Midas Civil在鋼棧橋結構設計中的應用

勞永福

摘要：文章以崇左龍江大橋為例，利用MidasCivil軟件建立有限元模型，通過最不利工況，模擬分析鋼棧橋結構受力體系，同時計算了鋼管樁的入土深度，并通過應變片對鋼棧橋關鍵位置進行了運營監測。結果表明，MidasCivil軟件對施工單位判斷鋼棧橋結構設計的合理性提供了有力依據，其三維展示效果能夠使現場管理人員更好地掌握鋼棧橋結構特點。

MidasCivil;鋼棧橋;結構設計;鋼管樁

0 引言

在土木工程施工中，鋼棧橋作為一種為運輸材料、設備和人員而修建的臨時便橋設施，具有較大的承載力、施工的便捷性、重復利用率高、拆除簡單的特點，因而深受施工單位歡迎。但作為一種施工臨時性結構，鋼棧橋的設計理論研究不夠深入，采用傳統的手算方法不僅效率低下，而且不能充分反映鋼棧橋在荷載作用下的變形情況，不利于項目管理人員對鋼棧橋施工質量及材料用量的監管。本文應用MidasCivil軟件，對崇左市龍江大橋鋼棧橋進行分析，通過對不同工況下的最不利荷載組合進行計算，得出準確的計算結果，為鋼棧橋的設計提供準確的工程數據參考。

1 工程概況

龍江大橋位于崇左市龍州縣響水鎮，設計橋型為5m×20m，橋長107.08m。上部結構采用先簡支后連續預應力（后張）小箱梁，下部結構采用樁柱式橋臺，墩柱采用圓柱墩。為方便兩岸材料運輸及樁基施工，需搭設鋼棧橋作為臨時施工便道，鋼棧橋全長48m，橋寬6m，上部結構為型鋼和貝雷梁組拼結構，下部為鋼管樁加型鋼承重梁結構，橋臺臺身采用C20混凝土結構。鋼棧橋立面圖和橫斷面圖分別如圖1和圖2所示。

2 MidasCivil數值模型

2.1 建模

選取整個鋼棧橋進行結構受力分析。樁頂安裝2×Ⅰ36a工字鋼橫梁，布置8排單層貝雷梁結構，支撐架間距按（90+60+90+60+90+60+90）cm布置，樁頂橫梁與貝雷片連接處豎桿兩側設兩根10#槽鋼加強豎桿，貝雷梁上按照0.705m間距布置Ⅰ20a橫梁，施工時把工字鋼布置于貝雷片斜腹桿或者豎腹桿對應[JP+2]位置。橫梁上按25cm間距鋪設Ⅰ10工字鋼作為縱向分配梁，型鋼上鋪設8mm花紋鋼板作為橋面，利用MidasCivil軟件建立有限元模型。

2.2 邊界條件及荷載施加

因鋼管樁需打入中風化巖層，因此底部采用固結，貝雷片之間需釋放梁端約束，其他邊界條件均采用彈性連接。

通過對鋼棧橋運行期間的受力進行分析，利用MidasCivil軟件對模型進行車道荷載加載。考慮棧橋在正常使用過程中，本計算分為以下2個工況進行：

工況Ⅰ：85t運輸車未偏載工況

在主棧橋橋中心線建立寬1.8m的車道面，按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重136kN、357kN、357kN的車輛荷載。

工況Ⅱ：113t運輸車偏載工況

考慮85t運輸車滿載以及28t空車會車，在距離主棧橋橋中心1.75m左右兩處建立寬1.8m的車道面。按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重136kN、357kN、357kN的滿載車輛荷載以及按4m、1.4m與1.4m軸距添加軸重44.8kN、117.6kN、117.6kN的空車汽車荷載。

MidasCivil程序能夠通過調整重力系數為-1，對支架本身自重進行加載。

3 分析計算

3.1 主梁撓度

從圖3～4可以看出來，不管是在工況Ⅰ還是在工況Ⅱ，主梁最大撓度均出現在最大跨徑的跨中位置的弦桿。工況Ⅰ作用下，最大撓度為14.1mm

3.2 貝雷片組合應力

從圖5～6可以看出來，不管是在工況Ⅰ還是在工況Ⅱ，貝雷片最大組合應力均出現在最大跨徑位置的豎桿。工況Ⅰ作用下，最大組合應力為211.7MPa;工況Ⅱ作用下，最大組合應力為293.3MPa，均符合安全性及經濟性的要求。

3.3 構件組合應力

從圖7～8可以看出來，不管是在工況Ⅰ還是工況Ⅱ作用下，均在第一跨的構件出現了最大組合應力，其中在工況Ⅰ作用下，最大跨徑的跨中位置構件的組合應力也達到了最大。工況Ⅰ的最大組合應力為184.3MPa;工況Ⅱ的最大組合應力為155.6MPa，均滿足安全性及經濟性的要求。

4 運營監測

為更好地監測鋼棧橋的應力及變形情況，在鋼棧橋關鍵部位布置應變片來監測樁頂橫梁的應力狀況，并在運輸車輛滿載時采用全站儀監測最大跨徑跨中位置最大位移。通過監測發現，最大應力為165.6MPa，最大位移為15.4mm，應力及位移值與模擬值接近。

5 結語

目前該鋼棧橋已經投入使用，整體結構穩定可靠。從現場監控數據顯示，鋼棧橋無失穩及發生不均勻沉降的趨勢。由此得出以下結論：

（1）MidasCivil軟件能快速建模，可以將計算過程可視化，較傳統手算方法，更能保證施工過程的安全可靠。

（2）MidasCivil軟件以往多應用于永久結構設計方面，在臨時結構計算方面應用較少，施工單位技術人員如果能熟練掌握應用該軟件，在對臨時結構的計算精度、結構優化以及施工安全等方面的控制將大大提高。

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