂

推

施

工

過(guò)

程CS6：導(dǎo)梁貝雷梁部分上

L6

后上支撐Ⅲ.

頂

推

模

擬CS7：繼續(xù)往前頂推，

導(dǎo)梁貝雷梁部分上第二和支撐，

卸掉配重CS8：繼續(xù)往前頂推，

導(dǎo)梁桁架部分安裝三個(gè)支撐頂

推

施

工

過(guò)

程Ⅲ.

頂

推

模

擬CS9：繼續(xù)往前頂推，

導(dǎo)梁貝雷梁部分頂出支撐，

桁架部分上支撐CS10：繼續(xù)往前頂推，

主梁上一個(gè)臨時(shí)支撐，

拆除導(dǎo)梁頂

推

施

工

過(guò)

程Ⅲ.

頂

推

模

擬CS12：主梁頂推就位，落架成橋頂

推

施

工

過(guò)

程Ⅲ.

頂

推

模

擬

CS11：繼續(xù)往前頂推，

主梁上兩個(gè)臨時(shí)支撐二、對(duì)所有支承點(diǎn)編號(hào)支點(diǎn)1支點(diǎn)2支點(diǎn)3支點(diǎn)4支點(diǎn)5支點(diǎn)6支點(diǎn)9

支點(diǎn)8

支點(diǎn)7支點(diǎn)11

支點(diǎn)10頂

推

施

工

過(guò)

程

Ⅲ.

頂

推

模

擬一、整理所有支承點(diǎn)位置邊界條件的約束技巧單向可動(dòng)

支座

固定

支座雙向可動(dòng)支座

單向可

動(dòng)支座

雙向可

動(dòng)支座單向可動(dòng)

支座

雙向可

動(dòng)支座單向可動(dòng)

支座綠色表示約束黑色表示釋放12345678911

10

Ⅲ.

頂

推

模

擬三、添加邊界條件

按照連續(xù)梁的支座布置原則來(lái)定義1、把所有出現(xiàn)支承位置的節(jié)點(diǎn)找出來(lái)，重編節(jié)點(diǎn)號(hào)，按頂推方向同側(cè)序號(hào)相連2、生成邊界組1~113、把所有支座，用一般支承只約束這些節(jié)點(diǎn)的Dz，再用excel表格修改約束成分和邊界組4、只需激活和鈍化對(duì)應(yīng)的邊界組，即可快速模擬頂推過(guò)程操作技巧：1）激活顯示所有支承節(jié)點(diǎn)2）外側(cè)支座節(jié)點(diǎn)起始號(hào)13）內(nèi)側(cè)支座節(jié)點(diǎn)起始號(hào)124）編號(hào)時(shí)，按-x方向排序5）先統(tǒng)一約束dz6）用excel調(diào)整約束和組具體操作流程Ⅲ.

頂

推

模

擬邊界條件的約束技巧12345678911

10Ⅲ.

頂

推

模

擬邊界條件的約束技巧2ND：-X1ST：+YⅢ.

頂

推

模

擬

Step1、重編節(jié)點(diǎn)號(hào)Step2、全部約束DzStep3、用excel表格修改約束成分和邊界組邊界條件的約束技巧Ⅲ.

頂

推

模

擬邊界條件的約束技巧節(jié)點(diǎn)號(hào)DxDyDzRxRyRzRw邊界組支座類型Dy單向可動(dòng)

雙向可動(dòng)

固定Dx單向可動(dòng)

1

2

3

4

5

6

7

8

910111213141516171819202021221000000000010000000000000000000000111111111111111111111111111111111110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000支點(diǎn)10支點(diǎn)20支點(diǎn)30支點(diǎn)40支點(diǎn)50支點(diǎn)60支點(diǎn)70支點(diǎn)80支點(diǎn)90支點(diǎn)100支點(diǎn)110支點(diǎn)10支點(diǎn)20支點(diǎn)30支點(diǎn)40支點(diǎn)50支點(diǎn)60支點(diǎn)70支點(diǎn)80支點(diǎn)100支點(diǎn)90支點(diǎn)100支點(diǎn)11施工階段結(jié)構(gòu)組邊界組荷載組激活鈍化激活鈍化激活鈍化CS1鋼桁梁、鋼導(dǎo)梁-型鋼段支點(diǎn)1~7、支點(diǎn)9自重、施工荷載CS2鋼導(dǎo)梁-貝雷段支點(diǎn)10、貝雷剛接CS3配重CS4支點(diǎn)8支點(diǎn)9、支點(diǎn)10CS5支點(diǎn)7、支點(diǎn)8CS6支點(diǎn)11CS7支點(diǎn)10支點(diǎn)5、支點(diǎn)6配重CS8支點(diǎn)7~9支點(diǎn)4CS9支點(diǎn)7CS10鋼導(dǎo)梁-型鋼段、貝雷段貝雷剛接CS11支點(diǎn)6支點(diǎn)2、支點(diǎn)3、支點(diǎn)7CS12支點(diǎn)7支點(diǎn)6施工荷載

Ⅲ.

頂

推

模

擬四、模擬頂推施工方法施工階段的激活鈍化匯總整理

Ⅲ.

頂

推

模

擬變形前與變形后的區(qū)別施工階段的激活鈍化匯總整理

CS5CS6-變形前CS6-變形后Ⅵ.

規(guī)

范

驗(yàn)

算Ⅳ.

