桥梁主塔施工用钢管桩支架结构有限元分析

尚伟+杨晓婧+毛毳+宋吉宁

摘要： 针对某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构，分别计算钢管桩支架结构在主塔某组合段钢梁载荷、风载荷及其共同作用下的von Mises应力.根据计算结果分析风载荷对结构的影响，得出风载荷影响最大von Mises应力出现的位置；计算组合段钢梁和风载荷共同作用下钢管桩支架结构的屈曲临界载荷.通过对其强度和稳定性进行分析，提出钢管桩支架结构的优化方案，指导桥梁主塔的安全施工.

关键词： 钢管桩； 风载荷； 强度； 屈曲临界载荷； 稳定性； 有限元

中图分类号： TU311.41文献标志码： B

Abstract： As to a steel pipe pile support structure in the construction of a bridge main tower which is made of steel， the von Mises stress of the steel pipe pile support structure is calculated separately under the effect of a combination steel beam load or the wind load or the combined effect of the two kinds of load. According to the calculation results， the effect of wind load on the structure is analyzed and the location of the maximum von Mises stress under wind load is obtained； the buckling critical load of the steel pipe pile support structure is calculated under the combination steel beam load and wind load. The strength and stability are analyzed to propose the optimization scheme for the steel pipe pile support structure， which provides reference for the safe construction of the bridge main tower.

Key words： steel pipe pile； wind load； strength； buckling critical load； stability； finite element

钢管桩支架结构是确保桥梁施工的最重要的大型临时工程结构之一，其主要功能是为桥梁施工提供临时支撑.[12]以某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构为例，该桥梁主塔高120 m，主塔钢梁与地面呈72°倾角，主塔采用钢结构.由于主塔钢梁与地面呈72°倾角，所以钢管桩支架结构设计为台阶形式，见图1.在钢梁施工时，采用钢管桩支架结构进行钢梁的支撑，钢管桩规格为 600×10 mm.钢管桩支架结构总高度为103 m，顺桥向长度为41.6 m，横桥向宽度为12.9 m.在高度方向每6 m处设置横向联结（顶部高度8 m，底部高度10.235 m）.横向联结采用 300×10 mm的钢管.该钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，自重轻，施工和拆除方便，满足施工载荷和风载荷等载荷要求.为保证桥梁主塔安装的施工安全，运用ANSYS对其主塔安装使用的钢管桩支架结构承载性能进行分析.

4结束语

为保证桥梁主塔安装的施工安全，钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性.对于复杂的钢管桩支架结构，ANSYS具有一定的优越性，可以运用其对节点进行编号完成建模和施加载荷.在划分单元时可设定钢管桩的尺寸，根据计算出的钢管桩支架结构的应力、应变、位移以及屈曲临界载荷等数据对结构的承载性能进行分析.分别计算钢管桩支架结构在65 t主塔组合段钢梁载荷作用、风载荷作用以及2种载荷共同作用下的von Mises应力.对计算结果进行分析可得出钢管桩支架结构在主塔底部附近为危险区域，可对此处的钢管桩进行加固.风载荷影响最大von Mises应力的位置，所以对于此钢管桩支架，结构风载荷是不能忽视的.对钢管桩支架结构在风载荷和主塔组合段钢梁载荷共同作用下的稳定性进行计算分析，认为主要由于底部失稳导致钢管桩支架结构失去承载能力，所以底部应该设置更密集的横向联结，以防止整体结构发生失稳.

参考文献：

[1]周建权. 钢管桩支架法在新建天津海河大桥施工中的应用[J]. 铁道标准设计， 2012， （2）： 7880.

[2]刘学庆. 大跨连续槽形梁混合支架体系的设计与施工[J]. 桥梁建设， 2003， 1（6）： 4850

[3]王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M]. 北京： 人民交通出版社， 2007： 341365.

[4]邢静忠， 王永岗， 陈晓霞. ANSYS分析实例与工程应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2004： 85114.

[5]朱照清， 龚维明， 戴国亮. 大直径钢管桩水平承载力现场试验研究[J]. 建筑科学， 2010， 26（9）： 3639.

[6]GB 50009—2012建筑结构荷载规范[S].

[7]舒兴平， 邹浩， 袁智深. 钢框架风荷载作用下侧移限值研究综述[J]. 建筑结构学报， 2011， 32（12）： 7178.

[8]陈波， 李明， 杨庆山. 基于风振特性的多目标等效静风载荷分析方法[J]. 工程力学， 2012， 29（11）： 152157.

[9]冯东， 朱莎， 汪一骏. 建筑围护结构风载荷的计算与取值[J]. 北京交通大学学报， 2013， 37（4）： 119122.

[10]冯若强， 丁静鹄， 李庆祥， 等. 单层折面空间网格结构风载荷特性及等效静风荷载研究[J]. 建筑结构学报， 2012， 33（1）： 5864.

