基于MIDAS Civil的渡槽鋼便橋施工技術研究

公培志 黃振洋 袁瑞希

摘要 在一些跨城市河流、橋梁樞紐的小型橋梁結構施工方案中，臨時橋梁貝雷梁的便橋應用面比較廣泛。鋼便橋結構形式復雜，會產(chǎn)生車輛動荷載、人員靜荷載等各種較大動靜態(tài)荷載，存在一定工程安全隱患，因此事先對其荷載進行準確可靠的結構設計及分析論證是必要的。因施工周期短，結構復雜，質量要求高，文章基于MIDAS Civil有限元軟件對結構進行仿真分析，對上下弦桿加強型貝雷梁設計與普通型貝雷梁設計進行對比，對鋼便橋整體受力情況、材料強度、剛度、穩(wěn)定性等進行分析，計算結果表明，該上下弦桿加強型貝雷梁總體的材料強度、剛度系數(shù)等性能均較普通型貝雷梁整體有所提升，為實際工程開發(fā)應用設計提供了寶貴參考。

關鍵詞 鋼便橋；臨時支架；有限元模擬；貝雷梁

中圖分類號 U448.36文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0139-03

0 引言

隨著現(xiàn)代技術手段的運用，我國在陸上和道路交通工程應用實踐方面的創(chuàng)新技術研究得到快速發(fā)展，其中，貝雷梁便橋的橋梁技術及應用研究取得了迅速地發(fā)展，在國內公路與水上綜合交通建設施工實踐領域研究中得到普遍地應用。東南沿海地區(qū)要進行一些大跨江運河橋梁隧道項目和溝壑高架橋隧道工程等，許多隧道工程項目上的隧道橋梁建設施工，常常都需要進行建設貝雷架鋼混凝土便橋。鋼便橋結構因具有移動極為便捷安全、施工靈活、高強度、耐用及可靠高效等多種設計特點，因此在許多場合范圍里都得到過較廣泛地應用^[1]。普通型貝雷梁架由于本身具有的受力結構形狀較簡單、運輸或移動十分方便、載重量占比略大、互換性比較好、適應變形性能更強等眾多性能特點，也曾在世界眾多復雜工程結構體系中得到廣泛運用。而上下弦桿加強型貝雷梁的結構形式較為靈活，可以根據(jù)設計要求進行不同方案的優(yōu)化和改進，同時這種結構的施工周期相對較短，能夠節(jié)省施工成本和時間。該文針對兩種不同的設計方案，建立了MIDAS Civil有限元模型進行分析，結果表明，上下弦桿加強型貝雷梁鋼便橋強度、剛度和承載能力有所提升且布置更為合理，為該工程提供了安全可靠的施工方案，同時為其他相似鋼便橋的施工提供了借鑒和參考^[2-4]。

1 工程概況

渡槽工程壩址位于中國云南昆明市的某壩址處，建成通水或在工程投入運行約兩年后就可以基本實現(xiàn)水資源的供給，可以說是逐步地解決好了整個滇北西南中流區(qū)水資源短缺等瓶頸問題，具有比較顯著且重要直接的經(jīng)濟、社會效應價值和自然生態(tài)效益。渡槽為單箱單室等高度變截面梁，梁高4.69 m，梁頂寬5 m，底板寬4.4 m，梁頂板厚度為30 cm，底板厚度為45 cm，腹板厚度為40 cm。

2 總體施工方案

渡槽施工由于工期緊張、結構復雜，應選擇一種結構穩(wěn)定且施工周期短的施工方案?，F(xiàn)滿足要求的支架體系為貝雷梁搭設的鋼便橋支架體系?，F(xiàn)采用普通型貝雷梁和上下弦桿加強型貝雷梁兩種設計方案，進行優(yōu)選，從而使貝雷梁結構穩(wěn)定，達到施工要求。

