桥梁边跨现浇段支架优化设计

2022-11-09章林

四川建筑 2022年5期

章林

(中国中铁五局集团路桥工程有限公司，广东广州 510000)

1 原设计方案

本支架为某高速公路大桥边跨现浇段支架，桥跨结构为(52+88+52)m，边跨现浇段共长7.84m。

原设计方案支架布置如图1、图2所示。支架立柱采用φ630×8mm钢管，沿纵桥向设置3排，间距6 000mm，每排设置3根，间距3 400mm。钢管之间用[20槽钢平联剪刀撑连接以保证整体稳定性。钢管立柱顶部放置双拼工45c型钢与三拼工45c型钢作为承重梁。承重梁上部沿纵桥向布置工45c型钢作为纵梁，间距900mm，位于箱梁腹板下的纵梁加密至间距450mm。纵梁上横向布置和翼板支撑梁和横梁，均采用工16型钢，横梁间距600mm，位于三拼工45c型钢承重梁上部的横梁加密至间距300mm；翼板支撑梁仅布置在箱梁两翼缘板下部，间距900mm。横梁上布置100mm×100mm方木，间距200mm，底模采用厚15mm竹胶板。

图1 支架立面布置(单位:mm)

图2 支架断面布置(单位：mm)

采用MIDASCIVIL构建三维有限元模型，如图3所示。对整体支架结构进行静力分析，以及对钢管立柱和平联剪刀撑组合结构进行屈曲分析。

图3 支架计算模型

经计算，虽支架各构件强度、刚度、立柱承载力及稳定性均满足规范要求，但部分构件富余量较多，如翼缘支撑梁、钢管立柱及平联剪力撑的应力和挠度的富余量在均45%以上，钢管立柱及平联剪力撑的承载力和稳定性验算结果富余量也在50%以上，造成用料浪费，应适当减少上述构件的用钢量。而横梁组合应力富余量仅2%，承重梁剪应力富余量仅4%，应适当增加两者用钢量，以保证结构的安全性和支架整体布置的合理性。

2 优化方案

通过对原方案计算结果的合理分析，改用工16型钢作为横梁，且位于双拼和三拼承重梁上部的横梁均加密至间距300mm，即比原方案多布置了2根横梁，以增加横梁和承重梁的富余量；翼板支撑梁改用工10型钢，钢管立柱改用φ529×8mm钢管，钢管之间改用[10槽钢平联剪刀撑，以减少翼缘支撑梁、钢管立柱及平联剪力撑的富余量，其余构件布置同原方案。

图4～图11为横梁、翼板支撑梁、钢管立柱及平联剪刀撑的应力及挠度云图，图12为钢管立柱反力，表1为钢管立柱及平联剪刀撑的屈曲分析结果。

图4 横梁组合应力云图(单位：MPa)

图5 横梁剪应力云图(单位：MPa)

图6 横梁挠度云图(单位：mm)

图7 翼板支撑梁组合应力云图(单位：MPa)

图8 翼板支撑梁剪应力云图(单位：MPa)

图9 翼板支撑梁挠度云图(单位：mm)

图10 钢管立柱及平联组合应力云图(单位：MPa)

图11 立柱及平联剪应力云图(单位：MPa)

图12 钢管立柱支反力(单位：kN)

3 2种方案对比分析

将2种方案中支架各构件应力、挠度及稳定性计算结果进行对比，如表2～表5所示，计算结果表明优化方案各构件均满足规范要求。

由上述结果计算各构件的应力、挠度、钢管立柱承载力和稳定性富余量，如图13～图16所示。结果表明，纵梁、翼板支撑梁、钢管立柱及平联剪刀撑的组合应力和面板正应力的富余量减小7%～14%，横梁组合应力富余量由2%增加至15%；各构件剪应力富余量变化较小；各构件挠度富余量减小2%～7%，立柱承载力富余量基本无变化；立柱一阶模态富余量由150%减小到40%，达到了预期效果。