基于ANSYS的鋼箱梁頂推過(guò)程受力分析

韓忠安

中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 湖北 武漢 430060

1 工程概況

某市政橋梁工程位于江岸區(qū)與黃陂區(qū)交界處，是一座跨府河的大型橋梁。工程起于漢黃路與岱山路交叉口，止于漢黃路與巨龍大道交叉口，全長(zhǎng)3.04km。

該項(xiàng)目第2聯(lián)鋼箱梁跨越現(xiàn)狀道路和張公堤，共3跨：44.5+80+44.5m鋼箱梁。采用等高截面，梁高3.12m，橋面寬度24.8m；采用單箱4室橫斷面，兩端懸臂長(zhǎng)約3.7m，頂?shù)装寰p向2%坡度，第2聯(lián)鋼箱梁重3112噸，由于擬建工程下部為現(xiàn)狀市政道路和防洪大堤、上部為110kV高壓架空線路，為減少施工期間對(duì)上下部的影響，采用了頂推法施工[2]。（鋼箱梁斷面圖1s）

考慮在張公堤正上方做擴(kuò)大基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)。臨時(shí)結(jié)構(gòu)均為對(duì)稱布置于橋軸線兩側(cè)，頂推平臺(tái)設(shè)計(jì)中心距為8.6m，對(duì)應(yīng)鋼箱梁腹板位置，頂推平臺(tái)最大跨度為42m。（施工平面布置圖2所示，頂推設(shè)備支反力位置圖3）

2 計(jì)算荷載

頂推過(guò)程主要載荷有以下幾個(gè)部分：

1.鋼箱梁自重荷載：第二聯(lián)鋼箱梁頂推時(shí)分為13節(jié)，各節(jié)段鋼箱梁重量見(jiàn)表1。

表1 頂推施工混凝土節(jié)段重量（單位：kg）

2.導(dǎo)梁自重荷載：導(dǎo)梁重量按照90噸計(jì)算；

3.風(fēng)荷載：根據(jù)根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)7.1[3]，風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系為W=v2/1600。風(fēng)荷載按下式計(jì)算：

式中：

wk——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；βgz——高度z 處的風(fēng)振系數(shù)；μs——風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0——基本風(fēng)壓(kPa)。

按A類地區(qū)計(jì)算風(fēng)荷載。工作狀態(tài)最大風(fēng)強(qiáng)度為八級(jí)風(fēng)，風(fēng)速v=17.8m/s。

基本風(fēng)壓：W0=V2/1600=17.82/1600=0.2

風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算標(biāo)高h(yuǎn)=23m，μz=1.72，箱梁部分形體系數(shù)μs=1.0，陣風(fēng)系數(shù)βgz=1.56將數(shù)據(jù)帶入公式，得工作狀態(tài)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

4.人群及施工荷載：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[3]取0.5kN/m2。

3 計(jì)算工況

工況1：在拼裝支架上拼裝導(dǎo)梁和頂推1#節(jié)段，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況2：將1#節(jié)段向前頂推至導(dǎo)梁頭部準(zhǔn)備接觸2#平臺(tái)處頂推設(shè)備的位置，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況3：導(dǎo)梁頭部接觸2#平臺(tái)處頂推設(shè)備，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況4：在拼裝支架上拼裝1-3#鋼箱梁，將其向前頂推至導(dǎo)梁頭部準(zhǔn)備接觸2’#平臺(tái)處頂推設(shè)備的位置，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況5：導(dǎo)梁頭部接觸2’#平臺(tái)處頂推設(shè)備，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況6：在拼裝支架上拼裝1-6#鋼箱梁，將其向前頂推至導(dǎo)梁頭部準(zhǔn)備接觸3#平臺(tái)處頂推設(shè)備的位置，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況7：導(dǎo)梁頭部接觸3#平臺(tái)處頂推設(shè)備，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況8：在拼裝支架上拼裝1-7#鋼箱梁，將其向前頂推至導(dǎo)梁頭部準(zhǔn)備接觸3’#平臺(tái)處頂推設(shè)備的位置，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況9：導(dǎo)梁頭部接觸3’#平臺(tái)處頂推設(shè)備，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況10：在拼裝支架上拼裝1-9#鋼箱梁，將其向前頂推至導(dǎo)梁頭部準(zhǔn)備接觸4#平臺(tái)處頂推設(shè)備的位置，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況11：導(dǎo)梁頭部接觸4#平臺(tái)處頂推設(shè)備，計(jì)算導(dǎo)梁和鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

工況12：繼續(xù)向前頂推，直到第二聯(lián)鋼箱梁到位時(shí)，倒用已分段拆除，計(jì)算鋼箱梁的受力、變形和支點(diǎn)反力。

4 計(jì)算結(jié)論

由于篇幅原因僅對(duì)工況1、工況6、工況12計(jì)算結(jié)論進(jìn)行分析；且基本許用應(yīng)力[σ]=240MPa。

由有限元計(jì)算可知，工況1總體最大應(yīng)力出現(xiàn)在R2支點(diǎn)附近，σmax=14MPa＜[σ]=240MPa，導(dǎo)梁強(qiáng)度滿足要求；鋼箱梁最大應(yīng)力4.8MPa，故導(dǎo)梁和鋼箱梁應(yīng)力狀態(tài)都滿足施工階段的應(yīng)力要求。

由有限元計(jì)算可知，工況6 總體最大應(yīng)力出現(xiàn)在導(dǎo)梁根部，σmax=39MPa＜[σ]=240MPa，導(dǎo)梁強(qiáng)度滿足要求；鋼箱梁最大應(yīng)力32MPa，故導(dǎo)梁和鋼箱梁應(yīng)力狀態(tài)都滿足施工階段的應(yīng)力要求。

由有限元計(jì)算可知，工況12鋼箱梁最大應(yīng)力29MPa，故鋼箱梁應(yīng)力狀態(tài)滿足施工階段的應(yīng)力要求。

頂推過(guò)程中各支點(diǎn)反力見(jiàn)表2。

表2 推過(guò)程中各支點(diǎn)支反力

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該橋梁頂推方案進(jìn)行各工況狀態(tài)下應(yīng)力分析，為下部平臺(tái)基礎(chǔ)和鋼箱梁強(qiáng)度加強(qiáng)設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。在施工過(guò)程中可以利用模擬計(jì)算成果，對(duì)存在局部鋼箱梁應(yīng)力過(guò)大部位的構(gòu)件厚度及底板加肋布置進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整?；贏NSYS的鋼箱梁頂推過(guò)程受力分析可以為施工方案設(shè)計(jì)、施工過(guò)程關(guān)鍵點(diǎn)控制提供充足依據(jù)[4]。