自錨式懸索橋鋼箱梁頂推施工階段結(jié)構(gòu)分析

陳帥++隆佩欽

摘 ? 要：結(jié)合工程實(shí)例邵陽(yáng)市跨資江連接大祥區(qū)和北塔區(qū)桂花大橋，采用空間有限元軟件MIDAS/CIVIL，對(duì)自錨式懸索橋鋼箱梁頂推施工階段的空間位移與應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析，為鋼箱梁頂推施工時(shí)的線形、應(yīng)力控制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自錨式;懸索橋;鋼箱梁;位移與應(yīng)力;有限元分析

中圖分類號(hào)：U448.25;U445.4 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1005-5312（2016）32-0256-02

自錨式懸索橋主要由主纜、索塔、吊桿和加勁梁等構(gòu)件組成，它是將主纜直接錨固在加勁梁上，由加勁梁承受主纜拉力的水平分量，豎直分量主要由錨固端橫梁承受，從而形成整個(gè)體系的平衡。自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)一一自錨式懸索橋的主纜直接錨固在加勁梁上，加勁梁要承受巨大的軸向壓力決定了其施工順序?yàn)椋合燃茉O(shè)加勁梁，再架設(shè)主纜。 由自錨式懸索橋的架設(shè)通?！跋攘汉罄|”，而鋼箱梁的架設(shè)方法無(wú)非有如下幾種：滿布支架法、吊裝法、頂推法。本文以桂花大橋?yàn)閷?duì)象，分析自錨式懸索橋鋼箱梁頂推施工階段的空間變形與應(yīng)力，為橋梁施工控制提供理論依據(jù)。

一、工程概況

本項(xiàng)目為邵陽(yáng)市跨資江連接大祥區(qū)和北塔區(qū)桂花大橋。主橋?yàn)椋?0m+120m+60m+22.13m）雙塔三跨自錨式懸索橋。路線平面線型為直線，橋梁范圍內(nèi)設(shè)1.035%和-2%雙向縱坡，豎曲線半徑為6000m。全橋共設(shè)置兩片主縱梁，縱梁為等高度單箱單室截面，內(nèi)高2.5m，內(nèi)寬3.5m，與中橫梁、箱型橫梁、小縱梁、平聯(lián)組成雙主梁梁格體系，主梁全寬33.8m。

本次采用端部加裝導(dǎo)梁頂推安裝到位，頂推總重量約為3419t（鋼主梁）+153t（導(dǎo)梁）+152t（背撐），累積頂推距離為290.63m。

Fig1 steel box girder elevation layout

二、鋼箱梁頂推有限元模型與計(jì)算工況

（一）鋼箱梁有限元模型

本次計(jì)算選用MIDAS/CIVIL軟件，采用空間直梁?jiǎn)卧凑帐┕ろ樞蚍蛛A段建立鋼箱梁頂推的計(jì)算模型進(jìn)行空間分析。

1.主縱梁、橫梁、小縱梁

全橋共兩片主縱梁，主縱梁長(zhǎng)268.745m，主縱梁中心距30m，為鋼箱結(jié)構(gòu)，寬3800mm，高2500mm，頂板厚22mm，底板厚24mm，兩腹板厚16mm。

橋梁縱向每5m設(shè)置一道橫梁，為工字型截面，頂板600×22mm，底板650×24mm，腹板厚16mm，截面總高2500mm。

小縱梁：橫斷面上設(shè)兩道小縱梁，小縱梁采用工字型截面，頂板尺寸為500×16mm，底板為300×12mm，腹板為312×12mm。

主縱梁、次縱梁及橫梁均為Q345鋼材。

2.導(dǎo)梁

導(dǎo)梁由兩片主梁及兩道橫撐組成，導(dǎo)梁總長(zhǎng)40m，兩片主梁中心距30m，與兩主縱梁連接，導(dǎo)梁的兩主梁為變截面工字型結(jié)構(gòu)，高度為2500mm～1500mm，材質(zhì)為Q345鋼材。

