Midas Civil在鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

勞永福

摘要：文章以崇左龍江大橋?yàn)槔?，利用MidasCivil軟件建立有限元模型，通過(guò)最不利工況，模擬分析鋼棧橋結(jié)構(gòu)受力體系，同時(shí)計(jì)算了鋼管樁的入土深度，并通過(guò)應(yīng)變片對(duì)鋼棧橋關(guān)鍵位置進(jìn)行了運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，MidasCivil軟件對(duì)施工單位判斷鋼棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性提供了有力依據(jù)，其三維展示效果能夠使現(xiàn)場(chǎng)管理人員更好地掌握鋼棧橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

MidasCivil;鋼棧橋;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);鋼管樁

0 引言

在土木工程施工中，鋼棧橋作為一種為運(yùn)輸材料、設(shè)備和人員而修建的臨時(shí)便橋設(shè)施，具有較大的承載力、施工的便捷性、重復(fù)利用率高、拆除簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，因而深受施工單位歡迎。但作為一種施工臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，鋼棧橋的設(shè)計(jì)理論研究不夠深入，采用傳統(tǒng)的手算方法不僅效率低下，而且不能充分反映鋼棧橋在荷載作用下的變形情況，不利于項(xiàng)目管理人員對(duì)鋼棧橋施工質(zhì)量及材料用量的監(jiān)管。本文應(yīng)用MidasCivil軟件，對(duì)崇左市龍江大橋鋼棧橋進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)不同工況下的最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算，得出準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，為鋼棧橋的設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)參考。

1 工程概況

龍江大橋位于崇左市龍州縣響水鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)橋型為5m×20m，橋長(zhǎng)107.08m。上部結(jié)構(gòu)采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力（后張）小箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式橋臺(tái)，墩柱采用圓柱墩。為方便兩岸材料運(yùn)輸及樁基施工，需搭設(shè)鋼棧橋作為臨時(shí)施工便道，鋼棧橋全長(zhǎng)48m，橋?qū)?m，上部結(jié)構(gòu)為型鋼和貝雷梁組拼結(jié)構(gòu)，下部為鋼管樁加型鋼承重梁結(jié)構(gòu)，橋臺(tái)臺(tái)身采用C20混凝土結(jié)構(gòu)。鋼棧橋立面圖和橫斷面圖分別如圖1和圖2所示。

2 MidasCivil數(shù)值模型

2.1 建模

選取整個(gè)鋼棧橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。樁頂安裝2×Ⅰ36a工字鋼橫梁，布置8排單層貝雷梁結(jié)構(gòu)，支撐架間距按（90+60+90+60+90+60+90）cm布置，樁頂橫梁與貝雷片連接處豎桿兩側(cè)設(shè)兩根10#槽鋼加強(qiáng)豎桿，貝雷梁上按照0.705m間距布置Ⅰ20a橫梁，施工時(shí)把工字鋼布置于貝雷片斜腹桿或者豎腹桿對(duì)應(yīng)[JP+2]位置。橫梁上按25cm間距鋪設(shè)Ⅰ10工字鋼作為縱向分配梁，型鋼上鋪設(shè)8mm花紋鋼板作為橋面，利用MidasCivil軟件建立有限元模型。

2.2 邊界條件及荷載施加

因鋼管樁需打入中風(fēng)化巖層，因此底部采用固結(jié)，貝雷片之間需釋放梁端約束，其他邊界條件均采用彈性連接。

通過(guò)對(duì)鋼棧橋運(yùn)行期間的受力進(jìn)行分析，利用MidasCivil軟件對(duì)模型進(jìn)行車(chē)道荷載加載?？紤]棧橋在正常使用過(guò)程中，本計(jì)算分為以下2個(gè)工況進(jìn)行：

工況Ⅰ：85t運(yùn)輸車(chē)未偏載工況

在主棧橋橋中心線(xiàn)建立寬1.8m的車(chē)道面，按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重136kN、357kN、357kN的車(chē)輛荷載。

工況Ⅱ：113t運(yùn)輸車(chē)偏載工況

考慮85t運(yùn)輸車(chē)滿(mǎn)載以及28t空車(chē)會(huì)車(chē)，在距離主棧橋橋中心1.75m左右兩處建立寬1.8m的車(chē)道面。按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重136kN、357kN、357kN的滿(mǎn)載車(chē)輛荷載以及按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重44.8kN、117.6kN、117.6kN的空車(chē)汽車(chē)荷載。

MidasCivil程序能夠通過(guò)調(diào)整重力系數(shù)為-1，對(duì)支架本身自重進(jìn)行加載。

3 分析計(jì)算

3.1 主梁撓度

從圖3～4可以看出來(lái)，不管是在工況Ⅰ還是在工況Ⅱ，主梁最大撓度均出現(xiàn)在最大跨徑的跨中位置的弦桿。工況Ⅰ作用下，最大撓度為14.1mm

3.2 貝雷片組合應(yīng)力

從圖5～6可以看出來(lái)，不管是在工況Ⅰ還是在工況Ⅱ，貝雷片最大組合應(yīng)力均出現(xiàn)在最大跨徑位置的豎桿。工況Ⅰ作用下，最大組合應(yīng)力為211.7MPa;工況Ⅱ作用下，最大組合應(yīng)力為293.3MPa，均符合安全性及經(jīng)濟(jì)性的要求。

3.3 構(gòu)件組合應(yīng)力

從圖7～8可以看出來(lái)，不管是在工況Ⅰ還是工況Ⅱ作用下，均在第一跨的構(gòu)件出現(xiàn)了最大組合應(yīng)力，其中在工況Ⅰ作用下，最大跨徑的跨中位置構(gòu)件的組合應(yīng)力也達(dá)到了最大。工況Ⅰ的最大組合應(yīng)力為184.3MPa;工況Ⅱ的最大組合應(yīng)力為155.6MPa，均滿(mǎn)足安全性及經(jīng)濟(jì)性的要求。

4 運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)

為更好地監(jiān)測(cè)鋼棧橋的應(yīng)力及變形情況，在鋼棧橋關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片來(lái)監(jiān)測(cè)樁頂橫梁的應(yīng)力狀況，并在運(yùn)輸車(chē)輛滿(mǎn)載時(shí)采用全站儀監(jiān)測(cè)最大跨徑跨中位置最大位移。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力為165.6MPa，最大位移為15.4mm，應(yīng)力及位移值與模擬值接近。

5 結(jié)語(yǔ)

目前該鋼棧橋已經(jīng)投入使用，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，鋼棧橋無(wú)失穩(wěn)及發(fā)生不均勻沉降的趨勢(shì)。由此得出以下結(jié)論：

（1）MidasCivil軟件能快速建模，可以將計(jì)算過(guò)程可視化，較傳統(tǒng)手算方法，更能保證施工過(guò)程的安全可靠。

（2）MidasCivil軟件以往多應(yīng)用于永久結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，在臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算方面應(yīng)用較少，施工單位技術(shù)人員如果能熟練掌握應(yīng)用該軟件，在對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算精度、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及施工安全等方面的控制將大大提高。

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