頂推施工鋼導梁受力仿真分析★

劉 瑤 劉 賀 賈 杰 王欣南

(1.東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040；3.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430052)

頂推施工鋼導梁受力仿真分析★

劉 瑤1劉 賀2賈 杰1王欣南3

(1.東北林業(yè)大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040；
3.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430052)

昆山中環(huán)跨滬寧高速，采用頂推法施工，鋼箱梁前設鋼導梁，利用Midas Gen有限元軟件分析在頂推施工中的最不利工況及內力值，并分別驗算鋼導梁壓彎桿和軸心受壓桿件的穩(wěn)定性，為施工的順利進行提供可靠保證。

鋼導梁，頂推施工，有限元

此工程為跨越滬寧高速公路而設置，位于原有橋梁兩側(B線橋和C線橋)，與原有橋梁平行，位于直線段上。上部結構采用等截面連續(xù)鋼箱梁，橋面標準寬為22 m，B線橋跨徑(44+70+36)m，橋箱梁單位重量約為11 t/m2，設計橋面最高點為64墩柱，B線橋橋面中心標高14.5 m，C線橋橋面中心標高14.5 m，并以此點標高自南向北逐步遞減。

上部結構采用頂推滑移的施工方法，為減小最大懸挑狀態(tài)下的負彎矩，在鋼箱梁前端設置導梁，導梁采用空間桁架結構形式，包括兩榀主桁架、一榀次桁架和兩榀邊桁架，全長45 m[1]。主桁架與鋼箱梁縱向直腹板對齊，并伸入鋼箱梁兩個節(jié)間距離，保證連接性能；次桁架位于兩榀主桁架之間，以保證主桁架面外穩(wěn)定性；邊桁架與鋼箱梁縱向斜腹板對齊，并只設置于導梁根部范圍內，使鋼箱梁與導梁之間的剛度能平穩(wěn)過渡。

1 鋼導梁最不利工況分析

頂推施工的具體流程為：施工準備工作→600 t履帶吊進場→滑移系統(tǒng)搭設→腳手架搭設→滑移設備安裝→鋼箱梁分段拼裝、滑移→滑移到位→調整、落架→頂推完成[1-4]。因此鋼導梁在頂推施工過程中，自導梁擱置于-②軸臨時支撐起至鋼箱梁頭部擱置于軸橋墩都有可能出現(xiàn)最不利工況。頂推工況8-1布置見圖1。

2 鋼導梁內力值計算

2.1鋼導梁三維模型的建立

利用Midas Gen有限元分析軟件建立鋼導梁的空間三維模型，如圖2所示。

為了便于受力分析及數(shù)據(jù)處理，將鋼導梁各桿件編號，各桿件編號如圖3,表1所示。

表1 截面信息

編碼代表桿件編碼代表桿件G1下弦桿1G6下弦桿1加強段G2腹桿1G7腹桿1加強段G3上弦桿1G8水平、堅向聯(lián)系桿G4下弦桿2G9腹桿3G5上弦桿2G10腹桿2

2.2鋼導梁的內力結果

通過有限元分析軟件得到鋼導梁在最不利工況下應力及內力結果，將結果列于表2中。

表2 鋼導梁各類型桿件最大應力及內力 MPa

由表2可以看出，在鋼導梁各受力桿件中，受壓彎桿件包括G1,G3～G6；軸心受壓桿件包括G8～G10。為了保證導梁在頂推過程中可以安全的進行工作，須對導梁各桿件在最不利工況下的穩(wěn)定性進行驗算[5]。

3 鋼導梁穩(wěn)定性驗算

3.1壓彎桿件穩(wěn)定性驗算

驗算過程中考慮了鋼梁安裝過程中在主力+風力共同作用下的容許應力提高系數(shù)1.30。對此工程中所用鋼導梁的G1,G3～G6桿件依據(jù)J 461—2005鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(TB 10002.2—2005)，壓彎桿件穩(wěn)定性按式(1)驗算[6]。

(1)

計算結果如圖4所示。

由圖4可知，對于鋼導梁的G1,G3～G6桿件在最不利荷載工況下所得應力值均小于結構的容許值，壓彎穩(wěn)定性滿足要求。

3.2軸心受壓桿件穩(wěn)定性驗算

對此工程中所用鋼導梁的G8～G10桿件依據(jù)J 461—2005鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(TB 10002.2—2005)，軸心受壓桿件穩(wěn)定性按式(2)驗算[7]。

(2)

在驗算結果中取兩主軸穩(wěn)定系數(shù)較小者作為工程判斷依據(jù)，計算結果如圖5所示。

由圖5可知，對于鋼導梁的G8～G10桿件在最不利荷載工況下所得應力值均小于結構的容許值，軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。

4 結語

1)根據(jù)頂推施工工藝，確定施工工況，利用Midas Gen有限元軟件計算各工況下鋼導梁各桿件的最大內力值，并對鋼導梁在頂推施工過程中的壓彎桿件穩(wěn)定性和軸向受壓桿件穩(wěn)定性進行分析，得出鋼導梁各桿件的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

2)借助ANSYS有限元分析軟件，通過建立鋼導梁與鋼箱梁之間的節(jié)點模型，計算得到在最不利工況8-1和工況17下的節(jié)點應力最大值分別為215.8 MPa和66.5 MPa，其值均小于鋼材強度的設計值，保證了鋼導梁與鋼箱梁的節(jié)點在施工過程中的安全。

[1] 范 翔,郁志剛,徐新華.跨滬寧高速公路鋼箱梁頂推施工技術[J].城市道橋與防洪,2012(4):149-153.

[2] 付永樂.通惠河橋鋼箱梁頂推施工技術[J].鐵道建筑,2007(3):8-10.

[3] 徐斯林,何超然,彭 勇.洪都大橋鋼箱梁頂推施工技術[J].公路與汽車,2010(5):154-157.

[4] 劉建龍.哈爾濱尚志大橋連續(xù)鋼箱梁頂推設計與施工技術[J].中南公路工程,2005,30(1):110-112.

[5] 陳耀章.連續(xù)鋼梁橋頂推施工程序設計及受力優(yōu)化研究[D].長沙:長沙理工大學,2011.

[6] 宋延旭.頂推施工階段鋼箱梁橋受力性能研究[D].北京:北京交通大學,2010.

[7] J 461—2005,鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(TB 10002.2—2005)[S].

Finiteelementanalysisofsteelguidebeamwithincrementallaunchingmethod★

LiuYao1LiuHe2JiaJie1WangXinnan3

(1.SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China； 2.SchoolofTraffic,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China； 3.CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd,Wuhan430052,China)

Kunshan central link cross Shanghai-Nanjing highway adapts incremental launching method. Steel guide beam is set up in front of the steel box beam, uses finite element analysis software Midas Gen to analyse the most unfavorable conditions and internal force value of steel guide beam with incremental launching method, and checks the stability of the pressure-bending bar and the axis pressed bar of steel guide beam, provides a reliable guarantee for the construction smoothly.

steel guide beam, incremental launching method, finite element

U445

A

1009-6825(2017)27-0128-03

2017-07-16★：黑龍江省交通運輸廳科技項目(項目編號：HJK2011A014)；黑龍江省自然科學基金青年項目(項目編號：QC2014C043)

劉 瑤(1979- )，女，碩士，講師; 劉 賀(1996- )，男，在讀本科生; 賈 杰(1980- )，男，博士，副教授;王欣南(1979- )，男，碩士，高級工程師