摘要： 针对某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构，分别计算钢管桩支架结构在主塔某组合段钢梁载荷、风载荷及其共同作用下的von Mises应力.根据计算结果分析风载荷对结构的影响，得出风载荷影响最大von Mises应力出现的位置；计算组合段钢梁和风载荷共同作用下钢管桩支架结构的屈曲临界载荷.通过对其强度和稳定性进行分析，提出钢管桩支架结构的优化方案，指导桥梁主塔的安全施工.

关键词： 钢管桩； 风载荷； 强度； 屈曲临界载荷； 稳定性； 有限元

中图分类号： TU311.41文献标志码： B

Abstract： As to a steel pipe pile support structure in the construction of a bridge main tower which is made of steel， the von Mises stress of the steel pipe pile support structure is calculated separately under the effect of a combination steel beam load or the wind load or the combined effect of the two kinds of load. According to the calculation results， the effect of wind load on the structure is analyzed and the location of the maximum von Mises stress under wind load is obtained； the buckling critical load of the steel pipe pile support structure is calculated under the combination steel beam load and wind load. The strength and stability are analyzed to propose the optimization scheme for the steel pipe pile support structure， which provides reference for the safe construction of the bridge main tower.

Key words： steel pipe pile； wind load； strength； buckling critical load； stability； finite element

钢管桩支架结构是确保桥梁施工的最重要的大型临时工程结构之一，其主要功能是为桥梁施工提供临时支撑.[12]以某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构为例，该桥梁主塔高120 m，主塔钢梁与地面呈72°倾角，主塔采用钢结构.由于主塔钢梁与地面呈72°倾角，所以钢管桩支架结构设计为台阶形式，见图1.在钢梁施工时，采用钢管桩支架结构进行钢梁的支撑，钢管桩规格为 600×10 mm.钢管桩支架结构总高度为103 m，顺桥向长度为41.6 m，横桥向宽度为12.9 m.在高度方向每6 m处设置横向联结（顶部高度8 m，底部高度10.235 m）.横向联结采用 300×10 mm的钢管.该钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，自重轻，施工和拆除方便，满足施工载荷和风载荷等载荷要求.为保证桥梁主塔安装的施工安全，运用ANSYS对其主塔安装使用的钢管桩支架结构承载性能进行分析.

4结束语

为保证桥梁主塔安装的施工安全，钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性.对于复杂的钢管桩支架结构，ANSYS具有一定的优越性，可以运用其对节点进行编号完成建模和施加载荷.在划分单元时可设定钢管桩的尺寸，根据计算出的钢管桩支架结构的应力、应变、位移以及屈曲临界载荷等数据对结构的承载性能进行分析.分别计算钢管桩支架结构在65 t主塔组合段钢梁载荷作用、风载荷作用以及2种载荷共同作用下的von Mises应力.对计算结果进行分析可得出钢管桩支架结构在主塔底部附近为危险区域，可对此处的钢管桩进行加固.风载荷影响最大von Mises应力的位置，所以对于此钢管桩支架，结构风载荷是不能忽视的.对钢管桩支架结构在风载荷和主塔组合段钢梁载荷共同作用下的稳定性进行计算分析，认为主要由于底部失稳导致钢管桩支架结构失去承载能力，所以底部应该设置更密集的横向联结，以防止整体结构发生失稳.

参考文献：

[1]周建权. 钢管桩支架法在新建天津海河大桥施工中的应用[J]. 铁道标准设计， 2012， （2）： 7880.

[2]刘学庆. 大跨连续槽形梁混合支架体系的设计与施工[J]. 桥梁建设， 2003， 1（6）： 4850

[3]王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M]. 北京： 人民交通出版社， 2007： 341365.

[4]邢静忠， 王永岗， 陈晓霞. ANSYS分析实例与工程应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2004： 85114.

[5]朱照清， 龚维明， 戴国亮. 大直径钢管桩水平承载力现场试验研究[J]. 建筑科学， 2010， 26（9）： 3639.

[6]GB 50009—2012建筑结构荷载规范[S].

[7]舒兴平， 邹浩， 袁智深. 钢框架风荷载作用下侧移限值研究综述[J]. 建筑结构学报， 2011， 32（12）： 7178.

[8]陈波， 李明， 杨庆山. 基于风振特性的多目标等效静风载荷分析方法[J]. 工程力学， 2012， 29（11）： 152157.

[9]冯东， 朱莎， 汪一骏. 建筑围护结构风载荷的计算与取值[J]. 北京交通大学学报， 2013， 37（4）： 119122.

[10]冯若强， 丁静鹄， 李庆祥， 等. 单层折面空间网格结构风载荷特性及等效静风荷载研究[J]. 建筑结构学报， 2012， 33（1）： 5864.

