基于ANSYS的钢箱梁顶推过程受力分析

韩忠安

中交第二航务工程勘察设计院有限公司 湖北 武汉 430060

1 工程概况

某市政桥梁工程位于江岸区与黄陂区交界处，是一座跨府河的大型桥梁。工程起于汉黄路与岱山路交叉口，止于汉黄路与巨龙大道交叉口，全长3.04km。

该项目第2联钢箱梁跨越现状道路和张公堤，共3跨：44.5+80+44.5m钢箱梁。采用等高截面，梁高3.12m，桥面宽度24.8m；采用单箱4室横断面，两端悬臂长约3.7m，顶底板均双向2%坡度，第2联钢箱梁重3112吨，由于拟建工程下部为现状市政道路和防洪大堤、上部为110kV高压架空线路，为减少施工期间对上下部的影响，采用了顶推法施工[2]。（钢箱梁断面图1s）

考虑在张公堤正上方做扩大基础实现。临时结构均为对称布置于桥轴线两侧，顶推平台设计中心距为8.6m，对应钢箱梁腹板位置，顶推平台最大跨度为42m。（施工平面布置图2所示，顶推设备支反力位置图3）

2 计算荷载

顶推过程主要载荷有以下几个部分：

1.钢箱梁自重荷载：第二联钢箱梁顶推时分为13节，各节段钢箱梁重量见表1。

表1 顶推施工混凝土节段重量（单位：kg）

2.导梁自重荷载：导梁重量按照90吨计算；

3.风荷载：根据根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)7.1[3]，风压与风速的关系为W=v2/1600。风荷载按下式计算：

式中：

wk——风荷载标准值(kPa)；βgz——高度z 处的风振系数；μs——风荷载体型系数；μz——风压高度变化系数；w0——基本风压(kPa)。

按A类地区计算风荷载。工作状态最大风强度为八级风，风速v=17.8m/s。

基本风压：W0=V2/1600=17.82/1600=0.2

风荷载标准值：计算标高h=23m，μz=1.72，箱梁部分形体系数μs=1.0，阵风系数βgz=1.56将数据带入公式，得工作状态风荷载标准值为：

4.人群及施工荷载：根据《建筑结构荷载规范》[3]取0.5kN/m2。

3 计算工况

工况1：在拼装支架上拼装导梁和顶推1#节段，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况2：将1#节段向前顶推至导梁头部准备接触2#平台处顶推设备的位置，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况3：导梁头部接触2#平台处顶推设备，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况4：在拼装支架上拼装1-3#钢箱梁，将其向前顶推至导梁头部准备接触2’#平台处顶推设备的位置，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况5：导梁头部接触2’#平台处顶推设备，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况6：在拼装支架上拼装1-6#钢箱梁，将其向前顶推至导梁头部准备接触3#平台处顶推设备的位置，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况7：导梁头部接触3#平台处顶推设备，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况8：在拼装支架上拼装1-7#钢箱梁，将其向前顶推至导梁头部准备接触3’#平台处顶推设备的位置，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况9：导梁头部接触3’#平台处顶推设备，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况10：在拼装支架上拼装1-9#钢箱梁，将其向前顶推至导梁头部准备接触4#平台处顶推设备的位置，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况11：导梁头部接触4#平台处顶推设备，计算导梁和钢箱梁的受力、变形和支点反力。

工况12：继续向前顶推，直到第二联钢箱梁到位时，倒用已分段拆除，计算钢箱梁的受力、变形和支点反力。

4 计算结论

由于篇幅原因仅对工况1、工况6、工况12计算结论进行分析；且基本许用应力[σ]=240MPa。

由有限元计算可知，工况1总体最大应力出现在R2支点附近，σmax=14MPa＜[σ]=240MPa，导梁强度满足要求；钢箱梁最大应力4.8MPa，故导梁和钢箱梁应力状态都满足施工阶段的应力要求。

由有限元计算可知，工况6 总体最大应力出现在导梁根部，σmax=39MPa＜[σ]=240MPa，导梁强度满足要求；钢箱梁最大应力32MPa，故导梁和钢箱梁应力状态都满足施工阶段的应力要求。

由有限元计算可知，工况12钢箱梁最大应力29MPa，故钢箱梁应力状态满足施工阶段的应力要求。

顶推过程中各支点反力见表2。

表2 推过程中各支点支反力

5 结语

通过对该桥梁顶推方案进行各工况状态下应力分析，为下部平台基础和钢箱梁强度加强设计提供了准确的设计基础。在施工过程中可以利用模拟计算成果，对存在局部钢箱梁应力过大部位的构件厚度及底板加肋布置进行针对性调整。基于ANSYS的钢箱梁顶推过程受力分析可以为施工方案设计、施工过程关键点控制提供充足依据[4]。