安徽天翰工程咨询有限责任公司，徐学良，安徽马鞍山 243000
摘要：箱型截面梁具有抗弯、抗扭刚度大，整体性好，外形美观等优势，这些优点使得钢箱梁在桥梁建设中占有重要的地位。以钢箱梁为主梁的桥梁可以满足桥梁建设对大跨径的需求，相比于同尺寸的混凝土结构在承载力也有明显的优势，正是钢箱梁具有众多的优点且随着我国钢铁产业和钢结构技术不断的发展，钢结构桥梁的应用也日趋增多，尤其是钢箱梁结构桥的发展更是日新月异，在伴随着钢箱梁应用和发展的过程中，由于该施工工艺 不完善、理论知识不健全，尤其是钢箱梁一般桥段自重较大，涉及到钢箱梁整体吊装、分段拼接、焊缝质量等关键工序尚存在认识不足之处，在现实施工中由此导致出现一些安全事故及质量问题。本文以在建的钢箱梁桥为研究对象，施工之前模拟分析钢箱梁桥在成桥运营后的荷载作用下的稳定性，对施工期间的施工方法、施工期间的注意事项等有指导意义。
关键词：大跨度钢箱梁；模拟分析程；稳定性分析
一、 背景
本文选取的为南充市江东大道上跨C匝道钢箱梁桥为模拟对象，桥梁宽度18.5m，长108m，桥梁结构上跨现状江东大道，桥梁跨径布置为30m＋48m+30m，上部结构采用连续钢箱梁下部桥墩采用双柱墩，桥台采用轻型桥台。桥梁面积1998m2。C匝道桥钢主架单箱四室三跨（30+48+30）连续钢箱梁结构，主要材料采用Q345qD、钢满足《桥梁用结构》（GBT7142015），C匝道桥钢伸缩缝采用80型型钢伸缩缝，应符合《公路桥梁伸缩装置通用技术条件》（JT/T 327-2016
梁采用球钢支座，应符合《桥梁球型支座》（GB/T 17955-2009）.钢结构桥梁48米跨跨越江东大道，最大安装高度为8.37米，梁高为2.3米等高钢箱梁。
二、 总体方案
本文选取的上部结构钢箱梁桥的施工采用的为分段吊装的方案进行施工，整个施工步骤分为：
根据施工的整体步骤，拟在施工前根据设计图纸对钢箱梁上部结构建立整体模型，采用Midas civil计算程序，对钢箱梁进行容许应力、应变计算。模型采用梁格法对刚箱梁进行模拟。钢箱梁截面通过spc截面计算器计算出截面特征，并将截面导入主程序中。边界条件根据设计图纸要求的支撑形式。结构的离散图如下图所
|
|
|
|
钢箱梁横截面 |
钢箱梁总平面图 |
三、自行设计技术参数
1、钢箱梁材料及规范允许参数：
钢箱梁钢材采用Q345qE钢，其技术指标应符合公路钢桥规范，其弹性模量E=2.1x105MP，剪切模量G=0.81x105MP。钢箱梁容许应力见下表
2、钢箱梁的结构设计：
桥梁宽度18.5m，长108m，桥梁结构上跨现状江东大道，桥梁跨径布置为30m＋48m+30m，上部结构采用连续钢箱梁下部桥墩采用双柱墩，桥台采用轻型桥台。C匝道桥钢主架单箱四室三跨（30+48+30）连续钢箱梁结构，主要材料采用Q345qD。
|
|
|
钢箱梁结构设计图纸 |
|
|
|
钢箱梁结构模型 |
3. 稳定分析验算准则：
挂篮结构验算过程中，为了安全起见，采用极限应力法，其荷载组合形式为：1.2×永久荷载＋1.4×可变荷载,计算构件变形（挠度）时，各类荷载分项系数，其荷载组合形式为：1.0×永久荷载＋1.0×可变荷载，见下图。
表1-2 荷载工况及其荷载组合
1.一期恒载：钢箱梁自重：钢箱梁容重r=78.5KN/m³
2.二期恒载：
铺装：沥青混凝土厚度80cm，r=24KN/m³
3.人群荷载
汽车荷载按照纵向整体计算车道荷载，计入车道折减和偏载系数，冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》考虑
4.温度影响
体系升温30℃，体系降温25℃，钢箱梁的温度梯度参照BS5400计算
荷载组合表
四、大跨度钢箱梁成桥稳定分分析
1、支座反力分析。
|
|
|
|
