某大橋鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁接頭處受力分析

張能 秦龍飛

摘要： 通過(guò)兩種方法對(duì)某大橋鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁接頭處進(jìn)行了受力分析的對(duì)比計(jì)算，其結(jié)果的一致性，表明結(jié)構(gòu)受力是安全的。

關(guān)鍵詞：鋼導(dǎo)梁；鋼箱梁；接頭；受力分析

1 工程概況

大橋采用整體鋼箱梁斷面形式（見(jiàn)圖1）。全橋鋼箱梁包括主纜錨固段總長(zhǎng)737.43m，不計(jì)主纜錨固段的鋼箱梁總長(zhǎng)685.75m。為便于制造和運(yùn)輸，不計(jì)主纜錨固段的鋼箱梁共劃分為53個(gè)梁段，分為A、B、C、D、E、F共六種類型。鋼箱梁頂板采用正交異性板，鋼板厚度為18mm，采用U型加勁肋加強(qiáng)，頂板設(shè)置2%雙向橫坡。鋼箱梁底板包括水平底板和斜底板，底板厚度為14mm，底板加勁采用U型加勁肋。橫隔板采用板式斷面，標(biāo)準(zhǔn)梁段設(shè)4道橫隔板?？v隔板采用板式斷面，鋼箱梁內(nèi)共設(shè)2道縱隔板。F梁段與主纜錨固段匹配。

圖1 大橋鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

鋼導(dǎo)梁分為兩肢，中心間距為18.4m，與鋼箱梁縱隔板間距一致。每肢導(dǎo)梁均由5個(gè)節(jié)段（M5～M1）組成，導(dǎo)梁全長(zhǎng)為52m。導(dǎo)梁采用工字形變截面鋼板梁，梁高由3.348m變?yōu)?.2m，梁寬由1.88m變?yōu)?.5m。導(dǎo)梁M1節(jié)段根部頂、底板加寬、腹板與鋼箱梁縱隔板處同高，采用高強(qiáng)螺栓和鋼箱梁頂板以及縱隔板連接、下底板貼板焊接；兩肢之間通過(guò)連接系連接為整體。

圖2 大橋鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁接頭處示意圖（單位：mm）

鋼箱梁的頂推結(jié)構(gòu)為：由北向南布置為20.75m（北錨支架）+17m（起吊跨）+40m（頂推平臺(tái)）+35.5m（1#臨時(shí)墩）+46.75m（2#主塔）+80m（2#臨時(shí)墩）+82m（3#臨時(shí)墩）+82m（4#臨時(shí)墩）+82m（5#臨時(shí)墩）+80m（3#主塔）+72m（6#臨時(shí)墩）+48.25m+39.75m（南錨支架）。鋼箱梁頂推施工臨時(shí)墩布置見(jiàn)圖3所示。

圖3 鋼箱梁頂推施工臨時(shí)墩布置（單位：m）

2 局部計(jì)算簡(jiǎn)介

2.1 計(jì)算模型

采用MIDAS Civil 2012建立計(jì)算模型。分為兩種方法進(jìn)行計(jì)算：第一種方法，鋼導(dǎo)梁和鋼箱梁均采用板單元模擬，鋼導(dǎo)梁間的連接系采用梁?jiǎn)卧M；第二種方法，鋼導(dǎo)梁和鋼箱梁均采用梁?jiǎn)卧M。

約束方式：頂推平臺(tái)后端約束位移自由度，頂推平臺(tái)前端、臨時(shí)墩及主塔約束DY、DZ自由度。

2.2 荷載模擬

鋼導(dǎo)梁和鋼箱梁按板單元模擬時(shí)，由系統(tǒng)根據(jù)截面自動(dòng)計(jì)算，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際重量考慮1.2倍的增大系數(shù)。鋼導(dǎo)梁和鋼箱梁按梁?jiǎn)卧M時(shí)，鋼導(dǎo)梁自重由系統(tǒng)根據(jù)截面自動(dòng)計(jì)算，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際重量考慮1.4倍的增大系數(shù)。鋼箱梁自重采用等效線荷載加載，A類梁段線荷載為24.42t/m，B類梁段線荷載為21.74t/m，C類梁段線荷載為21.33t/m，D類梁段線荷載為23.75t/m，E類梁段線荷載為21.77t/m，F(xiàn)類梁段線荷載為25.11t/m。

2.3 工況劃分

每次頂推2m為一個(gè)計(jì)算工況，取鋼箱梁頂推到達(dá)4#臨時(shí)墩前到上4#臨時(shí)墩止這個(gè)區(qū)段劃分為28個(gè)工況[1]。

3 局部計(jì)算結(jié)果

3.1 第一種方法

鋼導(dǎo)梁接頭處頂板局部最大應(yīng)力達(dá)137.5MPa，出現(xiàn)在頂板變截面內(nèi)側(cè)邊緣局部區(qū)域，頂板其余位置應(yīng)力在73 MPa～110MPa之間；底板局部最大應(yīng)力達(dá)160.3MPa，出現(xiàn)在底板與鋼箱梁底板連接處內(nèi)側(cè)邊緣局部區(qū)域，其余位置應(yīng)力在53MPa～120 MPa之間。

鋼箱梁接頭處頂板局部最大應(yīng)力達(dá)104.8MPa，出現(xiàn)在拼接板外側(cè)邊緣局部區(qū)域，頂板其余位置應(yīng)力在70MPa～90MPa之間；底板局部最大應(yīng)力達(dá)192.9MPa，出現(xiàn)在貼焊板內(nèi)側(cè)邊緣與U型加勁肋之間的局部區(qū)域，底板其余位置應(yīng)力在80 MPa～160MPa之間。

3.2 第二種方法

鋼導(dǎo)梁接頭處最大應(yīng)力達(dá)-110MPa，導(dǎo)梁根部變截面處最大應(yīng)力為162.7 MPa。

單肢鋼導(dǎo)梁根部最大彎矩M=3450t·m；最大剪力Q=385t。鋼箱梁與導(dǎo)梁連接部位，簡(jiǎn)化成雙工字型截面，單肢截面抵抗矩W=0.174m3，面積矩S=0.112m3，慣性矩I=0.347m4。鋼箱梁端部彎曲應(yīng)力σ=198.3MPa；剪應(yīng)力τ=77.7MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁接頭處采用栓焊結(jié)合形式，結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜。傳統(tǒng)計(jì)算方法只能對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行計(jì)算，特殊位置的局部應(yīng)力無(wú)法進(jìn)行分析。采用大型有限元軟件MIDAS Civil 2012能對(duì)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行局部分析計(jì)算，但約束條件的模擬較為困難。本文通過(guò)兩種方法的對(duì)比計(jì)算，表明主體結(jié)構(gòu)頂推過(guò)程中鋼導(dǎo)梁與鋼箱梁接頭部位受力是安全的，某大橋頂推施工的順利完成也驗(yàn)證了這一結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]李二偉，楊威.桃花峪黃河大橋鋼箱梁頂推施工鋼導(dǎo)梁設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代交通技術(shù). 2011（3）：30-32.

（作者單位：中交第四公路工程局有限公司）