工程科技 ・１８３・ 北江大桥顶推法拆桥用钢导梁施工过程有限元分析 王同 （广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州５１０５０７） 摘要：根据佛开改扩建工程中北江大桥９跨ＰＣ连续箱梁主桥旧桥顶推拆除方案，建立全桥拆桥过程单梁模型和拆桥用钢导梁精 细化有限元模型，考虑顶推拆除全过程中导梁所承受的最不利荷载，计算出全过程中导梁应力分布状况及稳定系数，并以应力分布数据 和屈曲模态为依据，确定原设计薄弱部位，提出合理修改方案。 关键词：钢导梁；顶推拆除；精细化有限元；屈曲模态 旧桥为（４。＋７×５。＋４嘶僦Ｐｃ连表１结构前４阶稳定系数 工况 １２ 表２结构前５阶稳定系数 工况ｌ２ 工况ｌ８ 续箱梁（图１），该桥跨趔ｌＪｌ 道，在改扩建过程中，由于航 道整改需要，先在原桥两侧修建新桥，待完成后转移交通至 第一阶新建桥，然后拆除旧桥，在旧桥位置建立重建桥，最后左右每 第二阶 侧各两分幅桥梁合二为一，形成蜜墅体。 第三阶２顶推拆除方案 第四阶０．６１２ ０．６４３ ０．８５３ ０．８５５ 佛山（北岸） 第一阶 第二阶 第三阶 第四阶 第五阶 梁尾孔安装一定长度的钢导梁，达到减少混疑土主梁的最大悬臂长度，从 而减／Ｊ 主梁前端在顶推施工过程中的内力的目的。顶推拆除分成 ２４个节段，顶推—个节段凿除一次。顶推拆除方法与新桥顶推施工工艺类 似，具有施工投入设备少、工艺成熟、与原桥成桥施工ｎ，－ｊ￣受力工况类 况 一工 一 ０ Ｏ Ｏ 肼 ０ 似、对航道的影响小的优点（图２）。 一５ ２ ７ ８ ３有限元仿真分析步骤 在顶推过程中，主桥始终与导梁连接形成连续梁体系，桥墩位置的变 化会引起连续体系内力重分配，并适时影响钢导梁所受到的墩顶支反力 大小（图３）。为了得到全过程中导梁所受到的最不利载荷，采取如下两个 步骤进行仿真分析： （１）采用桥梁专业分析软件ＭＩＤＡＳ Ｃｉｖｉｌ ２０１０建立单梁模型（图４）， 考虑预应力失效和不失效两种情况，进行全桥拆桥过程模拟。为了节省计 算开支，按刚度和质量等效原则，将复杂的钢结构导梁简化成等截面单梁 模型，只修改其线密度和截面刚度，并与主梁固结形成连续体系。由于导 梁前１６ｍ为刚度较大的过渡段钢导梁，后２１５米为刚度较小的移动模架 装配结构，应分殴 寸其ｊ 化。全桥拆桥过程漠拟可以得到全过程中导 梁在不同位置受到的最不利载荷。（２）采用大型通用有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ单独对钢结构导梁进行精细化建模（图５），用ｓｈｅｌｌ６３单元模拟导 梁腹板、翼板和加劲肋，用ｂｅａｍ１８８单元模拟横向联系型钢杆件，梁杆固 结采用耦合方程处理。按２米—个阶段，对支反力在导梁匕的作用范髓 行划分，总共作用范围为０～３６米，共计１８个工况，计算其在不同位置最 不利载荷作用下的应力和稳定性系数。（３）对计算结果进行分析，通过应力 分布状况和失稳模态判断结构设计缺陷，修改设计并重新建模计算，达到 满足设计要求为止。 ４计算结果 ４ｌ强度验算。全桥拆桥支蜊拍车｛导到的导梁各位置塌 Ｊ载 笱－女Ｉ１图 ６所示。钢结构分析中往往堙 细 构造由于有限元模型并不能 吾全 精确模拟实际隋况，而导致局部应力集中现象，在分析中应根据结构实际 情况，对这些区域的应力集中现实是否属实加以判断。— ＩＩ殳身 说，只要将 计算结果的应力范围限制在设计应力范围内，就可以判断出整体结构的 受力状况了。本结构采用Ｑ３４５钢，其屈服点应力约为３２５ＭＰａ。抗拉强度 为４７０～６３０ＭＰａ，伸长率为２１％，属于典型的延性结构钢，应以Ｖｏｎ—ｍｉｓｅｓ 应力作为强度控制指标，参照Ｑ３４５钢强度没汁值为２５０ＭＰａ作为整体结 构应力控制目标。以下示出部分工况Ｖｏｎ—ｍｉｓｅｓ应力分布云图（图 ７～１０）。查看计算结果，发现导梁后段腹板挖空部分，应力大面积超过设计 值２５０ＭＰａｏ ．４００００ ．５００００ ．５００００ ５００００ ５００００ ５００００ Ｉ ５００００ 图１ 北江大桥旧桥立面图 钢导粱 粱按节段划分 ＿， 凿除最后一孔 顶推１次 顶推２次 顶推２３次顶推２４次 △△△△ △△△△△Ｆ △ △ △ Ａ △ △ △ △ 图２箱梁顶推过程图 图３钢导梁受力图示 图４带钢导梁的全桥模型 ４２位移及稳定性验算。导梁结构在支反力作用下，局部会承受较大 压应力而导致结构局部失稳或者整体失稳，所以有必要对结构进行屈曲 分析。对于屈曲分析，目前普逮采用的两种分析方法是理隹结构的特２正值 屈曲分析和缺陷结构的非线性全过程屈曲分析。由于本结构非线性特性 并不明显，工作范围须限制在弹性范围内，可以采用特征值屈服分析来近 似评估其稳定特性。 （ａ）钢导梁全模型 （ｂ）钢导梁模型（局部） 图５钢导梁空间有限元模型