刚性铰设计全过程总结 - 图文(2)

2019-05-24 15:39

3) 增加支座冷却系统,水温38度;

4) 将原来推拉5000次拆下1个支座检查改为推拉10000次拆下1个支座检查,20000次拆下2个支座检查,40000次、50000次和60000次时拆下全部支座检查。

改进后的试验情况效果大大提高,刚性铰支座经过60000次的反复推拉后仍然能够正常工作。实际验证了改进措施的效果。 4.3 模型试验成果对设计的优化

刚性铰模型试验充分验证了刚性铰总体构造的可行性,同时通过试验过程发现的一些问题对刚性铰优化设计工作提供了有益的指导:

1) 重视对支座的设计,研制使用刚性铰专用支座;

2) 减少支座摩擦副的接触应力有利于提高支座的使用寿命,因此优化设计将支座的规格提高一倍,由原来的400t支座改用800t支座;

3) 将刚性铰专用支座的可更换性作为其设计的重点。

5. 刚性铰技术设计

5.1 技术设计工作内容

刚性铰技术设计阶段主要完成了以下工作内容:

1) 对刚性铰的受力进行了更为细致的有限元分析,这些有限元分析模型包括全桥杆系模型的总体分析以及精细的板壳单元分析,分析工况除了涵盖刚性铰在施工以及运营阶段各种最不利荷载工况,还分析了刚性铰支座在维修更换支座状态的力学性能。

2) 结合力学分析结果对刚性铰构造进行了反复优化: ? J2类梁段长度调整,方便刚性铰的合龙施工

? 将小箱梁中部的两道纵隔板取消,变成单箱单室断面,但是把支座范围的横隔

板加密,改善了小箱梁受力;

? 支座附近的横隔板板厚加厚,缓解横隔板应力集中;

? 对支座处的小箱梁横隔板人孔形式进行调整,避免在支座直接受力的下方开设

人口,引起应力集中;

? 设计了一个可更换的侧向支座连接架;

? 伸缩缝设置伸缩缝封板,提高刚性铰接缝处结构的流线形; ? 小箱梁固定段开设工艺孔,方便小箱梁板件的焊接;

? 小箱梁接头加劲进行了增强,确保接头连接螺栓的可靠连接。 等等。

3) 深化了刚性铰的耐久性设计

? 设置小箱梁密封节的,将箱内空间密闭起来; ? 在刚性铰箱内设置除湿机,保持箱内干燥;

? 刚性铰箱内人孔布置进行了优化,方便检修人员进出。 等等。

4) 细化了刚性铰施工和安装的配套设计 ? 小箱梁接头设置定位销钉,方便施工安装; ? 设置小箱梁检修轨道系统,方便小箱梁后期维修。 等等。 5.2 技术设计审查

技术设计文件编制完成后,项目组在正式审查前向省厅领导进行了一次摸底汇报,通过摸底汇报,省厅领导对技术设计文件汇报材料又提出了一些指导意见,建议将专题研究的成果进行系统整理和归纳,突出阐述刚性铰支座的可更换性,分析刚性铰日常风、车辆振动等微动荷载对支座使用寿命的影响。项目组结合上述意见对汇报材料进行了重新梳理。

2009年8月24日,浙江省交通运输厅在杭州组织召开了嘉兴至绍兴跨江公路通

道嘉绍大桥刚性铰技术设计审查会,审查认为:“嘉绍大桥刚性铰技术设计文件符合交通运输部《关于嘉兴至绍兴跨江公路通道初步设计的批复》(交公路发[2008]360号)的要求,内容全面,设计方法、参数选用及构造设计基本合理,刚性铰各板件强度的验算结果符合相关规范要求,施工工艺及维修养护方案基本可行。”并建议:“编制相关技术规程,包括施工制造、安装控制、维修养护等方面的内容。鉴于刚性铰的影响因素较多,受力状况复杂,工艺要求较高,且国内尚无先例,建议下阶段进一步完善设计、优化构造、改进工艺,严格控制,确保结构的耐久性要求。”

2009年9月24日,浙江省交通运输厅以“浙交复[2009]136号文”对刚性铰技术设计作出了批复。批复认为:“技术设计根据初步设计批复要求进行了深入研究,技术设计文件基本符合“设计文件编制办法”有关规定,满足本项目初步设计批复的要求。”

6. 刚性铰施工图设计

以技术设计为基础,结合模型试验专题研究成果,刚性铰施工图设计又进行了以下工作:

1) 根据技术设计中发现的刚性铰部分构件应力集中的情况对部分构造进行了优化:

