1、1天津海河春意桥工程钢箱梁施工分段应力和变形分析摘要：本文通过有限元软件 ANSYS 计算了钢箱梁施工阶段的内力及变形，并验算了结构安全，为同类桥梁结构设计提供参考。 关键词：钢箱梁，应力，变形分析； 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1、工程简介 海河春意桥位于规划中的天钢柳林地区城市副中心，是一座跨海河桥，南北向沟通津塘路与大沽南路。桥梁全长 324.660m，桥面宽 40m。其中主桥跨越海河，为三跨钢箱梁结构形式（57.5m+85m+57.5m） ，最大承台尺寸为 48.67.73m。北侧引桥为 320m 现浇钢筋混凝土连续箱梁+13m 现浇普通砼简支箱梁；南侧引桥为 1
2、3m 现浇混凝土简支箱梁+34m现浇预应力简支箱梁，桥梁面积 12500m2。道路全长 309.402m，台儿庄南路包括 U 型槽长 300m；车行道面积 24645m2，人行道面积 3747m2，钢纤维路面面积 5100m2，挡土墙长度 195m。 主桥钢箱梁总体布置：由于桥位处于海河水面宽约 195m，春意桥采用 57.5m+85m+57.5m 三跨跨越海河，桥跨总长 200m，主跨 85m，桥下满足规划级通航净宽 30m 及净高 5.5m 的要求；两边跨各为 57.5m，确保边墩基础设置于堤岸范围之内，同时与引桥之间预留 13m 跨人行通道，保证上、下游亲水平台的贯通。纵坡同道路竖曲线，
3、路面横坡双向21.5%，人行道反向横坡 1.0%。桥型布置如下图所示。 图 1.1 海河春意桥平面布置图 2、节段划分 （1）纵向节段划分 本桥钢箱梁全长 199.8 米，综合考虑箱内横隔板、箱间隔板、腹板纵向加劲肋的布置，还有运输车辆及公路运输限高要求等因素，将本桥钢箱梁长度方向划分 9 个节段，最大节段长度约 31 米。但该桥 4#、7#桥墩处钢箱梁节段一和九截面高度达 5.305m 米，5#、6#轴线处节段三、七钢箱梁截面高度达 6.687 米，无法进行运输。所以在高度方向上再将节段一、三、七、九再进行上下分片制造，使分片高度不大于 4.1m。钢箱梁纵向节段划分图 1.2 所示。 图 1
4、.2 纵向节段划分 （2）横向节段划分 本桥钢箱梁横向全宽度为 40 米，由 7 个等宽钢箱梁、两侧悬臂装饰结构及箱间横隔板组成。桥面为带 U 形加劲肋的整桥面板，无法实现整体制作并运到现场。因此根据本桥横断面结构型式，横桥向顶板单元划分成 15 部分，共分为三种尺寸即 2700mm、3690mm 和 1406mm： 1)2700mm 桥面板与悬梁和上弦杆组拼成单元构件，构件长度与钢箱梁节段接口位置互相错开量200mm； 2)3690mm 桥面板也是钢箱梁一钢箱梁一的顶板，因此与钢箱拼3焊成运输节段即可，钢箱顶板与腹板接口错边量200 mm； 3)1406mm 桥面板与 U 型肋焊接成单元件，
5、直接发到现场，其长度与钢箱梁节段接口位置互相错开量200mm； 4)钢箱梁间上、下横隔板按连接尺寸自然断开，全部工地焊接，钢箱梁横断面划分如下图 1.3 所示。 图 1.3 横向节段划分 3、计算结果 本次计算采用 AUTOCAD2008 建立几何模型，而后导入大型有限元软件 ANSYS11.0 进行应力、位移计算分析。 有限元计算的变形和应力值 钢箱梁节段一、节段三梁长分别为 17.750m、30.850m。16Mn 钢材的抗弯强度设计值为 210MPa，本工程的钢材为 Q345qD，可按 16Mn 钢材强度进行设计；主梁的挠度允许值为 L/600，L 为梁的长度。计算结果最大值见表 3.1
6、 所示，从表中可知，钢箱梁在工况一（吊装）和工况二（安装）情况下，应力和位移均小于允许值，构件安全。 表 3.1 计算结果最值 4、结论 1）通过大型有限元软件 ANSYS11.0 分析计算结果可知，钢箱梁节段一和节段三的应力规范值、变形允许值，结构构件安全。 2）为了建模简便，ANSYS 计算模型对实际结构进行了少许的简化，4如忽略了大横隔板孔洞边缘的加劲肋和忽略了人孔开洞的设计等。虽然做此简化，但对钢箱梁整体强度的分析结果并无太大影响，故计算结果真实可信。 3）对于钢箱梁的起吊施工中，节段一和节段三的起吊点均为钢梁两端部的边缘处，计算结果满足施工要求。在同一大横隔板上不同的起吊点位置可以使
7、最大应力不同。计算结果中，最大应力均出现在起吊点附近，有应力集中现象，在施工中应在吊点附近采取相应的措施，来减小应力集中的现象。 4）通过 ANSYS 有限元计算结果可知，钢箱梁在计算工况下（包括吊装、运输、就位） ，不会发生“转体” 。同时，虽然计算结果表明，板件的局部应力很低，但是考虑到吊装及运输过程中腹板侧向刚度较小，在两腹板间应增加连接构造，腹板不会发生局部失稳。 5）本次计算对象节段一（上、下） 、节段三（上、下）为所有钢箱梁中具有代表性的两端钢箱梁。计算选取的节段一和节段三为本桥钢梁上下分段部分，是需进行控制的内容，选择位置合理。根据计算结果可知，此两段梁的强度和刚度均满足要求，由此可以说明钢箱梁施工方案中钢箱梁分割箱块的强度和刚度满足要求。
