刘 瑶 刘 贺 贾 杰 王欣南
(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040； 2.东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040；3.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052)
顶推施工钢导梁受力仿真分析★
刘 瑶1刘 贺2贾 杰1王欣南3
(1.东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040； 2.东北林业大学交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040；
3.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052)
昆山中环跨沪宁高速，采用顶推法施工，钢箱梁前设钢导梁，利用Midas Gen有限元软件分析在顶推施工中的最不利工况及内力值，并分别验算钢导梁压弯杆和轴心受压杆件的稳定性，为施工的顺利进行提供可靠保证。
钢导梁，顶推施工，有限元
此工程为跨越沪宁高速公路而设置，位于原有桥梁两侧(B线桥和C线桥)，与原有桥梁平行，位于直线段上。上部结构采用等截面连续钢箱梁，桥面标准宽为22 m，B线桥跨径(44+70+36)m，桥箱梁单位重量约为11 t/m2，设计桥面最高点为64墩柱，B线桥桥面中心标高14.5 m，C线桥桥面中心标高14.5 m，并以此点标高自南向北逐步递减。
上部结构采用顶推滑移的施工方法，为减小最大悬挑状态下的负弯矩，在钢箱梁前端设置导梁，导梁采用空间桁架结构形式，包括两榀主桁架、一榀次桁架和两榀边桁架，全长45 m[1]。主桁架与钢箱梁纵向直腹板对齐，并伸入钢箱梁两个节间距离，保证连接性能；次桁架位于两榀主桁架之间，以保证主桁架面外稳定性；边桁架与钢箱梁纵向斜腹板对齐，并只设置于导梁根部范围内，使钢箱梁与导梁之间的刚度能平稳过渡。
1 钢导梁最不利工况分析
顶推施工的具体流程为：施工准备工作→600 t履带吊进场→滑移系统搭设→脚手架搭设→滑移设备安装→钢箱梁分段拼装、滑移→滑移到位→调整、落架→顶推完成[1-4]。因此钢导梁在顶推施工过程中，自导梁搁置于-②轴临时支撑起至钢箱梁头部搁置于轴桥墩都有可能出现最不利工况。顶推工况8-1布置见图1。
2 钢导梁内力值计算
2.1钢导梁三维模型的建立
利用Midas Gen有限元分析软件建立钢导梁的空间三维模型，如图2所示。
为了便于受力分析及数据处理，将钢导梁各杆件编号，各杆件编号如图3,表1所示。
表1 截面信息
编码代表杆件编码代表杆件G1下弦杆1G6下弦杆1加强段G2腹杆1G7腹杆1加强段G3上弦杆1G8水平、坚向联系杆G4下弦杆2G9腹杆3G5上弦杆2G10腹杆2
2.2钢导梁的内力结果
通过有限元分析软件得到钢导梁在最不利工况下应力及内力结果，将结果列于表2中。
表2 钢导梁各类型杆件最大应力及内力 MPa
由表2可以看出，在钢导梁各受力杆件中，受压弯杆件包括G1,G3～G6；轴心受压杆件包括G8～G10。为了保证导梁在顶推过程中可以安全的进行工作，须对导梁各杆件在最不利工况下的稳定性进行验算[5]。
3 钢导梁稳定性验算
3.1压弯杆件稳定性验算
验算过程中考虑了钢梁安装过程中在主力+风力共同作用下的容许应力提高系数1.30。对此工程中所用钢导梁的G1,G3～G6杆件依据J 461—2005铁路桥梁钢结构设计规范(TB 10002.2—2005)，压弯杆件稳定性按式(1)验算[6]。
(1)
计算结果如图4所示。
由图4可知，对于钢导梁的G1,G3～G6杆件在最不利荷载工况下所得应力值均小于结构的容许值，压弯稳定性满足要求。
3.2轴心受压杆件稳定性验算
对此工程中所用钢导梁的G8～G10杆件依据J 461—2005铁路桥梁钢结构设计规范(TB 10002.2—2005)，轴心受压杆件稳定性按式(2)验算[7]。
(2)
在验算结果中取两主轴稳定系数较小者作为工程判断依据，计算结果如图5所示。
由图5可知，对于钢导梁的G8～G10杆件在最不利荷载工况下所得应力值均小于结构的容许值，轴心受压稳定性满足要求。
4 结语
1)根据顶推施工工艺，确定施工工况，利用Midas Gen有限元软件计算各工况下钢导梁各杆件的最大内力值，并对钢导梁在顶推施工过程中的压弯杆件稳定性和轴向受压杆件稳定性进行分析，得出钢导梁各杆件的稳定性满足规范要求。
2)借助ANSYS有限元分析软件，通过建立钢导梁与钢箱梁之间的节点模型，计算得到在最不利工况8-1和工况17下的节点应力最大值分别为215.8 MPa和66.5 MPa，其值均小于钢材强度的设计值，保证了钢导梁与钢箱梁的节点在施工过程中的安全。
[1] 范 翔,郁志刚,徐新华.跨沪宁高速公路钢箱梁顶推施工技术[J].城市道桥与防洪,2012(4):149-153.
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[4] 刘建龙.哈尔滨尚志大桥连续钢箱梁顶推设计与施工技术[J].中南公路工程,2005,30(1):110-112.
[5] 陈耀章.连续钢梁桥顶推施工程序设计及受力优化研究[D].长沙:长沙理工大学,2011.
[6] 宋延旭.顶推施工阶段钢箱梁桥受力性能研究[D].北京:北京交通大学,2010.
[7] J 461—2005,铁路桥梁钢结构设计规范(TB 10002.2—2005)[S].
Finiteelementanalysisofsteelguidebeamwithincrementallaunchingmethod★
LiuYao1LiuHe2JiaJie1WangXinnan3
(1.SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China； 2.SchoolofTraffic,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China； 3.CCCCSecondHighwayConsultantsCo.,Ltd,Wuhan430052,China)
Kunshan central link cross Shanghai-Nanjing highway adapts incremental launching method. Steel guide beam is set up in front of the steel box beam, uses finite element analysis software Midas Gen to analyse the most unfavorable conditions and internal force value of steel guide beam with incremental launching method, and checks the stability of the pressure-bending bar and the axis pressed bar of steel guide beam, provides a reliable guarantee for the construction smoothly.
steel guide beam, incremental launching method, finite element
U445
A
1009-6825(2017)27-0128-03
2017-07-16★：黑龙江省交通运输厅科技项目(项目编号：HJK2011A014)；黑龙江省自然科学基金青年项目(项目编号：QC2014C043)
刘 瑶(1979- )，女，硕士，讲师; 刘 贺(1996- )，男，在读本科生; 贾 杰(1980- )，男，博士，副教授;王欣南(1979- )，男，硕士，高级工程师
