顶推施工中工字型导梁局部稳定分析

2017-05-16张珺璟

中国科技纵横 2017年7期

张珺璟

摘要：桥梁顶推法的应用，有效地克服了被跨越道（铁）路行车要求、跨海（深谷）等不利条件对施工进度的影响；而在实践中，导梁结构自身的稳定性又成为决定其设计和施工成败的先决条件。利用既有有限元软件分析钢结构导梁，高效地满足了工程精度和进度的需求。在某桥梁的顶推施工中，笔者应用ANSYS校核了导梁在最不利工况下的局部稳定性，为保障施工安全提供了依据。

关键词：导梁；局部稳定性；工字钢；顶推法

中图分类号：U445.462 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0087-02

1 概况

1.1 工程概况

位于南方某地城市立交改造项目，为两快速通道的重要转换节点。项目新建钢箱梁主线桥一座，跨径布置为39+50+39m，桥面竖曲线半径3497.85m。该桥22#～23#桥墩间跨越南北交通主干线，施工中需确保该主干线的正常营运，故设计方案为利用导梁顶推主梁就位。

1.2 导梁结构

导梁由1段连接节、4段标准节和1段顶节组成，节间连接为9行4列10.9级M30高强螺栓，连接节和标准节腹板开孔，顶节变截面，以利顶推上墩。导梁采用双肢工字钢截面，截面尺寸2000×400×18×30，梁全长30m，高2.0m（与钢箱梁同高），两主肢间距13.5m，由17榀钢桁架横向连接，桁架间设24根Φ180×6钢管增强连接。导梁除H型钢和圆管采用Q235B钢外，其余均采用Q345B钢材。导梁纵断面如图1所示。

2 导梁局部稳定验算

2.1 工字钢的局部失稳

2.1.1 翼缘板的局部失稳

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）（以下简称《规范》）对工字梁受压翼缘板采取限制板伸出肢宽厚比的办法来保证其局部稳定。根据单向均匀受压板的临界应力公式，并考虑残余应力的影响，翼缘板在局部翘曲前实际已进入弹塑性阶段，弹性模量已降低，取0.7E替代E计算临界力，并要求σcr不低于屈服点fy，即要求梁达到强度极限状态之前，翼缘不会局部失稳[1]。

2.1.2 腹板的局部稳定

腹板按照四边简支板进行分析，在分别受到弯曲应力、局部压应力及剪应力的作用下达到临界值时，所发生的凹凸变形的情况有所不同。上述三种应力单独作用下发生局部失稳时的临界应力可统一表示为：

式中的k为腹板的屈曲系数。导梁同时设置有纵向和横向加劲肋，因而由纵、横肋分割形成的不同区格应分别进行稳定验算。与受压翼缘连接的区格验算公式为：

σ：区格内平均弯矩产生的弯曲应力；σc：腹板边缘的局部压应力；τ：区格内平均剪力产生的腹板平均剪力；σcr1、 σc，cr1和τcr1分别为σ、σc和τ单独作用下板的临界应力。

另一区格的稳定验算公式为：

σ2：区格内平均弯矩产生的腹板在纵向肋处的弯曲应力；σc2：腹板在横向肋处的压应力；σcr2、σc，cr2和τcr2分别按依据不同的参数计算[2]。

在验算中还需考慮短加劲肋对工字梁局部稳定的加强和腹板开孔后的应力集中。

2.2 导梁局部稳定设计

设计中合理地设置了纵横向加劲肋和短加劲肋，以保证工字梁的局部稳定。

2.3 稳定验算

2.3.1 最不利工况确定

工况一：导梁在整体离开23#墩顶至梁底即将接触但尚未接触22#梁顶时，处于安全悬臂的静定状态。此时，导梁与主梁连接处出现负应力极值[3]。