开口钢箱梁吊装施工过程稳定性分析

开口钢箱梁吊装 施工过程稳定性分析

左宇欢 吴琼谋

中交路桥南方工程有限公司 北京 101121

摘要：钢箱-混凝土组合梁桥具有自重轻、施工速度快等特点，但开口钢箱梁在施工过程中存在发生稳定性问题，本文利用有限元分析软件分析施工过程中开口钢箱梁在不同的吊点间距和夹角下的稳定性，并对开口钢箱梁放上混凝土板后进行稳定性验算。结果表明：吊装时的吊点间距为0.8，夹角为50°时，稳定系数取最大值，稳定性最好；吊点间距越大，结构越容易发生局部失稳，吊点间距越小，结构越容易发生整体失稳。

关键词：开口钢箱梁；稳定性分析；有限元法；稳定性验算

1 引言

钢箱-混凝土板组合梁桥可以是由开口钢箱和混凝土桥面板组成，这种结构不仅可以充分发挥材料的强度、减轻结构的自重，还能实现快速拼装，缩短工期^[1-2]。结构在施工过程中相比成桥状态下所受的荷载不稳定，并且有可能结构所受到的临时荷载值大于结构的设计荷载值，使结构产生的变形过大而失稳^[3-5]，因此，施工过程中结构稳定性研究是十分必要的。本文运用大型有限元分析软件分析吊点间距和吊索与钢箱梁平面的夹角对开口钢箱梁施工过程中稳定性的影响。

2 工程概况

庄上村分离式天桥位于贵州省河阳枢纽互通与兰海高速交通转换处，天桥全长58米，混凝土桥面板宽5.5m，混凝土板厚0.25m。桥式为钢箱-混凝土组合梁，钢箱为开口钢箱，由上翼缘板、腹板、腹板加劲肋、底板、底板加劲肋等组成，横断面图如图1所示。

图1 开口钢箱横断面图

3 计算模型及分析结果

3.1 计算模型

采用大型有限元分析软件Midas Civil 2019建模。梁高为2.2m，宽为3.4m，采用单箱单室箱形截面，采用板单元建立了跨长20m的简支钢箱梁结构，吊索与钢箱梁平面的夹角为60°，如图2所示。

图2 计算模型

3.2 吊装过程稳定性分析

将钢箱梁自重作为不变量，风荷载作为变量进行组合，分析整个开口钢箱梁在起吊过程中的稳定性。

取10组不同吊点间距，分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0，这些数值表示吊点间距与起吊长度的比值。不同吊点间距下的稳定系数如下表所示。

表1 稳定系数

不同的吊点间距对应的第一失稳模态的失稳状态图如图3所示。

由表1可知：当吊点间距在0.1～0.8范围内时，稳定系数随着吊点间距增大而增大，即稳定性越好；当吊点间距在0.8～1.0范围内时，稳定系数随着吊点间距增大而减小，即稳定性越差。综上所述，吊点间距推荐值为0.8。

由图3可知：随着吊点间距从0.1到1变化，结构的失稳由整体失稳向局部失稳转变。吊点间距越小，整体稳定性越差，整体失稳比局部失稳更容易发生；吊点间距越大，整体稳定性越好，局部失稳比整体失稳更容易发生。

以上研究通过改变吊点间距来进行开口钢箱梁在起吊过程中的稳定性分析，接下来再来研究不同的吊索与钢箱梁平面夹角对起吊开口钢箱梁稳定性的影响。由上面的研究可知吊点间距为0.8时，开口钢箱梁稳定性最好，于是保持吊点间距0.8不变，仅改变夹角来进行稳定性分析，得到稳定系数随夹角变化的曲线图，如图4所示。

图4 稳定系数与夹角的关系曲线

由图4可知：当吊索与钢箱梁平面的夹角小于50°时，稳定系数随着夹角增大而增大，即稳定性越好；当吊索与钢箱梁平面的夹角大于50°时，稳定系数随着夹角增大而减小，即稳定性越差。综上所述，夹角推荐值为50°。

3.3 放上混凝土板后的稳定性验算

4 结论

本文对施工过程中的开口钢箱梁进行稳定性分析，分析吊点间距和吊索与钢箱梁平面的夹角对吊装过程中开口钢箱梁稳定性的影响，得到以下结论。

（1）吊点间距越小，局部稳定性越好，整体失稳比局部失稳更容易发生；吊点间距越大，整体稳定性越好，局部失稳比整体失稳更容易发生。

（2）开口钢箱梁在吊装中的吊点间距和夹角推荐取值分别为0.8和50°。

参考文献

1. 龙佩恒,田亮,翟文静.大跨钢箱-混凝土组合梁桥悬吊拼接关键技术研究[J].北京建筑工程学院学报,2012,28(2):1-5.

2. 吕伟伟.跨高速公路高架公路钢箱梁施工方法[J].建筑技术,2019,50(4):483-484.

3. 邢渊,田飞,陈尧三, 等.钢箱-混凝土组合梁桥施工期开口钢箱的稳定性分析[J].现代交通技术,2016,13(6):55-58.

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