某特大跨斜拉橋施工階段主梁受力分析

王建新

1 概述

某長江大橋的主橋主體結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面斜拉橋，主塔為混凝土結(jié)構(gòu)，主梁采用疊合梁格構(gòu)，橋跨布置為(35.5+186+436+186+35.5)m=879 m。本橋為雙塔雙索面疊合梁斜拉橋，主梁采用疊合梁，由工字形鋼主梁與混凝土橋面板組合而成，采用懸臂拼裝施工。因此總體施工階段分析的目的就是要考察施工過程中主梁安全度。

2 計算目的和計算工具

全橋整體空間靜力計算采用有限元軟件MIDAS CIVIL 6.7.1，計算內(nèi)容包括雙懸臂施工階段、單懸臂施工階段和橋面系施工階段橋梁的受力情況。計算過程中荷載取值情況如下:

1)恒載。一期恒載包括主梁、主塔、斜拉索材料重量?；炷翗蛎姘寮八魉葜?.6 t/m3，梁、塔按實際斷面取重量;標準主梁斷面橋面板統(tǒng)一按照26 cm計入，鋼主梁加厚處按照板單元均布荷載加載。橋面板預(yù)應(yīng)力去掉預(yù)應(yīng)力損失后，按照集中力加在板單元上。二期恒載為橋面防撞護欄、泄水管、橋面鋪裝及檢修道，按照均布壓力荷載均布于橋面板上，荷載取值為0.284 t/m2。

2)溫度力。取合龍溫度10℃～15℃，根據(jù)當?shù)卦缕骄罡邭鉁睾妥畹蜌鉁厍闆r，綜合考慮后計算取體系升溫20℃，體系降溫20℃。主梁豎向溫度梯度為:頂板 T1=16.4℃，T2=5.98℃，底板T=2.79℃;梁與索的溫差±15℃;梁與塔的溫差±5℃。

3)風荷載。設(shè)計基本風速為24.052 m/s，按JTG/T D60-01-2004公路橋梁抗風設(shè)計規(guī)范的規(guī)定計算風力。

4)施工荷載。按照設(shè)計計算說明書:吊機重 90 t，前軸重60 t，后軸重 30 t，軸距 8 m;施工平臺重 21 t，前軸重 14 t，后軸重7 t，軸距8 m。最大雙懸臂及最大單懸臂在橫向風力作用下的抗風驗算依據(jù)JTJ 027-96公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范(試行)附錄A進行，不平衡施工荷載取主梁塊件重量的兩倍。

3 計算模型建立

3.1 計算方法概述

總體分析計算模型中，索塔、索塔橫梁，鋼主梁、鋼橫梁，工字形小縱梁模擬為空間梁單元，斜拉索模擬為空間索單元，橋面板模擬為厚板單元，由于設(shè)計時將普通斷面鋼主梁處混凝土橋面板加厚段視為安全儲備，故建模時考慮將橋面板單元厚度統(tǒng)一定義為26 cm，加厚處重量按照板單元均布荷載作用于橋面板上。小縱梁與橫梁之間的連接采用剛性連接模擬。塔梁間阻尼裝置按照水平方向加彈簧剛度進行模擬，塔梁支座、交界墩與輔助墩拉壓支座采用彈簧模擬，根據(jù)設(shè)計單位提供圖紙真實模擬支座的彈簧剛度。邊跨支架及0號支架采用間隙單元模擬，施工階段主梁和塔臨時固結(jié)，體系轉(zhuǎn)換過后主梁和塔拆除臨時固結(jié)，改為豎向彈簧支承。建模時考慮1%縱坡影響。

3.2 結(jié)構(gòu)離散

全橋共用7384個單元，其中板單元3 312個，主橋鋼主梁梁單元共828個，主橋橫梁梁單元1 672個，小縱梁梁單元 1 242個，索塔梁單元共194個，索單元共136個，結(jié)構(gòu)離散圖見圖1。

4 計算分析

4.1 最大雙懸臂工況

4.1.1 最大雙懸臂施工工況

最大雙懸臂施工工況下鋼主梁最大應(yīng)力為 76.8 MPa＜204 MPa，滿足要求;橋面板最大壓應(yīng)力為6.99 MPa＜19.25 MPa，滿足要求。計算結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖中橋面板在懸臂端部出現(xiàn)拉應(yīng)力是由于在施工階段中為簡化模型將吊機荷載作為集中力作用于橋面板上，并且驗算荷載的不平衡力也直接加在橋面板上，實際在施工過程中吊車荷載是以車輪荷載布置于橋面板上，橋面板只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。

4.1.2 最大雙懸臂陣風驗算工況

最大雙懸臂陣風驗算工況下鋼主梁最大應(yīng)力為180 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為16.1 MPa＜19.25 MPa，均滿足要求。計算結(jié)果如圖6～圖 9所示。

圖中橋面板在懸臂端部出現(xiàn)拉應(yīng)力是由于在施工階段中為簡化模型將吊機荷載作為集中力作用于橋面板上，并且驗算荷載的不平衡力也直接加在橋面板上，實際在施工過程中吊車荷載是以車輪荷載布置于橋面板上，橋面板只出現(xiàn)很小的拉應(yīng)力。

4.2 最大單懸臂工況

4.2.1 最大單懸臂施工工況

最大單懸臂施工工況下，鋼主梁最大應(yīng)力為93.1 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為11.2 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.2.2 最大單懸臂陣風驗算工況

最大單懸臂陣風驗算工況下鋼主梁最大應(yīng)力為104.6 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為14.4 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.3 安裝橋面系工況

安裝橋面系工況下鋼主梁最大應(yīng)力為 105.1 MPa＜204 MPa，橋面板最大壓應(yīng)力為13.4 MPa＜19.25 MPa。

5 結(jié)語

通過大型有限元軟件，對某大跨寬橋面鋼—混組合斜拉橋的雙懸臂施工工況、雙懸臂施工階段陣風工況、單懸臂施工工況、單懸臂施工階段陣風工況以及安裝橋面系施工階段的混凝土橋面板上下緣應(yīng)力和鋼主梁上下緣應(yīng)力進行了詳細分析，結(jié)果表明各工況下，混凝土面和鋼主梁受力均符合規(guī)范要求。

[1] 顧安邦.橋梁工程(下)[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 嚴國敏.現(xiàn)代斜拉橋[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2001.

[3] 葉 宇，羅 欣，羅 珊.某橋荷載試驗分析[J].山西建筑，2009，35(27):341-343.

[4] 肖光宏.重慶奉節(jié)長江公路大橋斜拉橋施工階段線形控制[J].公路交通技術(shù)，2007(6):71-73.