榕江特大桥中跨钢桁梁施工期静力性能分析

【摘要】：通过对榕江特大钢桁梁桥进行静动力分析，分析了该桥在自重及动风荷载作用下的受力性能。通过静力分析可知，榕江特大桥成桥阶段在自重、静风荷载作用下应力水平不高；在施工阶段，中跨悬臂最大状态下结构的最大应力达到170MPa，边跨悬臂状态最大应力为165MPa。因此施工阶段满足强度要求。

【关键词】： 桥梁工程 ，结构安全 ，施工期， 数值分析

【 abstract 】 : the heavy steel truss rongjiang static and dynamic analysis, analysis the bridge in gravity and dynamic wind load bearing performance. Through the static analysis shows that large bridge rongjiang bridge stage under dead weight, the static load stress level is not high, In the stage of construction, across the cantilever condition in the biggest the maximum stress structure to 170 MPa, the maximum stress state across the cantilever 165 MPa. The construction stage meet the required strength.

【 key words 】 : bridge engineering, the safety of the structure, construction, numerical analysis

中图分类号：U445 文献标识码：A文章编号：

1. 榕江特大桥概况及施工方案

1.1 大桥工程概况

拟建榕江特大桥所跨越的榕江位于广东省东南部，为厦深铁路跨越206国道及榕江而设。榕江特大桥桥址处江面宽约800m，测时最大水深为9.5m（2006-5-21），平均潮水位下水深约8m，桥址处实测航迹线宽约为270m。拟建特大桥主跨111m+2-220m+111m，通航孔布置为双孔单向通航，主通航孔覆盖了现有榕江设计航槽区和6.0m深水主槽区。

1.2 榕江特大桥总体施工方案

榕江特大桥主跨钢桁梁施工，采用在大桥东西两岸边跨和主跨设计位置处打设钢管桩临时墩，在72号墩纵向两侧设置钢管桩临时支架，同时在70、72和74号墩承台上分别架设一台塔吊，利用塔吊喂送钢桁梁各杆件到运梁小车上，利用悬拼吊机对称悬拼边跨钢桁梁和中间跨钢桁梁至主跨下临时墩墩顶合拢，然后在合拢后的钢桁梁上利用长臂吊机，悬拼合拢拱肋。避免使用高耸塔架、缆索吊机、龙门吊等大型施工设备，减少了施工设备投入，降低了施工风险，加快施工进度，节省时间，缩短了施工工期。钢桁梁各施工阶段如表1所示。

表1. 钢桁梁各个施工阶段表

阶段 内容

阶段一 利用固定门吊在边墩和临时墩上拼组边跨第一节钢桁梁，同时安装桥面板，在边墩墩顶锚固钢桁梁，两边跨同时对称施工。

阶段二 利用固定门吊继续在临时墩上拼装两边跨第二节钢桁梁和桥面板，两边跨同时对称施工。

阶段三 利用固定门吊把钢桁梁各杆件放在运送杆件的小车上，利用运送小车把钢桁梁各杆件运到悬拼工作面，利用悬拼吊机继续在钢桁梁上拼装两边跨第三节钢桁梁和桥面板，同时，在拼装好的钢桁梁桥面板上拼组运送杆件小车的轨道，并把悬拼吊机移动到拼组好的第三节钢桁梁上弦杆上，固定，为悬拼下一节钢桁梁做准备，两边跨同时对称施工。

阶段四

利用塔吊把钢桁梁各杆件放在运送杆件的小车上，利用运送台车把钢桁梁各杆件运到悬拼工作面，利用悬拼吊机继续在钢桁梁上拼装两边跨第四和第五节钢桁梁和桥面板，同时，在拼装好的钢桁梁桥面板上拼组运送杆件台车的轨道，并把悬拼吊机移动到拼组好的第五节钢桁梁上弦杆上，固定，为悬拼下一节钢桁梁做准备，两边跨同时对称施工。

阶段五

利用固定门吊把钢桁梁各杆件放在运送杆件的台车上，利用运送台车把钢桁梁各杆件运到悬拼工作面，利用悬拼吊机继续悬拼两边跨第6、7、8节钢桁梁和桥面板，同时，在拼装好的钢桁梁桥面板上拼组运送杆件台车的轨道。

阶段六 利用固定门吊把钢桁梁各杆件放在运送杆件的台车上，利用运送台车把钢桁梁各杆件运到悬拼工作面，利用悬拼吊机继续在钢桁梁上拼装两边跨第九和第十节钢桁梁和桥面板，拼装好墩顶支座各杆件并把支座固定在71号墩墩顶，同时，在拼装好的钢桁梁桥面板上拼组运送杆件台车的轨道，并把悬拼吊机移动到拼组好的第十节钢桁梁上弦杆上，固定，为悬拼下一节钢桁梁做准备，两边跨同时对称施工。