規(guī)

范

驗(yàn)

算鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

由于《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG

D64-2015）未提供鋼桁梁的整體驗(yàn)算公式，鋼桁梁橋更多參照《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB

10091-2017）進(jìn)行驗(yàn)算。Ⅳ.

規(guī)

范

驗(yàn)

算

需要注意，總穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，容許應(yīng)力折減系數(shù)與長(zhǎng)細(xì)比相關(guān)，且驗(yàn)算時(shí)，桿件最大長(zhǎng)細(xì)比有限制要求。鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

下表格中的截面抗彎慣矩、面積由截面特性得到，回轉(zhuǎn)

半徑通過(guò)抗彎慣矩和面積計(jì)算得到，計(jì)算長(zhǎng)度選取桿件建

模長(zhǎng)度，由此計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比、容許應(yīng)力折減系數(shù)，軸力和彎

矩根據(jù)Civil分析結(jié)果得到。通過(guò)以上方法，即可按照鐵路

規(guī)范，完成鋼桁梁的強(qiáng)度與穩(wěn)定驗(yàn)算。

并發(fā)內(nèi)力-軸力最大并發(fā)內(nèi)力-彎矩最大Ⅳ.

規(guī)

范

驗(yàn)

算鋼

結(jié)

構(gòu)

設(shè)

計(jì)

標(biāo)

準(zhǔn)Ⅳ.

規(guī)

范

驗(yàn)

算從Civil結(jié)果中提取Fx從Civil結(jié)果中提取My

從Civil截面特性值中

查看Iyy/Czm鋼

結(jié)

構(gòu)

設(shè)

計(jì)

標(biāo)

準(zhǔn)拓

展

部

分拓

展

部

分鋼

桁

梁

的

預(yù)

拱

度

計(jì)

算

鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)置方法通常是伸長(zhǎng)或縮短上弦桿件拼接縫尺寸，增加或減少上弦節(jié)間長(zhǎng)度。具體實(shí)現(xiàn)分以下三步:從整體計(jì)算中提取恒載和靜活載工況的下弦桿件各節(jié)點(diǎn)處豎向位移;

恒載與一半活載豎向位移之和得到預(yù)拱度值;

通過(guò)某一計(jì)算方法推出預(yù)拱度值與上弦長(zhǎng)度變化值之間關(guān)系，得出各個(gè)上弦節(jié)間拼接縫的伸長(zhǎng)值或縮短值。

以上第一步可以通過(guò)有限元程序計(jì)算得到，第二步可以直接計(jì)算得到，預(yù)拱度最終實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于第三步采用何種計(jì)算方法，針對(duì)這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，本文提出了三種計(jì)算方法:幾何法、溫度法，以及在前兩者基礎(chǔ)上的混合法。拓

展

部

分鋼

桁

梁

的

預(yù)

拱

度

計(jì)

算頂推施工，對(duì)預(yù)拱度計(jì)算有沒(méi)有影響？拓

展

部

分鋼

桁

梁

的

預(yù)

拱

度

計(jì)

算幾何法：根據(jù)主桁幾何關(guān)系推出預(yù)拱度值與上弦長(zhǎng)度變化值之間關(guān)系

優(yōu)缺點(diǎn)說(shuō)明

幾何法的優(yōu)點(diǎn)是

計(jì)算時(shí)間短，且可編

制excel表格來(lái)計(jì)算，

但缺點(diǎn)是未考慮各主

桁桿件的伸長(zhǎng)和縮短，

求出的拼縫值有一定

誤差，需要進(jìn)行修正！注意角度與弧度的轉(zhuǎn)化

角度=弧度×180/Pi()????

參數(shù)說(shuō)明

fi

為各下弦節(jié)點(diǎn)豎向拱度

L

為節(jié)間長(zhǎng)

H

為桁高

α、β

為下弦桿與豎直線夾角

γ

為下弦桿與腹桿夾角

θ

為腹桿間夾角

Δ

為上弦拼接縫變化值??

=

360

???

?

??

?

2??

?=2

??Τ2

2

+

??2

×

sin

??Τ2

?

??其中拼接縫變化值Δ

伸長(zhǎng)為正，

縮短為負(fù)?？赏瞥鋈缦鹿?/p>

??

=

????????????

??

?

??

???1

Τ??

×

180Τ????

=

????????????

??

??+1

?

??

Τ??

×

180Τ??

+

90

??

=

????????????

2??Τ??

×

180Τ??

先假設(shè)上弦拼接縫的伸長(zhǎng)值或縮短值，而后利用升溫或降溫來(lái)使上弦桿件長(zhǎng)度發(fā)生變化，通過(guò)有限元程序計(jì)算反推下弦各節(jié)點(diǎn)預(yù)拱度值，如與預(yù)設(shè)拱度不符則重新假設(shè)拼接縫變化值，如相符則得到最終變化值

Δ

為

?=

??

?

???

?

??

其中，L為桁長(zhǎng);

Δt

為溫度變化值;

a為線膨脹系數(shù);

Δ為上弦桿件拼縫變化值。

溫度法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)是因?yàn)榉赐频年P(guān)系，

需要計(jì)算者有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，且需經(jīng)過(guò)多次試算才能得到準(zhǔn)確結(jié)果，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。拓

展

部

分

升降溫法

幾何法和溫度法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，在上述兩種方法基礎(chǔ)