某特大跨斜拉桥施工阶段主梁受力分析

王建新

1 概述

某长江大桥的主桥主体结构为双塔双索面斜拉桥，主塔为混凝土结构，主梁采用叠合梁格构，桥跨布置为(35.5+186+436+186+35.5)m=879 m。本桥为双塔双索面叠合梁斜拉桥，主梁采用叠合梁，由工字形钢主梁与混凝土桥面板组合而成，采用悬臂拼装施工。因此总体施工阶段分析的目的就是要考察施工过程中主梁安全度。

2 计算目的和计算工具

全桥整体空间静力计算采用有限元软件MIDAS CIVIL 6.7.1，计算内容包括双悬臂施工阶段、单悬臂施工阶段和桥面系施工阶段桥梁的受力情况。计算过程中荷载取值情况如下:

1)恒载。一期恒载包括主梁、主塔、斜拉索材料重量。混凝土桥面板及索塔容重2.6 t/m3，梁、塔按实际断面取重量;标准主梁断面桥面板统一按照26 cm计入，钢主梁加厚处按照板单元均布荷载加载。桥面板预应力去掉预应力损失后，按照集中力加在板单元上。二期恒载为桥面防撞护栏、泄水管、桥面铺装及检修道，按照均布压力荷载均布于桥面板上，荷载取值为0.284 t/m2。

2)温度力。取合龙温度10℃～15℃，根据当地月平均最高气温和最低气温情况，综合考虑后计算取体系升温20℃，体系降温20℃。主梁竖向温度梯度为:顶板 T1=16.4℃，T2=5.98℃，底板T=2.79℃;梁与索的温差±15℃;梁与塔的温差±5℃。

3)风荷载。设计基本风速为24.052 m/s，按JTG/T D60-01-2004公路桥梁抗风设计规范的规定计算风力。

4)施工荷载。按照设计计算说明书:吊机重 90 t，前轴重60 t，后轴重 30 t，轴距 8 m;施工平台重 21 t，前轴重 14 t，后轴重7 t，轴距8 m。最大双悬臂及最大单悬臂在横向风力作用下的抗风验算依据JTJ 027-96公路斜拉桥设计规范(试行)附录A进行，不平衡施工荷载取主梁块件重量的两倍。

3 计算模型建立

3.1 计算方法概述

总体分析计算模型中，索塔、索塔横梁，钢主梁、钢横梁，工字形小纵梁模拟为空间梁单元，斜拉索模拟为空间索单元，桥面板模拟为厚板单元，由于设计时将普通断面钢主梁处混凝土桥面板加厚段视为安全储备，故建模时考虑将桥面板单元厚度统一定义为26 cm，加厚处重量按照板单元均布荷载作用于桥面板上。小纵梁与横梁之间的连接采用刚性连接模拟。塔梁间阻尼装置按照水平方向加弹簧刚度进行模拟，塔梁支座、交界墩与辅助墩拉压支座采用弹簧模拟，根据设计单位提供图纸真实模拟支座的弹簧刚度。边跨支架及0号支架采用间隙单元模拟，施工阶段主梁和塔临时固结，体系转换过后主梁和塔拆除临时固结，改为竖向弹簧支承。建模时考虑1%纵坡影响。

3.2 结构离散

全桥共用7384个单元，其中板单元3 312个，主桥钢主梁梁单元共828个，主桥横梁梁单元1 672个，小纵梁梁单元 1 242个，索塔梁单元共194个，索单元共136个，结构离散图见图1。

4 计算分析

4.1 最大双悬臂工况

4.1.1 最大双悬臂施工工况

最大双悬臂施工工况下钢主梁最大应力为 76.8 MPa＜204 MPa，满足要求;桥面板最大压应力为6.99 MPa＜19.25 MPa，满足要求。计算结果如图2～图5所示。

图中桥面板在悬臂端部出现拉应力是由于在施工阶段中为简化模型将吊机荷载作为集中力作用于桥面板上，并且验算荷载的不平衡力也直接加在桥面板上，实际在施工过程中吊车荷载是以车轮荷载布置于桥面板上，桥面板只出现很小的拉应力。

4.1.2 最大双悬臂阵风验算工况

最大双悬臂阵风验算工况下钢主梁最大应力为180 MPa＜204 MPa，桥面板最大压应力为16.1 MPa＜19.25 MPa，均满足要求。计算结果如图6～图 9所示。

图中桥面板在悬臂端部出现拉应力是由于在施工阶段中为简化模型将吊机荷载作为集中力作用于桥面板上，并且验算荷载的不平衡力也直接加在桥面板上，实际在施工过程中吊车荷载是以车轮荷载布置于桥面板上，桥面板只出现很小的拉应力。

4.2 最大单悬臂工况

4.2.1 最大单悬臂施工工况

最大单悬臂施工工况下，钢主梁最大应力为93.1 MPa＜204 MPa，桥面板最大压应力为11.2 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.2.2 最大单悬臂阵风验算工况

最大单悬臂阵风验算工况下钢主梁最大应力为104.6 MPa＜204 MPa，桥面板最大压应力为14.4 MPa＜19.25 MPa，均符合要求。

4.3 安装桥面系工况

安装桥面系工况下钢主梁最大应力为 105.1 MPa＜204 MPa，桥面板最大压应力为13.4 MPa＜19.25 MPa。

5 结语

通过大型有限元软件，对某大跨宽桥面钢—混组合斜拉桥的双悬臂施工工况、双悬臂施工阶段阵风工况、单悬臂施工工况、单悬臂施工阶段阵风工况以及安装桥面系施工阶段的混凝土桥面板上下缘应力和钢主梁上下缘应力进行了详细分析，结果表明各工况下，混凝土面和钢主梁受力均符合规范要求。

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