摘要： 针对某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构，分别计算钢管桩支架结构在主塔某组合段钢梁载荷、风载荷及其共同作用下的von Mises应力.根据计算结果分析风载荷对结构的影响，得出风载荷影响最大von Mises应力出现的位置；计算组合段钢梁和风载荷共同作用下钢管桩支架结构的屈曲临界载荷.通过对其强度和稳定性进行分析，提出钢管桩支架结构的优化方案，指导桥梁主塔的安全施工.

关键词： 钢管桩； 风载荷； 强度； 屈曲临界载荷； 稳定性； 有限元

中图分类号： TU311.41文献标志码： B

Abstract： As to a steel pipe pile support structure in the construction of a bridge main tower which is made of steel， the von Mises stress of the steel pipe pile support structure is calculated separately under the effect of a combination steel beam load or the wind load or the combined effect of the two kinds of load. According to the calculation results， the effect of wind load on the structure is analyzed and the location of the maximum von Mises stress under wind load is obtained； the buckling critical load of the steel pipe pile support structure is calculated under the combination steel beam load and wind load. The strength and stability are analyzed to propose the optimization scheme for the steel pipe pile support structure， which provides reference for the safe construction of the bridge main tower.

Key words： steel pipe pile； wind load； strength； buckling critical load； stability； finite element

钢管桩支架结构是确保桥梁施工的最重要的大型临时工程结构之一，其主要功能是为桥梁施工提供临时支撑.[12]以某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构为例，该桥梁主塔高120 m，主塔钢梁与地面呈72°倾角，主塔采用钢结构.由于主塔钢梁与地面呈72°倾角，所以钢管桩支架结构设计为台阶形式，见图1.在钢梁施工时，采用钢管桩支架结构进行钢梁的支撑，钢管桩规格为 600×10 mm.钢管桩支架结构总高度为103 m，顺桥向长度为41.6 m，横桥向宽度为12.9 m.在高度方向每6 m处设置横向联结（顶部高度8 m，底部高度10.235 m）.横向联结采用 300×10 mm的钢管.该钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性，自重轻，施工和拆除方便，满足施工载荷和风载荷等载荷要求.为保证桥梁主塔安装的施工安全，运用ANSYS对其主塔安装使用的钢管桩支架结构承载性能进行分析.

4结束语

为保证桥梁主塔安装的施工安全，钢管桩支架结构必须有足够的强度、刚度和稳定性.对于复杂的钢管桩支架结构，ANSYS具有一定的优越性，可以运用其对节点进行编号完成建模和施加载荷.在划分单元时可设定钢管桩的尺寸，根据计算出的钢管桩支架结构的应力、应变、位移以及屈曲临界载荷等数据对结构的承载性能进行分析.分别计算钢管桩支架结构在65 t主塔组合段钢梁载荷作用、风载荷作用以及2种载荷共同作用下的von Mises应力.对计算结果进行分析可得出钢管桩支架结构在主塔底部附近为危险区域，可对此处的钢管桩进行加固.风载荷影响最大von Mises应力的位置，所以对于此钢管桩支架，结构风载荷是不能忽视的.对钢管桩支架结构在风载荷和主塔组合段钢梁载荷共同作用下的稳定性进行计算分析，认为主要由于底部失稳导致钢管桩支架结构失去承载能力，所以底部应该设置更密集的横向联结，以防止整体结构发生失稳.

参考文献：

[1]周建权. 钢管桩支架法在新建天津海河大桥施工中的应用[J]. 铁道标准设计， 2012， （2）： 7880.

[2]刘学庆. 大跨连续槽形梁混合支架体系的设计与施工[J]. 桥梁建设， 2003， 1（6）： 4850

[3]王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M]. 北京： 人民交通出版社， 2007： 341365.

[4]邢静忠， 王永岗， 陈晓霞. ANSYS分析实例与工程应用[M]. 北京： 机械工业出版社， 2004： 85114.

[5]朱照清， 龚维明， 戴国亮. 大直径钢管桩水平承载力现场试验研究[J]. 建筑科学， 2010， 26（9）： 3639.

[6]GB 50009—2012建筑结构荷载规范[S].

[7]舒兴平， 邹浩， 袁智深. 钢框架风荷载作用下侧移限值研究综述[J]. 建筑结构学报， 2011， 32（12）： 7178.

[8]陈波， 李明， 杨庆山. 基于风振特性的多目标等效静风载荷分析方法[J]. 工程力学， 2012， 29（11）： 152157.

[9]冯东， 朱莎， 汪一骏. 建筑围护结构风载荷的计算与取值[J]. 北京交通大学学报， 2013， 37（4）： 119122.

[10]冯若强， 丁静鹄， 李庆祥， 等. 单层折面空间网格结构风载荷特性及等效静风荷载研究[J]. 建筑结构学报， 2012， 33（1）： 5864.