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，各杆件截面形式设计为组焊式箱形和组焊式工
2、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。
3、E7、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
4、为-9.1mm，E9 点标高相对设计标高的位移为 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
5、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，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、E
6、9 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 宋亚洲.大跨度斜拉桥钢主梁悬拼线形施工控制C.长安大学，2012. 3 陈文海，郭彤.钢箱梁悬拼阶段应力与变形分析J.公路交通科技（应用技术版） ，2009. 作者简介：张宝宏（1983- ） ，男，工程师，一级建造师，注册造价师，2004 年毕业于西南交通大学机械工程及自动化专业，研究方向：工程机械设计及特种工法。