恒载+人群荷载下支座反力（KN） |
梯度温度作用下支反力（KN） |
1.钢箱梁恒载+人群荷载下支座反力：最大的支座反力，第二跨的支墩上。最大支反力4985KN
2. 温度作用下存在y、z两个方向的支反力，其中最大maxRy=43.6KN，maxRz=31.5KN因此在桥梁设计过程中，该第二跨处PM03的支座为三相约束的固定支座 。
3.本工程支座反力最不利荷载位置位于第二跨墩柱PM02上
Fmax=4985+31.5=5016.5 KN＜9000 KN，支座选择满足承载力要求
设计图纸中选用的桥梁球型支座组合为
|
墩台编号 |
支座型号 |
竖向承载力KN |
|
桥台PM01 |
5000- DX |
5000 |
|
墩柱PM02 |
9000-DX |
9000 |
|
墩柱PM03 |
9000-GD |
9000 |
|
桥台PM04 |
5000- DX |
5000 |
2、结构挠度分析
|
|
|
|
钢箱梁自重下挠度位移（m） |
梯度温度作用挠度位移（m） |
1.钢箱梁自重作用下的位移，最大位移19.7mm，温度荷载影响下的最大位移z方向4.08mm，。Y方向位移0.268mm。
2.运营阶段的主要挠度位移：Z方向的主要位移为钢箱梁自重及温度荷载引起的挠度位移：
l模拟=19.7+4.08=23.78mm，最大位移点位于第64个节点位置，位于桥梁的48m中间跨位置。
L允许=L/600=48000/600=80mm
l模拟＜L允许，桥梁在成桥运营后挠度位移变化在稳定范围内。
3.结构强度分析
3.1弯矩分析
|
|
|
|
钢箱梁自重下弯矩图Mz（tonf/m） |
梯度温度作用弯矩图Mz（tonf/m） |
1.钢箱梁自重作用下的最大弯矩Mz=24960KN.m
2.钢箱梁温度梯度作用下的最大Mz=15868.9KN.m
3.2剪力分析
|
|
|
|
钢箱梁自重下剪力图Fz（tonf） |
梯度温度作用剪力图Fz（tonf） |
1.钢箱梁自重作用下的最大剪力Fz=2966KN
2.钢箱梁温度梯度作用下的最大Fz=35.47KN
3.3应力分析
|
|
|
|
钢箱梁自重下剪力引起ssz（tonf/㎡） |
钢箱梁自重下弯矩引起sbz（tonf/㎡） |
|
|
|
|
温度梯度作用下剪力引起ssy（tonf/㎡） |
温度梯度作用下剪力引起ssz（tonf/㎡） |
|
|
|
|
温度梯度作用下弯矩引起sby（tonf/㎡） |
温度梯度作用下弯矩引起sbz（tonf/㎡） |
1.自重作用下单元坐标z方向，剪力引起的最大应力值maxssz=14.93mp＜120mp（规范容许应力）
温度作用下单元坐标z方向，剪力引起的最大应力值maxssz=1.78MP＜＜120mp（规范容许应力）
2.自重作用下单元坐标z方向，弯矩引起的最大应力值maxsbz=33.16MP＜210mp（规范容许应力）
温度作用下单元坐标z方向，弯矩引起的最大应力值maxsbz=15.38MP＜＜210mp（规范容许应力）
计算结果显示，运营期间桥梁属于偏安全状态
五、结语
本文简要阐述了在大跨度钢箱梁桥在成桥后运营状态下，主要从内力、弯矩及应力角度进行钢箱梁桥的稳定性分析，通过模拟分析施工单位可以了解设计参数下桥梁的安全状态，对施工期间钢箱梁结构的吊装施工有一定参考作用。
参考文献：
①、《简明施工计算手册》（第三版）（江正荣著，中国建筑工业出版社）；
②、JTG D60-2015《公路桥涵设计通用规范》；
③、GB50017-2017《钢结构设计规范规范》；
④、JTG D64-2015《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》；
⑤、GB/T 17955-2009《桥梁球型支座》