? 将J2类梁段端部横隔板的加劲方式由镶边板式加劲调整为贴板式加劲; ? 将竖向支座连接架处横隔板的拐点加劲板由焊接形式调整为整板形式,改善其

受力;

2) 根据支座优化设计结果对对应构造进行调整

由于将支座规格增大了一倍,刚性铰支座连接架的构造也对应调整,同时为了给支座的维修更换提供足够的空间,将支座的安装空间由原来的160mm增大为230mm。

3) 补充刚性铰维修更换的配套设施

在J2梁段内增加了刚性铰支座维修用的爬梯和检修平台,小箱梁接头端部设置方便牵引的牵引孔。

4) 在刚性铰内部设置降温隔热空调系统。

5) 增加对刚性铰健康监测系统的要求,重点是通过刚性铰健康监测系统的数据采集,以实测数据指导刚性铰支座的维修更换操作。

6) 编制刚性铰的加工、安装、维修、养护手册。对刚性铰施工以及后续运营阶段的要求进行了详细的规定。

等等。

7. 刚性铰施工图设计完成后的补充工作

刚性铰施工图设计文件编制完成后,国内仍有不少专家对刚性铰存在疑虑,为此项目组有针对性的做了一些补充工作:

疑虑一:国内郧阳大桥也有类似构造,“据说”目前使用出现问题

为此项目组专程前往湖北武汉、郧县等地对该桥进行实地考察,走访了郧阳大桥的设计单位湖北省交通规划设计院,与郧阳大桥的设计人员进行交流,查阅了有关图纸,并且到桥位刚性铰内部进行实地考察,与大桥的管养部门进行沟通了解情况,掌握了该桥刚性铰的第一手资料。考察结构认为:郧阳大桥刚性铰使用至今15年,目前基本滑动功能是完全正常的,主要问题是小箱梁向桥一侧滑动,有滑出危险,用千斤顶无法复位。而无法复位的原因是是由于其采用了较为简易的支座构造,橡胶与薄钢板的磨擦副已经发生损坏,橡胶固定角钢与薄钢板发生接触,翘曲变形导致支座摩擦力增加,普通千斤顶无法顶动。郧阳桥的调查结果证明只要充分考虑支座的性能和可更换性,这种构造是完全可行的。

疑虑二:刚性铰模型试验部分数据存在理论和实测偏差较大的情况

为此,项目组和专题承担单位西南交通大学一起,对数据中存在差异的地方进行

系统的分析和研究,并做出判断,数据中存在的误差属于本试验中的正常结果,不影响试验中得到的结果判断。此外,为使试验结果阐述更加清晰,将两阶段的试验报告进行整合,补充试验误差分析部分内容,使专题报告更加严密可信。

疑虑三:模型试验不能涵盖刚性铰在日常微动的使用状态

为此项目组补充了对刚性铰动力性能的分析。补充分析发现,由于次边塔设置塔梁约束,所以主梁不出现纵漂振型,而且由于索塔为独柱四索面形式,主梁横向与塔形成一个稳定三角体,动力特性结果表明主梁也不会出现明显的扭转振动现象。上述分析论证了刚性铰的相对位移主要来源于静力响应,而非动力响应,而静力响应中温度变形占了绝大多数,而活载静力位移只占很小的部分,且正常在桥面随机分布的荷载情况下,活载的静力位移响应会更低,因此模型试验中将温度位移作为使用性能试验的基础是完全合适的。另外刚性铰还可以通过设置阻尼器增加一道控制刚性铰微振位移的防线,确保结构的万无一失。

疑虑四:在刚性铰支座更换和维修时,桥面交通是否影响其更换和还原 在桥面设置刚性铰伸缩缝临时限位装置,在更换状态下,将刚性铰伸缩缝临时约束,限制支座拆除过程刚性铰伸缩缝两侧的相对变形,确保更换过程的可操作性和结构的安全性。

2009年12月15在上虞和2010年1月7日在北京,项目组又连续两次就专家担心的主要问题做了专题的汇报,在这两次会中有关专家又提出了大量宝贵意见:

1) 根据支座受力分布特点,进一步优化支座构造。

2) 对模型试验建议补充模拟其他组合工况下支座的受力状态,研究其使用性能,以合理确定支座的使用寿命。

3) 应编制详细的施工方案、施工组织设计及养护监测等技术规程,进一步加强各部构造的施工工艺研究,制订缜密的操作规则,确保刚性铰在建设和营运期内的可靠性和可更换性。


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