某移動立交橋搬遷工作狀態(tài)受力分析

王輝

（中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，西安710055）

1 引言

為解決某露天煤礦目前剝離物排棄運(yùn)距過大問題，需對運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，其關(guān)鍵是外包剝離土方運(yùn)輸?shù)耐獍囮犈c自營煤炭出坑運(yùn)輸?shù)缆返墓こ淘O(shè)計，通常通過設(shè)置獨立運(yùn)輸系統(tǒng)實現(xiàn)，工程投資造價高，開拓運(yùn)輸系統(tǒng)局限性小。本文通過利用煤礦現(xiàn)有運(yùn)輸移動手段，以及快速拆除、搬運(yùn)及安裝的可移動立交橋設(shè)計方案，增加了運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，降低了礦山基建工程量，進(jìn)而可最大程度上合理優(yōu)化礦山投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)年限。但可移動立交橋在搬遷工作受力狀態(tài)下的安全性需進(jìn)一步驗算，為搬遷工作提供技術(shù)支撐。

2 移動立交橋設(shè)計方案

1）移動立交橋高15 m，為平坡直橋，跨徑布置12 m+12.5 m+25 m+12.5 m+6.0 m，共長68 m，雙掛孔剛構(gòu)橋，設(shè)計橫斷面為雙箱單室，全橋為拼裝式鋼結(jié)構(gòu)，均采用焊接連接。支座與基礎(chǔ)通過螺栓連接，以便滿足可移動立交橋的搬遷功能。

2）橋面寬度：雙車道總寬12 m。

3）設(shè)計荷載：汽車-80級荷載；驗算荷載：汽車-110級。

4）全鋼結(jié)構(gòu)橋，可拆卸、可快速移動，主橋重量不大于3 000 kN（300 t）。

5）橋下預(yù)留930E卡車雙車并排通行空間，按凈寬25 m、凈高13.5 m考慮。

6）材料：鋼材及高強(qiáng)螺栓均采用Q345B。

7）立交結(jié)構(gòu)計算簡圖如圖1所示。

3 荷載工況及邊界條件

移動立交橋在搬遷工作狀態(tài)下，其受力條件及邊界條件如下：

荷載工況：基本風(fēng)壓為0.40 kN/m2；移動立交橋自重約2 900kN（290 t），重力安全系數(shù)為1.1，水平加速度為0.0025 m/s2，豎向加速度為0.005 m/s2。

邊界條件：托架橫梁與搬遷車輛接觸處，約束X、Y、Z3個方向的平動與轉(zhuǎn)動。

4 有限元模型建立及計算分析

采用Midas Gen有限元軟件進(jìn)行計算分析，移動立交橋橋面、支腿及支座采用板單元，兩側(cè)斜桿及托架采用梁單元，托架橫梁H型鋼截面尺寸為1500 mm×400 mm×24 mm×30 mm，搬遷車輛與托架連接處為約束作用點[1]。

4.1 有限元模型計算結(jié)果

4.1.1 板單元應(yīng)力云圖

通過受力分析由板單元應(yīng)力云圖（見圖2）可知，托架支撐牛腿處板單元應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為192.75 N/mm2；橋面板懸挑部分，最大應(yīng)力箱梁受壓板處。結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

圖2 板單元應(yīng)力云圖

4.1.2 梁單元應(yīng)力云圖

通過受力分析由梁單元應(yīng)力云圖（見圖3）可知，托架橫梁在車頂接觸處根部梁單元應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為445.13 N/mm2。不滿足規(guī)范要求[2]。

圖3 梁單元應(yīng)力云圖

4.2 橋梁模型單元變形

通過受力分析由結(jié)構(gòu)豎向變形圖（見圖4）可知，托架橫梁端部豎向位移為160.8 mm。

圖4 結(jié)構(gòu)豎向變形圖

4.3 優(yōu)化托架橫梁截面尺寸后的計算結(jié)果

將托架橫梁截面修改為H2000 mm×450 mm×24 mm×30 mm，計算結(jié)果如下。

4.3.1 板單元應(yīng)力云圖

通過受力分析由板單元應(yīng)力云圖（見圖5）可知，托架支撐牛腿處板單元應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為202.68 N/mm2，滿足規(guī)范要求。

圖5 板單元應(yīng)力云圖

4.3.2 梁單元應(yīng)力云圖

通過受力分析由梁單元應(yīng)力云圖（見圖6）可知，托架橫梁在車頂接觸處根部梁單元應(yīng)力最大，最大應(yīng)271.5 N/mm2。

圖6 梁單元應(yīng)力云圖

4.3.3 橋梁模型單元變形

通過受力分析由結(jié)構(gòu)豎向變形圖、結(jié)構(gòu)水平變形圖（見圖7、圖8）可知，托架橫梁端部豎向位移為88.6 mm，結(jié)構(gòu)水平最大變形發(fā)生在底盤處，水平位移為6.90 mm，均滿足規(guī)范要求。

圖7 結(jié)構(gòu)豎向變形圖

圖8 結(jié)構(gòu)水平變形圖

5 結(jié)論及建議

本文通過對移動立交橋和托架體系有限元在搬遷工作受力狀態(tài)的分析可知，原托架橫梁截面不滿足要求，將托架橫梁H型鋼截面改為2 000 mm×450 mm×24 mm×30 mm后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求[3]。但變形相對較大，一次搬遷完成后，殘余變形對托架系統(tǒng)的影響有待進(jìn)一步實際檢驗。

建議：

1）若不改變搬運(yùn)體系方案，建議如下：（1）加強(qiáng)托架橫梁平面外穩(wěn)定，建議平面外做成桁架；（2）加強(qiáng)斜撐桿與底盤的連接；（3）采用托架橫梁，橫梁變形后不可恢復(fù)，導(dǎo)致托架不能循環(huán)利用。

2）建議將移動立交橋搬遷系統(tǒng)改為圖9所示方案。

圖9 建議搬遷體系方案示意圖