基于有限元的钢桁桥悬拼法方案设计

1、    基于有限元的钢桁桥悬拼法方案设计    摘 要：利用对称悬拼法拼装钢桁桥，以达到产品受力合理、费用最低的目的。关键词：悬拼；转体；有限元1 概述本文所涉及的钢桁桥为钢桁梁50米+80米+50米三跨连续梁，平面位于直线上，竖曲线为r=1800米圆曲线，曲线顶点在中跨跨中位置。该桥采用整体节点，桁高为变高度，8.8米15.75米不等，下弦为平弦，上弦为曲弦；节间长度：中跨为6.67 m，边跨为7.06米；主桁中心距17.7m。钢桁梁由主桁上弦杆、下弦杆、腹杆，桥面系纵梁、横梁，下平纵联、上横联、非机动车道悬臂梁等组成。钢桁梁为栓焊结构，各杆件截面形式

2、设计为组焊式箱形和组焊式工形两种。2 悬拼法方案简介根据施工图和现场条件，采用对称悬拼法施工。如图1，钢梁下弦从梁两端向中间计算，e1.e2.。在e4、e7、e9点按计算布置临时支墩，e1点用工程墩，e8墩顶部设临时支墩。临时墩纵桥向距中线8.85米；在距纵桥向距中线12米处布设临时龙门吊机栈桥。利用龙门吊机提升钢桁梁杆件，首先安装墩顶两个节间，经调整姿态后，与临时支墩固结，然后由龙门吊机对称架设两端节间。中跨架设至跨中，留上弦杆接口。通过设置在e7、e9上的水平及竖向液压千斤顶进行姿态调整，使中跨跨中悬臂端姿态处于铅垂面并且各对接节点处于同一标高上以满足合龙要求。安装合龙段及端部其余节段。e

3、7、e9竖向千斤顶同步顶升，挪下e8点临时支墩，替换上盆式支座并落梁。3 初始刚性转体计算施工方案中最关键的工序是跨中两对接悬臂端姿态的调整以及合龙段的安装。在架设前通过有限元计算调整e4、e7、e8、e9点的初始标高，使左右半桥相对设计姿态具有一定的刚性转体，待左右半桥拼接完成后在自重的作用下两对接悬臂端姿态理论上便能满足合龙要求，从而减少调整难度并缩短工期。利用beam188单元建立钢桁桥的半桥的有限元模型。3.1 左半桥刚性转体。利用位移边界条件定义左半桥e8节点为初始标高为设计标高，e4点标高相对设计标高的位移为36.4mm，e7点标高相对设计标高的位移为-9.1mm，e9点标高相对设

4、计标高的位移为8.6mm，并施加重力。计算结果显示在重力作用下e14节点（对接节点）y方向的位移为21.4mm，绕z坐标的旋转角度为0.129*10-5rad，此时对接转角基本为0。图2 位移变化云图3.2 右半桥刚性转体。利用位移边界条件定义右半桥e4点标高相对设计标高的位移为3.8mm，e7点标高相对设计标高的位移为17.9mm，e8点标高相对设计标高的位移为22.6mm，e9点标高相对设计标高的位移为27.0mm，并施加重力。计算结果显示在重力作用下e14节点（对接节点）y方向的标高为21.4mm，绕z坐标的旋转角度为0.112*10-3rad，此时对接节点转角基本为0。根据以上计算结果

5、，左右半桥对接点标高一致，并且转角均为0，满足对接要求。4 支墩反力计算及钢桥应力分析为了保证拼接精度，在拼装过程不允许出现支墩桩基下沉的现象，因此需要计算整个拼装过程中各桩基的反力值，以保证桩基有足够的承载力。图3 支墩位置通过对成桥过程中的各典型工况进行有限元建模分析，得出各支墩的桩基支反力最大支反力如下表所示：墩号 l1 l4 l7 l8 l9反力 80.5 tf 128.9tf 281.4tf 494.5tf 211.4tf拼装过程中产生的最大应力为104mpa，发生于e7、e9点整体顶升落梁工况，如下图所示：图4 整体落梁工况5 结论5.1 通过调整左右半桥使其相对设计姿态具有一定的刚性转体，待左右半桥拼接完成后在自重的作用下两对接悬臂端姿态理论上便能满足合龙要求。5.2 拼装过程中钢桥产生的最大应力为104mpa，整体结构安全。有限元计算钢桥拼装过程产生的应力和变形，对钢桥拼装方案的设计具有重要的指导意义。参考文献1 陈永勇，唐录和，姚锋.南疆特大桥钢桁梁悬拼架设技术j.铁道标准设计，2007.2 宋亚