3.背撐

導(dǎo)梁及主梁上方設(shè)置鋼背撐，其總長(zhǎng)為（20+10+10+10+19）=69m，高5m，背撐立柱及立柱間縱斜撐為700×700mm鋼箱結(jié)構(gòu)，頂板、底板及腹板厚均為24mm，背撐立柱頂縱向聯(lián)系及背撐兩側(cè)縱斜撐為700×1000mm鋼箱結(jié)構(gòu)，頂板、底板及腹板厚亦為24mm，背撐立柱頂平面橫撐及斜撐均為500×700mm工字型鋼結(jié)構(gòu)，其頂、底板厚為20mm，腹板厚為14mm。背撐材質(zhì)為Q345鋼材。

（二）計(jì)算工況

桂花大橋臨時(shí)墩主要為主橋頂推時(shí)，用于支撐主橋、頂升調(diào)位、頂推施工的臨時(shí)支撐體系。

Fig2 temporary pier structure arrangement as a whole

由于鋼箱梁質(zhì)量較大，頂推過(guò)程中受頂推平臺(tái)長(zhǎng)度和頂推設(shè)備（穿心式千斤頂）的限制，全橋頂推過(guò)程中分為37個(gè)工況進(jìn)行。

三、模型計(jì)算結(jié)果分析

（一）撓度計(jì)算

Fig3 The guide beam under the condition of maximum deflection figure

Fig4 The girder under the condition of maximum deflection figure

Fig5 The back brace under the condition of maximum deflection figure

由圖3～圖5可知，在頂推過(guò)程，導(dǎo)梁、主梁、背撐的最大撓度分別為310.9mm，53mm，171.6mm。

（二）應(yīng)力計(jì)算

Fig6 The guide beam under the condition of maximum stress diagram

Fig7 The girder under the condition of maximum stress diagram

Fig8 The back brace under the condition of maximum stress diagram

由圖6～圖8可知，導(dǎo)梁的最大壓應(yīng)力為56.4MPa，最大拉應(yīng)力為64.8MPa;主梁的最大壓應(yīng)力為83.2MPa，最大拉應(yīng)力為65.3;背撐的最大拉應(yīng)力為110MPa，拉應(yīng)力為133.4MPa。

（三）各墩座支反力

Fig9 The temporary pier reaction time history curve

由臨時(shí)墩支反力時(shí)程曲線圖示可知：0號(hào)墩最大支反力出現(xiàn)在第6號(hào)工況，對(duì)應(yīng)反力值為18203.2 KN;1號(hào)墩最大支反力出現(xiàn)在第14號(hào)工況，對(duì)應(yīng)反力值為18315 KN ; 臨時(shí)墩最大支反力出現(xiàn)第22工況，對(duì)應(yīng)的反力值為17884KN;2號(hào)墩最大支反力出現(xiàn)在第30號(hào)工況，對(duì)應(yīng)反力值為17949 KN ;3號(hào)墩最大支反力出現(xiàn)在第3700號(hào)工況，對(duì)應(yīng)反力值為10400 KN 。

四、結(jié)語(yǔ)

1.通過(guò)有限元模型midas，對(duì)鋼箱梁頂推進(jìn)行了仿真，頂推全過(guò)程進(jìn)行了受力分析。計(jì)算出主梁，導(dǎo)梁，背撐的最大撓度分別為310.9mm，53mm，171.6mm，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可防止鋼箱梁和導(dǎo)梁無(wú)法落到下一個(gè)支墩上。

2.計(jì)算出鋼箱梁所受應(yīng)力絕對(duì)值的最大值為背撐處133.4MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。

3.總結(jié)出頂推過(guò)程中各支撐墩支反力的基本變化規(guī)律：從導(dǎo)梁前端接觸滑道起，隨著頂推導(dǎo)梁前移、導(dǎo)梁與接觸長(zhǎng)度的增加使得各支撐墩反力從零開(kāi)始逐漸增大，同時(shí)，隨著鋼箱梁的頂進(jìn)，當(dāng)導(dǎo)梁接觸到下一個(gè)支撐墩時(shí)，頂推達(dá)到某一工況，接觸墩后方支撐墩支反力出現(xiàn)最大值;伴隨著頂推的進(jìn)行，后方支撐墩反力有逐漸變小的趨勢(shì);隨著鋼箱梁繼續(xù)頂進(jìn)，各支撐墩反力并最終趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

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