某特大连续刚构桥悬臂施工阶段结构强度与结构稳定性分析

摘要：介绍了高墩大跨连续刚构桥工程概况，并对桥梁最大悬臂施工阶段进行结构强度分析和稳定性分析，说明桥梁最大悬臂施工阶段时，整体结构发生失稳破坏的现象很小。

关键词：悬臂施工；结构强度；稳定性

中图分类号： TH213 文献标识码： A

1工程概况

X大桥桥型总体布置为：435mT梁+ (110+200+110) m连续刚构+235mT梁，全长638m。桥梁全宽9m，桥墩均采用桩基、承台、箱型空心薄壁墩结构，最大墩高140m。主梁采用单箱单室截面。箱顶板宽9.0m，底板宽6.0m。箱梁跨中及边跨现浇段梁高3.6m，箱梁根部断面高为13.0m。箱梁顶板除0号块段厚60cm外，其余厚28cm。箱梁底板除0号段厚150cm，其余箱梁底板厚从箱梁根部截面的130cm厚以1.75次抛物线变至跨中截面35cm厚。箱梁0号段长14m，每个“T"构纵桥向划分为平衡悬浇22个悬臂梁段，边跨多出23号不对称梁段，悬浇施工时在中跨压重平衡。两岸边跨及中跨均采用吊架现浇合拢段的施工方案。

本文运用有限元分析软件MIDAS/civil，建立高壤大跨连续刚构桥计算分析模型。根据桥梁设计图纸模拟主梁悬臂施工的各个工况，计算主桥两T构悬臂浇筑的0号块至最大悬臂阶段，再进行边跨合拢和中跨合拢，最后是二期铺装恒载和运营10年后收缩徐变。全桥共有145个节点、136个单元，其中主梁106个单元。平衡悬浇22个悬臂梁段，边跨多出23号不对称梁段，不对称梁段悬浇施工时在中跨压重平衡为260kN。

2悬臂施工阶段结构强度分析

运用MIDAS/civil对X沟大桥进行施工过程模拟分析。分析得出，在最大悬臂施工阶段时桥梁受力最不利。桉承载能力极限状态的基本组合考虑（1.2恒载+1.2预加力+1.0收缩徐变+0.5基础变位+1.12温度梯度+0.88风荷载），设计参数状态下主梁结构应力如图1。

图1 设计参数状态下主梁最大悬臂时上缘应力云图

通过MIDAS/civil软件分析结果可知，在最大悬臂时桥梁结构未出现拉应力，主梁根部上缘最大压应力为-13.27MPa，主梁根下缘最大压应力为-9.27MPa，主墩顶部最大压应力为-2.23MPa，主墩根部最大压应力为-2.32MPa。桥梁结构各部截面压应力均小于设计强度，结构受力性能良好。

3悬臂施工阶段结构稳定性分析

结构失稳通常是指在外力荷载作用下结构开始丧失稳定的平衡状态，略有扰动则结构变形迅速增大，最终使结构遭到破坏，即达到临界荷载时。

MIDAS/civil软件通过屈曲分析实现对桥梁结构的稳定性分析。根据施工中可能出现的最不利荷载工况，在最大悬臂施工阶段，确定以下荷载作为此阶段稳定分析的考虑

因素：自重、挂篮、主墩横向风荷载、主墩纵向风荷载、主梁横向风荷载、主梁纵向风荷载、主梁竖向风荷载、温度梯度荷载、不平衡配重荷载。对结构进行屈曲分析，输入控制参数，模态数为10个，迭代次数为30，收敛误差为le-006，分析最大悬臂时，挂篮坠落后结构的屈曲模态和特征值（稳定系数）。

（1）单T构结构稳定性分析

在单T构最大悬臂状态下，其结构的失稳临界状态首先发生弯曲的是桥墩上部靠近墩顶部分，因为这部分刚度较墩底截面要弱一些，而且悬臂端荷载除了产生对桥墩的轴向压力外，还会产生很大的弯矩。这部分弯矩会消弱结构在悬臂端荷载作用下的稳定性。将一阶曲曲到十阶屈曲的单悬臂阶段模态稳定系数分析的结果汇总如下表 1。

表1 单T构阶段桥梁屈曲模态分析表

(2)双T构结构稳定性分析

在双T构最大悬臂状态下，其结构的失稳临界状态首先发生弯曲的是桥墩上部靠近墩顶部分。将十种双悬臂阶段模态稳定系数分析的结果汇总如下表2。

表2 双T构阶段桥梁屈曲模态分析表

从表1和表2可知，单悬臂阶段桥梁最小稳定安全系数为8.57，双悬臂阶段桥梁最小稳定安全系数为8.24，稳定性分析满足规范要求。说明桥梁最大悬臂施工阶段时，整体结构发生失稳破坏的现象很小。

4结束语

通过MIDAS/civil软件，在设计参数的条件下对油坊沟大桥进行静力计算分析，主梁根部上缘最大压应力为-13.27MPa,主梁根下缘最大压应力为-9.27MPa，主墩顶部最大压应力为-2.23MPa，主墩根部最大压应力为-2.32MPa。桥梁结构各部截面压应力均小于设计强度，结构受力性能良好；从桥梁结构稳定性分析结果得知，最小稳定安全系数为8.24，满足规范要求。说明桥梁最大悬臂施工阶段时，整体结构发生失稳破坏的现象极小。

参考文献

[1]陈伟坷,黄艳敏.工程风险与工程保险[M].天津：天津大学出版社，2005.

[2]阮欣，陈艾荣，石雪飞.桥梁工程风险评估[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3]方开泰.正交与均匀试验设计[M].北京：科学出版社，2001.