某大橋鋼導梁與鋼箱梁接頭處受力分析

張能 秦龍飛

摘要： 通過兩種方法對某大橋鋼導梁與鋼箱梁接頭處進行了受力分析的對比計算，其結果的一致性，表明結構受力是安全的。

關鍵詞：鋼導梁；鋼箱梁；接頭；受力分析

1 工程概況

大橋采用整體鋼箱梁斷面形式（見圖1）。全橋鋼箱梁包括主纜錨固段總長737.43m，不計主纜錨固段的鋼箱梁總長685.75m。為便于制造和運輸，不計主纜錨固段的鋼箱梁共劃分為53個梁段，分為A、B、C、D、E、F共六種類型。鋼箱梁頂板采用正交異性板，鋼板厚度為18mm，采用U型加勁肋加強，頂板設置2%雙向橫坡。鋼箱梁底板包括水平底板和斜底板，底板厚度為14mm，底板加勁采用U型加勁肋。橫隔板采用板式斷面，標準梁段設4道橫隔板。縱隔板采用板式斷面，鋼箱梁內共設2道縱隔板。F梁段與主纜錨固段匹配。

圖1 大橋鋼箱梁標準橫斷面（單位：mm）

鋼導梁分為兩肢，中心間距為18.4m，與鋼箱梁縱隔板間距一致。每肢導梁均由5個節段（M5～M1）組成，導梁全長為52m。導梁采用工字形變截面鋼板梁，梁高由3.348m變為1.2m，梁寬由1.88m變為0.5m。導梁M1節段根部頂、底板加寬、腹板與鋼箱梁縱隔板處同高，采用高強螺栓和鋼箱梁頂板以及縱隔板連接、下底板貼板焊接；兩肢之間通過連接系連接為整體。

圖2 大橋鋼導梁與鋼箱梁接頭處示意圖（單位：mm）

鋼箱梁的頂推結構為：由北向南布置為20.75m（北錨支架）+17m（起吊跨）+40m（頂推平臺）+35.5m（1#臨時墩）+46.75m（2#主塔）+80m（2#臨時墩）+82m（3#臨時墩）+82m（4#臨時墩）+82m（5#臨時墩）+80m（3#主塔）+72m（6#臨時墩）+48.25m+39.75m（南錨支架）。鋼箱梁頂推施工臨時墩布置見圖3所示。

圖3 鋼箱梁頂推施工臨時墩布置（單位：m）

2 局部計算簡介

2.1 計算模型

采用MIDAS Civil 2012建立計算模型。分為兩種方法進行計算：第一種方法，鋼導梁和鋼箱梁均采用板單元模擬，鋼導梁間的連接系采用梁單元模擬；第二種方法，鋼導梁和鋼箱梁均采用梁單元模擬。

約束方式：頂推平臺后端約束位移自由度，頂推平臺前端、臨時墩及主塔約束DY、DZ自由度。

2.2 荷載模擬

鋼導梁和鋼箱梁按板單元模擬時，由系統根據截面自動計算，根據結構實際重量考慮1.2倍的增大系數。鋼導梁和鋼箱梁按梁單元模擬時，鋼導梁自重由系統根據截面自動計算，根據結構實際重量考慮1.4倍的增大系數。鋼箱梁自重采用等效線荷載加載，A類梁段線荷載為24.42t/m，B類梁段線荷載為21.74t/m，C類梁段線荷載為21.33t/m，D類梁段線荷載為23.75t/m，E類梁段線荷載為21.77t/m，F類梁段線荷載為25.11t/m。

2.3 工況劃分

每次頂推2m為一個計算工況，取鋼箱梁頂推到達4#臨時墩前到上4#臨時墩止這個區段劃分為28個工況[1]。

3 局部計算結果

3.1 第一種方法

鋼導梁接頭處頂板局部最大應力達137.5MPa，出現在頂板變截面內側邊緣局部區域，頂板其余位置應力在73 MPa～110MPa之間；底板局部最大應力達160.3MPa，出現在底板與鋼箱梁底板連接處內側邊緣局部區域，其余位置應力在53MPa～120 MPa之間。

鋼箱梁接頭處頂板局部最大應力達104.8MPa，出現在拼接板外側邊緣局部區域，頂板其余位置應力在70MPa～90MPa之間；底板局部最大應力達192.9MPa，出現在貼焊板內側邊緣與U型加勁肋之間的局部區域，底板其余位置應力在80 MPa～160MPa之間。

3.2 第二種方法

鋼導梁接頭處最大應力達-110MPa，導梁根部變截面處最大應力為162.7 MPa。

單肢鋼導梁根部最大彎矩M=3450t·m；最大剪力Q=385t。鋼箱梁與導梁連接部位，簡化成雙工字型截面，單肢截面抵抗矩W=0.174m3，面積矩S=0.112m3，慣性矩I=0.347m4。鋼箱梁端部彎曲應力σ=198.3MPa；剪應力τ=77.7MPa。

4 結語

鋼導梁與鋼箱梁接頭處采用栓焊結合形式，結構受力較為復雜。傳統計算方法只能對整體結構受力進行計算，特殊位置的局部應力無法進行分析。采用大型有限元軟件MIDAS Civil 2012能對結構受力復雜區域進行局部分析計算，但約束條件的模擬較為困難。本文通過兩種方法的對比計算，表明主體結構頂推過程中鋼導梁與鋼箱梁接頭部位受力是安全的，某大橋頂推施工的順利完成也驗證了這一結論。

參考文獻：

[1]李二偉，楊威.桃花峪黃河大橋鋼箱梁頂推施工鋼導梁設計[J]. 現代交通技術. 2011（3）：30-32.

（作者單位：中交第四公路工程局有限公司）