某移動立交橋搬遷工作狀態受力分析

王輝

（中煤西安設計工程有限責任公司，西安710055）

1 引言

為解決某露天煤礦目前剝離物排棄運距過大問題，需對運輸系統進行優化改造，其關鍵是外包剝離土方運輸的外包車隊與自營煤炭出坑運輸道路的工程設計，通常通過設置獨立運輸系統實現，工程投資造價高，開拓運輸系統局限性小。本文通過利用煤礦現有運輸移動手段，以及快速拆除、搬運及安裝的可移動立交橋設計方案，增加了運輸系統的靈活性，降低了礦山基建工程量，進而可最大程度上合理優化礦山投產達產年限。但可移動立交橋在搬遷工作受力狀態下的安全性需進一步驗算，為搬遷工作提供技術支撐。

2 移動立交橋設計方案

1）移動立交橋高15 m，為平坡直橋，跨徑布置12 m+12.5 m+25 m+12.5 m+6.0 m，共長68 m，雙掛孔剛構橋，設計橫斷面為雙箱單室，全橋為拼裝式鋼結構，均采用焊接連接。支座與基礎通過螺栓連接，以便滿足可移動立交橋的搬遷功能。

2）橋面寬度：雙車道總寬12 m。

3）設計荷載：汽車-80級荷載；驗算荷載：汽車-110級。

4）全鋼結構橋，可拆卸、可快速移動，主橋重量不大于3 000 kN（300 t）。

5）橋下預留930E卡車雙車并排通行空間，按凈寬25 m、凈高13.5 m考慮。

6）材料：鋼材及高強螺栓均采用Q345B。

7）立交結構計算簡圖如圖1所示。

3 荷載工況及邊界條件

移動立交橋在搬遷工作狀態下，其受力條件及邊界條件如下：

荷載工況：基本風壓為0.40 kN/m2；移動立交橋自重約2 900kN（290 t），重力安全系數為1.1，水平加速度為0.0025 m/s2，豎向加速度為0.005 m/s2。

邊界條件：托架橫梁與搬遷車輛接觸處，約束X、Y、Z3個方向的平動與轉動。

4 有限元模型建立及計算分析

采用Midas Gen有限元軟件進行計算分析，移動立交橋橋面、支腿及支座采用板單元，兩側斜桿及托架采用梁單元，托架橫梁H型鋼截面尺寸為1500 mm×400 mm×24 mm×30 mm，搬遷車輛與托架連接處為約束作用點[1]。

4.1 有限元模型計算結果

4.1.1 板單元應力云圖

通過受力分析由板單元應力云圖（見圖2）可知，托架支撐牛腿處板單元應力最大，最大應力為192.75 N/mm2；橋面板懸挑部分，最大應力箱梁受壓板處。結果均滿足規范要求。

圖2 板單元應力云圖

4.1.2 梁單元應力云圖

通過受力分析由梁單元應力云圖（見圖3）可知，托架橫梁在車頂接觸處根部梁單元應力最大，最大應力為445.13 N/mm2。不滿足規范要求[2]。

圖3 梁單元應力云圖

4.2 橋梁模型單元變形

通過受力分析由結構豎向變形圖（見圖4）可知，托架橫梁端部豎向位移為160.8 mm。

圖4 結構豎向變形圖

4.3 優化托架橫梁截面尺寸后的計算結果

將托架橫梁截面修改為H2000 mm×450 mm×24 mm×30 mm，計算結果如下。

4.3.1 板單元應力云圖

通過受力分析由板單元應力云圖（見圖5）可知，托架支撐牛腿處板單元應力最大，最大應力為202.68 N/mm2，滿足規范要求。

圖5 板單元應力云圖

4.3.2 梁單元應力云圖

通過受力分析由梁單元應力云圖（見圖6）可知，托架橫梁在車頂接觸處根部梁單元應力最大，最大應271.5 N/mm2。

圖6 梁單元應力云圖

4.3.3 橋梁模型單元變形

通過受力分析由結構豎向變形圖、結構水平變形圖（見圖7、圖8）可知，托架橫梁端部豎向位移為88.6 mm，結構水平最大變形發生在底盤處，水平位移為6.90 mm，均滿足規范要求。

圖7 結構豎向變形圖

圖8 結構水平變形圖

5 結論及建議

本文通過對移動立交橋和托架體系有限元在搬遷工作受力狀態的分析可知，原托架橫梁截面不滿足要求，將托架橫梁H型鋼截面改為2 000 mm×450 mm×24 mm×30 mm后，結構強度、剛度、穩定性均滿足規范要求[3]。但變形相對較大，一次搬遷完成后，殘余變形對托架系統的影響有待進一步實際檢驗。

建議：

1）若不改變搬運體系方案，建議如下：（1）加強托架橫梁平面外穩定，建議平面外做成桁架；（2）加強斜撐桿與底盤的連接；（3）采用托架橫梁，橫梁變形后不可恢復，導致托架不能循環利用。

2）建議將移動立交橋搬遷系統改為圖9所示方案。

圖9 建議搬遷體系方案示意圖