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)合工程實例邵陽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)力進行計算分析，為鋼箱梁頂推施工時的線形、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：U448.25;U445.4 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ?文章編號：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，從而形成整個體系的平衡。自錨式懸索橋的結(jié)構(gòu)受力特點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為：先架設(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)方法無非有如下幾種：滿布支架法、吊裝法、頂推法。本文以桂花大橋為對象，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

本項目為邵陽市跨資江連接大祥區(qū)和北塔區(qū)桂花大橋。主橋為（60m+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算工況

（一）鋼箱梁有限元模型

本次計算選用MIDAS/CIVIL軟件，采用空間直梁單元，按照施工順序分階段建立鋼箱梁頂推的計算模型進行空間分析。

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）計算工況

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

Fig2 temporary pier structure arrangement as a whole

由于鋼箱梁質(zhì)量較大，頂推過程中受頂推平臺長度和頂推設(shè)備（穿心式千斤頂）的限制，全橋頂推過程中分為37個工況進行。

三、模型計算結(jié)果分析

（一）撓度計算

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

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

四、結(jié)語

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

2.計算出鋼箱梁所受應(yīng)力絕對值的最大值為背撐處133.4MPa，遠遠低于設(shè)計值。

3.總結(jié)出頂推過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)梁與接觸長度的增加使得各支撐墩反力從零開始逐漸增大，同時，隨著鋼箱梁的頂進，當(dāng)導(dǎo)梁接觸到下一個支撐墩時，頂推達到某一工況，接觸墩后方支撐墩支反力出現(xiàn)最大值;伴隨著頂推的進行，后方支撐墩反力有逐漸變小的趨勢;隨著鋼箱梁繼續(xù)頂進，各支撐墩反力并最終趨于平穩(wěn)狀態(tài)。

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