基于MidasCivil的曲线形桥梁施工钢栈桥受力性能分析

基于MidasCivil的曲线形桥梁施工钢栈桥受力性能分析

许静宜

关键词：MidasCivil；应力分析；稳定计算；施工过程

1结构设计

钢栈桥基础采用Φ630×8mm的钢管桩，钢管桩之间设置斜撑和φ273钢管连接，在钢管顶往下50cm处设置斜撑。桩顶铺1cm厚钢板焊接，2根I45a工字钢放置在封口钢板上并焊接。为保证横梁的横向稳定性，在单排三根钢管桩顶部设置2根I45a工字钢横梁与钢管顶部焊接。主便桥采用6片贝雷梁作为主梁，双车道。分配梁采用I20a工字钢，布置间距为75cm。纵桥向间距、横桥向间距如图1所示，栈桥面板采用厚度为10mm厚的A3防滑钢板，尺寸为7×1.5m。

2钢栈桥荷载分析

2.1自重荷载

a)桥面钢板、分配梁、贝雷架、横向分配梁等可由程序自动考虑；

b)栏杆

桥面采用小钢管（φ48钢管）做成的栏杆进行防护，桥面栏杆竖杆为I12.6工字钢，栏杆高度1.2米，竖杆间距1.5m；横杆为φ48×3.5mm钢管，高度方向设置两道横杆。竖杆下部焊接4mm厚钢板作为踢脚，高0.2m。栏杆直接焊接在25a工字钢上。

2.2可变荷载

（1）移动荷载：根据施工需要考虑80t履带吊、9m3混凝土罐车。汽车荷载均进行最不利加载，偏载时按车轮中心线距离桥面边缘0.5m考虑（履带吊偏载时，履带边缘距桥面边缘0.2m考虑），移动加载不考虑冲击系数的影响。

（a）履带吊

80t履带吊：自重78t，吊重20t，履带长5.56m×0.8m，工作时履带中心间距4.05m；

（b）混凝土罐车

9m3混凝土罐车：本项目采用9m3的混凝土运输车，本项目按实际施工时满载情况下进行了实测。

（2）其他荷载：人行荷载：2.5kN/m，管道荷载：2.0kN/m。

（3）风荷载：栈桥施工及吊装作业风力为6级及以下，相应风速为13.8m/s，非工作状态验算风力为12级，相应风速为40m/s。风载按《公路桥涵设计通用规范》进行计算。

2.3荷载组合

本工程主要验算以下三种工况组合：

（1）工况一：结构自重+人行荷载+管道荷载+风荷载+水流力

（2）工况二：9m3混凝土罐车满载+结构自重+人行荷载+管道荷载+风荷载+水流力

（3）工况三：80t履带吊+结构自重+人行荷载+管道荷载+风荷载+水流力

3栈桥结构分析

3.1结构模型

采用梁单元与板单元建立有限元模型，通过定义材料特性和截面特性绘制构件，贝雷片参数为：材料16Mn，弦杆10a双槽钢，腹杆I8工字钢；分配梁采用I20a工字钢，布置间距为75cm；基础采用Φ630×8mm钢管桩；单排三根钢管桩顶部设置2根I45a工字钢横梁，横梁间采用间断焊接。

3.2添加边界条件

根据施工钢栈桥实际工作情况，在模型计算分析中添加栈桥的边界条件：基础与钢管桩底部采用固结边界条件模拟，桩顶横梁与钢管桩采用弹性连接，桩顶横梁与贝雷片为刚性连接，贝雷片与分配横梁采用弹性连接。

3.3工况分析

（1）工况一计算分析

钢栈桥在仅承受工况一的受力作用情况下，变形、应力和内力作用均较小，未超过钢材设计范围。

（2）工况二计算分析

9m3混凝土罐车参数为车宽3米，两轮间距1.8米，在模型的栈桥面板建立左、右车道面，模拟两辆混凝土罐车在桥面错车行驶时的状态，并将罐车满灌荷载加载进去作为桥面移动荷载。软件自动计算罐车行走至桥面任何位置的错车最大反力、应力和位移。

（3）工况三计算分析

80t履带吊工作时履带中心间距4.05m，履带吊行走时，其他车辆禁止通行。在模型栈桥中心线建立车道面，并添加履带吊荷载作为移动荷载。软件自动计算履带吊行走至桥面任何位置的最大反力、应力和位移。

3.4有限元分析结果

通过MidasCivil软件分析各个工况作用下，施工钢栈桥的钢管桩、贝雷梁等结构构件的应力、内力、变形性能的模型数据分析如下：

工况二荷载作用下，钢管桩最大竖向反力为913kN，据此可知混凝土罐车工作时钢管桩的竖向承载力特征值不应小于913kN。

工况三荷载作用下，钢管桩最大竖向反力为901kN，据此可知履带吊工作时钢管桩的竖向承载力特征值不应小于901kN。

贝雷梁强度验算结果：

承载能力验算下贝雷梁弦杆最大应力为36.9MPa≤190MPa，满足规范要求。

承载能力验算下贝雷梁弦杆最大应力为130.1MPa≤190MPa，满足规范要求。

承载能力验算下贝雷梁弦杆最大应力为23.9MPa（拉应力）≤190MPa，满足规范要求。

4结语

本文采用MidasCivil软件进行模拟分析，得出钢栈桥各杆件峰值应力、变形及稳定性均能满足设计要求，验证了厦门滨海东大道九溪大桥施工钢栈桥的结构设计合理，安全性能可靠。施工钢栈桥不仅在施工期间作为施工要道，方便现场桥梁施工，还具有可重复使用的特点，有效提高了九溪大桥的施工进度，产生了显著的经济效益。

参考文献

[1]张亮，基于Midas/Civil的钢栈桥结构分析，低温建筑技术，2015.3

[2]郭晓松，某施工钢栈桥的结构设计分析，低温建筑技术，2017.11

[3]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S]

[4]GB50017-2003，钢结构设计规范[S]

[5]JTGD60-2004，公路桥涵设计通用规范[S]