阶段七 利用固定门吊把钢桁梁各杆件放在运送杆件的台车上，利用运送台车把钢桁梁各杆件运到悬拼工作面，利用悬拼吊机继续在钢桁梁上悬拼中间跨一半节间至中间临时墩

阶段八 在72号墩两侧利用浮吊拼装好支架，利用浮吊起吊并安装钢桁梁在72号墩上的竖向支撑杆和门架，在支撑杆和支架上对称安装墩顶四节钢桁梁，并在钢桁梁上弦杆上拼装悬拼吊机，利用浮吊把各杆件送到拼装工作面，两边对称悬拼钢桁梁至中间临时墩。

2. 榕江特大桥静力性能分析

2.1计算模型介绍

本文利用有限元软件MIDAS\CIVIL 2006 计算了榕江特大桥在自重作用下的内力及位移，计算了施工阶段最大悬臂（阶段八—即最危险施工阶段）在自重、风荷载、吊车荷载作用下的内力及位移。

根据《榕江特大桥主桥深化初步设计（111+2×220+111）m连续钢桁梁柔性拱桥》中各相关参数建立各有限元模型（见图1），其中桥面板各构件是按《桥面方案三布置图》中各参数建立。

图1. 榕江特大桥成桥计算模型

对于施工阶段的验算，考虑计算过程如下：在72号墩两侧拼装好支架，利用塔吊或浮吊起吊并安装钢桁梁在72号墩上的竖向支撑杆和门架，在支撑杆和支架上对称安装墩顶两节钢桁梁，并在钢桁梁上弦杆上拼装悬拼吊机，利用浮吊把各杆件送到拼装工作面，两边对称悬拼钢桁梁至中间临时墩，72号墩对称悬拼至跨中临时墩，没有上墩。考虑到施工过程中桥梁在会受到很大的风压力和吊车荷载的作用，对这两种荷载进行如下处理：

1）风荷载

风荷载强度：基本风压取汕头地区百年一遇基本风压0.95kpa；风载体形系数K1取1.3；风压高度变化系数K2取1.37；地形、地理条件系数K3取1.3；

则每个单元所受风荷载=2.2倍杆件截面高度（或厚度）

2）吊车荷载

中间跨：纵向稳定性计算工况为，两悬拼吊机在钢桁梁上位置不对称，按相差一个节间11m长度考虑，悬拼吊机自重按200t考虑。

2.2 计算结果分析

2.2.1 全桥分析

仅自重作用下，结构在自重作用下的变形和支撑反力见图2、图3所示。在自重作用下，竖向最大变形为5.65cm，而用ANSYS计算的结果为5.40cm，二者的相对误差为4%，这也验证了用MIDAS建模时假定的可行性。此外，在重力作用下，梁中最大应力为79.8MPa；桥面各板件除在支撑点处局部应力（75.9MPa）较大外，应力均很小。模型在自重作用下支反力见下表2（支座编号见图1-10，表中X为桥纵向，Y为出平面方向，Z为竖向，下同）。

表2 模型在自重作用下的支反力（kN）

图2自重下结构变形图图3支点反力图（N）

2.2.2全桥在自重和风荷载作用下

全桥在自重及风荷载作用下，最大变形为15.2cm，见图4所示。各杆件最大应力为127.5MPa；板件应力除在支撑点处局部应力较大（47.75MPa）外，桥面各板件应力均很小。全桥在自重及风荷载作用下支反力见表3和图4所示。

表3自重及风荷载作用下的支反力（kN）

图4.变形图图5. 支点反力图（N）

2.2.3 中间跨（中间跨最大悬臂状态）

通过分析计算可知，中间跨施工阶段，悬拼梁端最大变形为44.7cm，各杆件最大应力为170MPa；板件应力，除在支撑点处有局部应力较大（112MPa）外，桥面各板件应力均较小。中间跨施工阶段支反力见表4所示。

表4 中间跨施工阶段的支反力（kN）

通过分析计算可知，边跨施工阶段，悬拼梁端最大变形为47.2cm，各杆件最大应力为165MPa；板件应力，除在支撑点处有局部应力较大（59.9MPa）外，桥面各板件应力均很小。边跨施工阶段支反力见表5。

表5 边跨施工阶段的支反力（kN）

3. 结论

拟建榕江特大桥主跨111m+2-220m+111m，是厦深客运专线重难点工程。本文利用有限元软件MIDAS\CIVIL 2006 计算了榕江特大桥在自重作用下的内力及位移，计算了施工阶段最大悬臂（阶段八—即最危险施工阶段）在自重、风荷载、吊车荷载作用下的内力及位移。经过以上静力分析可知，榕江特大桥成桥阶段在自重、静风荷载和吊车荷载作用下应力水平不高；在施工阶段，中跨悬臂最大状态下结构的最大应力达到170MPa，边跨最大悬臂状态最大应力为165MPa，满足结构强度要求。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。