基于ANSYS的鋼箱梁頂推過程受力分析

韓忠安

中交第二航務工程勘察設計院有限公司 湖北 武漢 430060

1 工程概況

某市政橋梁工程位于江岸區與黃陂區交界處，是一座跨府河的大型橋梁。工程起于漢黃路與岱山路交叉口，止于漢黃路與巨龍大道交叉口，全長3.04km。

該項目第2聯鋼箱梁跨越現狀道路和張公堤，共3跨：44.5+80+44.5m鋼箱梁。采用等高截面，梁高3.12m，橋面寬度24.8m；采用單箱4室橫斷面，兩端懸臂長約3.7m，頂底板均雙向2%坡度，第2聯鋼箱梁重3112噸，由于擬建工程下部為現狀市政道路和防洪大堤、上部為110kV高壓架空線路，為減少施工期間對上下部的影響，采用了頂推法施工[2]。（鋼箱梁斷面圖1s）

考慮在張公堤正上方做擴大基礎實現。臨時結構均為對稱布置于橋軸線兩側，頂推平臺設計中心距為8.6m，對應鋼箱梁腹板位置，頂推平臺最大跨度為42m。（施工平面布置圖2所示，頂推設備支反力位置圖3）

2 計算荷載

頂推過程主要載荷有以下幾個部分：

1.鋼箱梁自重荷載：第二聯鋼箱梁頂推時分為13節，各節段鋼箱梁重量見表1。

表1 頂推施工混凝土節段重量（單位：kg）

2.導梁自重荷載：導梁重量按照90噸計算；

3.風荷載：根據根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)7.1[3]，風壓與風速的關系為W=v2/1600。風荷載按下式計算：

式中：

wk——風荷載標準值(kPa)；βgz——高度z 處的風振系數；μs——風荷載體型系數；μz——風壓高度變化系數；w0——基本風壓(kPa)。

按A類地區計算風荷載。工作狀態最大風強度為八級風，風速v=17.8m/s。

基本風壓：W0=V2/1600=17.82/1600=0.2

風荷載標準值：計算標高h=23m，μz=1.72，箱梁部分形體系數μs=1.0，陣風系數βgz=1.56將數據帶入公式，得工作狀態風荷載標準值為：

4.人群及施工荷載：根據《建筑結構荷載規范》[3]取0.5kN/m2。

3 計算工況

工況1：在拼裝支架上拼裝導梁和頂推1#節段，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況2：將1#節段向前頂推至導梁頭部準備接觸2#平臺處頂推設備的位置，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況3：導梁頭部接觸2#平臺處頂推設備，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況4：在拼裝支架上拼裝1-3#鋼箱梁，將其向前頂推至導梁頭部準備接觸2’#平臺處頂推設備的位置，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況5：導梁頭部接觸2’#平臺處頂推設備，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況6：在拼裝支架上拼裝1-6#鋼箱梁，將其向前頂推至導梁頭部準備接觸3#平臺處頂推設備的位置，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況7：導梁頭部接觸3#平臺處頂推設備，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況8：在拼裝支架上拼裝1-7#鋼箱梁，將其向前頂推至導梁頭部準備接觸3’#平臺處頂推設備的位置，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況9：導梁頭部接觸3’#平臺處頂推設備，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況10：在拼裝支架上拼裝1-9#鋼箱梁，將其向前頂推至導梁頭部準備接觸4#平臺處頂推設備的位置，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況11：導梁頭部接觸4#平臺處頂推設備，計算導梁和鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

工況12：繼續向前頂推，直到第二聯鋼箱梁到位時，倒用已分段拆除，計算鋼箱梁的受力、變形和支點反力。

4 計算結論

由于篇幅原因僅對工況1、工況6、工況12計算結論進行分析；且基本許用應力[σ]=240MPa。

由有限元計算可知，工況1總體最大應力出現在R2支點附近，σmax=14MPa＜[σ]=240MPa，導梁強度滿足要求；鋼箱梁最大應力4.8MPa，故導梁和鋼箱梁應力狀態都滿足施工階段的應力要求。

由有限元計算可知，工況6 總體最大應力出現在導梁根部，σmax=39MPa＜[σ]=240MPa，導梁強度滿足要求；鋼箱梁最大應力32MPa，故導梁和鋼箱梁應力狀態都滿足施工階段的應力要求。

由有限元計算可知，工況12鋼箱梁最大應力29MPa，故鋼箱梁應力狀態滿足施工階段的應力要求。

頂推過程中各支點反力見表2。

表2 推過程中各支點支反力

5 結語

通過對該橋梁頂推方案進行各工況狀態下應力分析，為下部平臺基礎和鋼箱梁強度加強設計提供了準確的設計基礎。在施工過程中可以利用模擬計算成果，對存在局部鋼箱梁應力過大部位的構件厚度及底板加肋布置進行針對性調整。基于ANSYS的鋼箱梁頂推過程受力分析可以為施工方案設計、施工過程關鍵點控制提供充足依據[4]。