劳永福

摘要：文章以崇左龙江大桥为例，利用MidasCivil软件建立有限元模型，通过最不利工况，模拟分析钢栈桥结构受力体系，同时计算了钢管桩的入土深度，并通过应变片对钢栈桥关键位置进行了运营监测。结果表明，MidasCivil软件对施工单位判断钢栈桥结构设计的合理性提供了有力依据，其三维展示效果能够使现场管理人员更好地掌握钢栈桥结构特点。

MidasCivil;钢栈桥;结构设计;钢管桩

0 引言

在土木工程施工中，钢栈桥作为一种为运输材料、设备和人员而修建的临时便桥设施，具有较大的承载力、施工的便捷性、重复利用率高、拆除简单的特点，因而深受施工单位欢迎。但作为一种施工临时性结构，钢栈桥的设计理论研究不够深入，采用传统的手算方法不仅效率低下，而且不能充分反映钢栈桥在荷载作用下的变形情况，不利于项目管理人员对钢栈桥施工质量及材料用量的监管。本文应用MidasCivil软件，对崇左市龙江大桥钢栈桥进行分析，通过对不同工况下的最不利荷载组合进行计算，得出准确的计算结果，为钢栈桥的设计提供准确的工程数据参考。

1 工程概况

龙江大桥位于崇左市龙州县响水镇，设计桥型为5m×20m，桥长107.08m。上部结构采用先简支后连续预应力（后张）小箱梁，下部结构采用桩柱式桥台，墩柱采用圆柱墩。为方便两岸材料运输及桩基施工，需搭设钢栈桥作为临时施工便道，钢栈桥全长48m，桥宽6m，上部结构为型钢和贝雷梁组拼结构，下部为钢管桩加型钢承重梁结构，桥台台身采用C20混凝土结构。钢栈桥立面图和横断面图分别如图1和图2所示。

2 MidasCivil数值模型

2.1 建模

选取整个钢栈桥进行结构受力分析。桩顶安装2×Ⅰ36a工字钢横梁，布置8排单层贝雷梁结构，支撑架间距按（90+60+90+60+90+60+90）cm布置，桩顶横梁与贝雷片连接处竖杆两侧设两根10#槽钢加强竖杆，贝雷梁上按照0.705m间距布置Ⅰ20a横梁，施工时把工字钢布置于贝雷片斜腹杆或者竖腹杆对应[JP+2]位置。橫梁上按25cm间距铺设Ⅰ10工字钢作为纵向分配梁，型钢上铺设8mm花纹钢板作为桥面，利用MidasCivil软件建立有限元模型。

2.2 边界条件及荷载施加

因钢管桩需打入中风化岩层，因此底部采用固结，贝雷片之间需释放梁端约束，其他边界条件均采用弹性连接。

通过对钢栈桥运行期间的受力进行分析，利用MidasCivil软件对模型进行车道荷载加载。考虑栈桥在正常使用过程中，本计算分为以下2个工况进行：

工况Ⅰ：85t运输车未偏载工况

在主栈桥桥中心线建立宽1.8m的车道面，按4m、1.4m与1.4m轴距添加轴重136kN、357kN、357kN的车辆荷载。

工况Ⅱ：113t运输车偏载工况

考虑85t运输车满载以及28t空车会车，在距离主栈桥桥中心1.75m左右两处建立宽1.8m的车道面。按4m、1.4m与1.4m轴距添加轴重136kN、357kN、357kN的满载车辆荷载以及按4m、1.4m与1.4m轴距添加轴重44.8kN、117.6kN、117.6kN的空车汽车荷载。

MidasCivil程序能够通过调整重力系数为-1，对支架本身自重进行加载。

3 分析计算

3.1 主梁挠度

从图3～4可以看出来，不管是在工况Ⅰ还是在工况Ⅱ，主梁最大挠度均出现在最大跨径的跨中位置的弦杆。工况Ⅰ作用下，最大挠度为14.1mm

3.2 贝雷片组合应力

从图5～6可以看出来，不管是在工况Ⅰ还是在工况Ⅱ，贝雷片最大组合应力均出现在最大跨径位置的竖杆。工况Ⅰ作用下，最大组合应力为211.7MPa;工况Ⅱ作用下，最大组合应力为293.3MPa，均符合安全性及经济性的要求。

3.3 构件组合应力

从图7～8可以看出来，不管是在工况Ⅰ还是工况Ⅱ作用下，均在第一跨的构件出现了最大组合应力，其中在工况Ⅰ作用下，最大跨径的跨中位置构件的组合应力也达到了最大。工况Ⅰ的最大组合应力为184.3MPa;工况Ⅱ的最大组合应力为155.6MPa，均满足安全性及经济性的要求。

4 运营监测

为更好地监测钢栈桥的应力及变形情况，在钢栈桥关键部位布置应变片来监测桩顶横梁的应力状况，并在运输车辆满载时采用全站仪监测最大跨径跨中位置最大位移。通过监测发现，最大应力为165.6MPa，最大位移为15.4mm，应力及位移值与模拟值接近。

5 结语

目前该钢栈桥已经投入使用，整体结构稳定可靠。从现场监控数据显示，钢栈桥无失稳及发生不均匀沉降的趋势。由此得出以下结论：

（1）MidasCivil软件能快速建模，可以将计算过程可视化，较传统手算方法，更能保证施工过程的安全可靠。

（2）MidasCivil软件以往多应用于永久结构设计方面，在临时结构计算方面应用较少，施工单位技术人员如果能熟练掌握应用该软件，在对临时结构的计算精度、结构优化以及施工安全等方面的控制将大大提高。

参考文献：

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