2.1 施工步驟

第一步：提前施工底部承臺。搭設底部盤扣架施工平臺，對后續(xù)鋼便橋施工提供平臺。

第二步：施工橋臺外側模板，每3 m澆筑一段，澆筑時，上部預留出20 cm的預埋鋼筋，繼續(xù)澆筑時，將錨固鋼筋與預埋鋼筋進行焊接。

第三步：拼裝好貝雷梁，安裝好分配梁，鋪設橋面板，對橋梁兩側搭設盤口架式人工操作平臺。

第四步：支架搭架施工完成安裝后，進行混凝土預壓，預壓構件重量要按混凝土最大可施工承受荷載值的±1.1倍予以加載，加載施工及設備卸載作業(yè)應全部按負荷分級標準分段進行。

2.2 支架整體布置

根據(jù)渡槽周邊地質環(huán)境及附屬建筑等條件，設計方案1結構布置圖見圖1、圖2。支架布置順序為：模板→方木→I12.6工字鋼縱梁→I25工字鋼橫梁→貝雷梁（上下加強弦桿）。設計方案2結構布置圖見圖3。支架布置順序為：模板→方木→I12.6工字鋼縱梁→I25工字鋼橫梁→普通型貝雷梁。

其中方案1中貝雷梁順橋向布置6片，橫橋向布置13片；方案2中普通型貝雷梁順橋向布置6片，橫橋向布置16片，貝雷梁單片長3 m，高1.7 m，通過花窗將貝雷片連接來加強穩(wěn)定性。在渡槽與貝雷片的連接處增設10#槽鋼豎桿增加結構的穩(wěn)定性。

3 支架仿真分析

采用Midas Civil建立有限元模型，對該支架受力進行仿真分析，對結構的強度、剛度和穩(wěn)定性進行計算^[1]。

建立橫梁、貝雷梁組成的整體空間模型。在渡槽與貝雷梁的支撐點處需要添加槽鋼單元用以加強結構。橫梁與貝雷梁的連接方式使用彈性連接來確保結構的穩(wěn)定性。有限元模型如圖4～5所示。

（1）橫梁。經(jīng)計算，得到的工字鋼橫梁的各項結果如表1所示。

（2）I12.6工字鋼縱梁。仿真分析可得到分配梁的各項結果如表2所示。

（3）貝雷梁。經(jīng)分析，得到的結果見表3。

由表3可知，貝雷梁的強度和剛度均滿足要求。

4 便橋仿真分析

加強弦桿式貝雷梁鋼便橋考慮總質量為55 t的罐車荷載^[5]，軸距為4 m+1.4 m，輪距1.8 m，考慮跨中中載、跨中偏載、支點中載、支點偏載四種情況建立模型如圖6～9所示。

（1）鋼便橋I12.6工字鋼縱梁仿真分析結果如表4所示。由表4可知，鋼便橋I12.6工字鋼縱梁滿足設計要求。

（2）鋼便橋貝雷梁仿真分析結果如表5所示。由表5可知，鋼便橋貝雷梁滿足設計要求^[6]。

5 結論

以渡槽施工為例，借助MIDAS Civil有限元軟件分別對上下正弦桿加強型貝雷梁結構和普通型貝雷梁結構分別進行仿真模擬，對鋼便橋強度、剛度指標及動態(tài)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進行有限元分析，得出了以下幾個結論：

（1）上下弦桿加強型貝雷梁強度、剛度與穩(wěn)定性較普通型貝雷梁更優(yōu)秀。

（2）上下弦桿加強型貝雷梁耗材相對普通型貝雷梁更少，因此在施工時應選擇更為經(jīng)濟的方案。

（3）該渡槽鋼便橋的設計能為工程設計提供參考。

參考文獻

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[6]刁兆順， 劉波. 大跨度T構混合支架設計與關鍵施工技術[J]. 城市道橋與防洪， 2023（5）： 143-147+20-21.

收稿日期：2023-06-14

作者簡介：公培志（1998—），男，碩士在讀，研究方向：橋梁施工技術研究。