某特大跨斜拉橋施工階段主梁受力分析

王建新

1 概述

某長(zhǎng)江大橋的主橋主體結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面斜拉橋，主塔為混凝土結(jié)構(gòu)，主梁采用疊合梁格構(gòu)，橋跨布置為(35.5+186+436+186+35.5)m=879 m。本橋?yàn)殡p塔雙索面疊合梁斜拉橋，主梁采用疊合梁，由工字形鋼主梁與混凝土橋面板組合而成，采用懸臂拼裝施工。因此總體施工階段分析的目的就是要考察施工過程中主梁安全度。

2 計(jì)算目的和計(jì)算工具

全橋整體空間靜力計(jì)算采用有限元軟件MIDAS CIVIL 6.7.1，計(jì)算內(nèi)容包括雙懸臂施工階段、單懸臂施工階段和橋面系施工階段橋梁的受力情況。計(jì)算過程中荷載取值情況如下:

1)恒載。一期恒載包括主梁、主塔、斜拉索材料重量?；炷翗蛎姘寮八魉葜?.6 t/m3，梁、塔按實(shí)際斷面取重量;標(biāo)準(zhǔn)主梁斷面橋面板統(tǒng)一按照26 cm計(jì)入，鋼主梁加厚處按照板單元均布荷載加載。橋面板預(yù)應(yīng)力去掉預(yù)應(yīng)力損失后，按照集中力加在板單元上。二期恒載為橋面防撞護(hù)欄、泄水管、橋面鋪裝及檢修道，按照均布?jí)毫奢d均布于橋面板上，荷載取值為0.284 t/m2。

2)溫度力。取合龍溫度10℃～15℃，根據(jù)當(dāng)?shù)卦缕骄罡邭鉁睾妥畹蜌鉁厍闆r，綜合考慮后計(jì)算取體系升溫20℃，體系降溫20℃。主梁豎向溫度梯度為:頂板 T1=16.4℃，T2=5.98℃，底板T=2.79℃;梁與索的溫差±15℃;梁與塔的溫差±5℃。

3)風(fēng)荷載。設(shè)計(jì)基本風(fēng)速為24.052 m/s，按JTG/T D60-01-2004公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定計(jì)算風(fēng)力。

4)施工荷載。按照設(shè)計(jì)計(jì)算說明書:吊機(jī)重 90 t，前軸重60 t，后軸重 30 t，軸距 8 m;施工平臺(tái)重 21 t，前軸重 14 t，后軸重7 t，軸距8 m。最大雙懸臂及最大單懸臂在橫向風(fēng)力作用下的抗風(fēng)驗(yàn)算依據(jù)JTJ 027-96公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)附錄A進(jìn)行，不平衡施工荷載取主梁塊件重量的兩倍。

3 計(jì)算模型建立

3.1 計(jì)算方法概述

總體分析計(jì)算模型中，索塔、索塔橫梁，鋼主梁、鋼橫梁，工字形小縱梁模擬為空間梁?jiǎn)卧?，斜拉索模擬為空間索單元，橋面板模擬為厚板單元，由于設(shè)計(jì)時(shí)將普通斷面鋼主梁處混凝土橋面板加厚段視為安全儲(chǔ)備，故建模時(shí)考慮將橋面板單元厚度統(tǒng)一定義為26 cm，加厚處重量按照板單元均布荷載作用于橋面板上。小縱梁與橫梁之間的連接采用剛性連接模擬。塔梁間阻尼裝置按照水平方向加彈簧剛度進(jìn)行模擬，塔梁支座、交界墩與輔助墩拉壓支座采用彈簧模擬，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供圖紙真實(shí)模擬支座的彈簧剛度。邊跨支架及0號(hào)支架采用間隙單元模擬，施工階段主梁和塔臨時(shí)固結(jié)，體系轉(zhuǎn)換過后主梁和塔拆除臨時(shí)固結(jié)，改為豎向彈簧支承。建模時(shí)考慮1%縱坡影響。

3.2 結(jié)構(gòu)離散

全橋共用7384個(gè)單元，其中板單元3 312個(gè)，主橋鋼主梁梁?jiǎn)卧?28個(gè)，主橋橫梁梁?jiǎn)卧? 672個(gè)，小縱梁梁?jiǎn)卧?1 242個(gè)，索塔梁?jiǎn)卧?94個(gè)，索單元共136個(gè)，結(jié)構(gòu)離散圖見圖1。

4 計(jì)算分析

4.1 最大雙懸臂工況

4.1.1 最大雙懸臂施工工況

最大雙懸臂施工工況下鋼主梁最大應(yīng)力為 76.8 MPa＜204 MPa，滿足要求;橋面板最大壓應(yīng)力為6.99 MPa＜19.25 MPa，滿足要求。計(jì)算結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖中橋面板在懸臂端部出現(xiàn)拉應(yīng)力是由于在施工階段中為簡(jiǎn)化模型將吊機(jī)荷載作為集中力作用于橋面板上，并且驗(yàn)算荷載的不平衡力也直接加在橋面板上，實(shí)際在施工過程中吊車荷載是以車輪荷載布置于橋面板上，橋面板只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。

4.1.2 最大雙懸臂陣風(fēng)驗(yàn)算工況

最大雙懸臂陣風(fēng)驗(yàn)算工況下鋼主梁最大應(yīng)力為180 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為16.1 MPa＜19.25 MPa，均滿足要求。計(jì)算結(jié)果如圖6～圖 9所示。

圖中橋面板在懸臂端部出現(xiàn)拉應(yīng)力是由于在施工階段中為簡(jiǎn)化模型將吊機(jī)荷載作為集中力作用于橋面板上，并且驗(yàn)算荷載的不平衡力也直接加在橋面板上，實(shí)際在施工過程中吊車荷載是以車輪荷載布置于橋面板上，橋面板只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。

4.2 最大單懸臂工況

4.2.1 最大單懸臂施工工況

最大單懸臂施工工況下，鋼主梁最大應(yīng)力為93.1 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為11.2 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.2.2 最大單懸臂陣風(fēng)驗(yàn)算工況

最大單懸臂陣風(fēng)驗(yàn)算工況下鋼主梁最大應(yīng)力為104.6 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為14.4 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.3 安裝橋面系工況

安裝橋面系工況下鋼主梁最大應(yīng)力為 105.1 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為13.4 MPa＜19.25 MPa。

5 結(jié)語

通過大型有限元軟件，對(duì)某大跨寬橋面鋼—混組合斜拉橋的雙懸臂施工工況、雙懸臂施工階段陣風(fēng)工況、單懸臂施工工況、單懸臂施工階段陣風(fēng)工況以及安裝橋面系施工階段的混凝土橋面板上下緣應(yīng)力和鋼主梁上下緣應(yīng)力進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)果表明各工況下，混凝土面和鋼主梁受力均符合規(guī)范要求。

[1] 顧安邦.橋梁工程(下)[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 嚴(yán)國(guó)敏.現(xiàn)代斜拉橋[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2001.

[3] 葉 宇，羅 欣，羅 珊.某橋荷載試驗(yàn)分析[J].山西建筑，2009，35(27):341-343.

[4] 肖光宏.重慶奉節(jié)長(zhǎng)江公路大橋斜拉橋施工階段線形控制[J].公路交通技術(shù)，2007(6):71-73.