第４０卷第１９期 山 西 建 筑 Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１９ ．１５８・ ２ ０ １ ４年７月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＩＥＣＴＵＲＥ Ｊｕ１． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１９—０１５８—０３ 海河大桥横隔梁有限元分析 华龙海刘文江项敬辉 （天津市市政工程设计研究院，天津３０００５１） 摘要：以海河大桥为工程实例，探讨了横隔梁的结构安全性，运用ＡＮＳＹＳ建立了实体单元进行模拟，得出了横隔梁的应力分布 规律，以了解其力学行为，为横隔梁的配筋提供依据。 关键词：混凝土，斜拉桥，有限元，横隔梁 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ 目前对于横隔梁的设计方法主要是采用简化计算，一般将其 单元模拟混凝土主梁以及横隔梁，Ｌｉｎｋ８单元模拟斜拉索，每根拉 考虑为两端在一定约束下的梁来设计，其两端的约束有以下三种 索只设置一个杆单元。 取法：１）可以取为铰结，从而横隔梁可以作为简支梁来设计；２）可 ２．２边界条件模拟 取为固结，从而横隔梁可以作为两端固结的梁来设计；３）可以取 按实际情况模拟其边界条件，边墩支座处和边跨侧端面施加 为半刚性连接从而横隔梁可以作为两端半刚性支承的梁来设计。 面竖向约束，主跨侧端面和索塔锚固处施加固定约束。 其上作用的荷载有横隔梁自重、行车道板及桥面铺装（根据梁的有 ２．３索力检验 效分布宽度的概念取相邻两跨的一半）的重量、活载。 模型中每根拉索只设置一个杆单元，以初应变的形式模拟成 以上传统的方法计算横梁，忽略了腹板和离横梁较远处的 桥索力。刚张拉后的索力是已知的，即结构变形后该索的内力是 顶、底板的作用，腹板和顶、底板相当于零刚度的传力构件。这是 已知的（张拉力），而如果直接施加该张拉力，则是在结构未变形 平面杆系结果大于实体单元计算结果的一个重要原因。 的基础上施加的，故结构变形后，索力发生了变化（不是张拉的数 为了较准确地模拟横隔梁的应力分布情况，本文采用ＡＮＳＹＳ 值了），在建模中应对实际索力进行检验，若不满足精度要求可以 有限元分析软件，建立实体单元分析，并与Ｍｉｄａｓ采用梁格法分析 采用扩大系数来提高初应变的数值。 的结果进行比较。 边跨共有１８对斜拉索，拉索长度在７９．４ ｍ一２１４．７ ｍ，设置 １ 工程概述 一个杆单元。 海河大桥工程主桥设计为双索面独塔斜拉桥结构，跨径布置 由表１数据可以看出，变形后的索力与成桥索力数值相差很 为３１０ ｍ（主跨）＋２×５０ ｍ＋２×４０ ｍ（边跨）。主梁分别在两端 少，故用初应变的形式“张拉”一个索单元来模拟成桥索力对于计 边墩和辅助墩设置盆式支座，形成多跨连续梁体系。梁体采用钢 算结果的误差不大。 与混凝土组合结构，主跨采用钢箱结构，边跨采用预应力混凝土 表１变形前后索力比较 箱梁结构。斜拉索锚固区位于梁体两侧。预应力混凝土箱梁采 索号 Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｃ５ Ｃ６ 用与钢梁外形一致的单箱五室断面形式。梁高３．０ ｎｌ，腹板标准 成桥索力 ３ ７２６．３ ３ ２１３．９ ２１４１．３ １ ９１４ ２ ５５５．９ ２ ６３５，３ 变形后索力 ３ ６９６ ３ １９１．８ ２ １２８．９ ｌ ８９８ ２ ５３３．１ ２ ６２２．８ 段厚度０．５ ｍ，加厚段０．７ ｍ，顶底板厚度０．３ ｎｌ，横隔板间距为 索号 Ｃ７ Ｃ８ Ｃ９ Ｃ１０ Ｃｌ１ Ｃｌ２ ４ ｍ一５ ｍ，厚度为０．４ ｍ，２２号一２４号墩横梁厚３ ｍ，２１号、２５号 成桥索力 ２ ５５５ ２ ５８９．１ ２ Ｏ２５．８ ｌ ９６３．２ ２ １９０．７ ３ ９０１．３ 墩横梁厚２ ｍ。跨中横断面图如图１所示。 变形后索力 ２ ５４７．６ ２ ５７２．７ ２ ００２．９ １ ９３６．７ ２１５７．９ ３ ８４２．９ 索号 Ｃ１３ Ｃ１４ Ｃ１５ Ｃｌ６ Ｃ１７ Ｃ１８ 成桥索力 ３ ７２２．４ ３ ５９１．５ ３ ６８０．８ ３ ７３８ ３ ６２４．９ ３ ７９８．９ ｊ ！！ 变形后索力 ３ ６６２．８ ３ ５３４．９ ３ ６２０．４ ３ ６７４．９ ３ ５６４．１ ３ ７３９ 有限元模型如图２所示。全桥共有２０８ ９４８个单元，３２３ ５３２ 鹕 一ｌ 个节点。 圈１跨中横断面图 ２有限元模型 应用大型有限元软件ＡＮＳＹＳ１０．０对边跨（跨径为２×５０ｍ＋ ２×４０ Ｉｎ，横梁编号从主跨向边跨侧依次为２号一３６号）建立有限 元模型来分析斜拉桥横隔梁的应力分布规律情况，指导其横向预 图２整体模型 应力配束。对于有限元分析来说，其单元类型的选取和边界条件 ３横隔梁分析 的模拟直接关系到计算结果的精确性。 ３．１荷栽作用（恒载和汽车活载）分析 ２．１ 单元类型选取 在恒载（自重及索力）作用下，以第一跨（横梁２～１０）为例， 本文结合海河大桥的实际设计情况及分析要求，采用Ｓｏｌｉｄ４５ 横隔梁横向应力如图３所示。 收稿日期：２０１４—０４－１７ 作者简介：华龙海（１９７６一），男，高级工程师； 刘文江（１９７０．），男，教授级高级工程师； 项敬辉（１９８２．），男，硕士，工程师 ・第４Ｏ卷第１９期 １６０・ ２ ０ １ ４年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１９ Ｊｕ１． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１９—０１６０—０２ 谈高速公路桥梁施工中高墩施工技术应用 周易之 （山西省公路工程质量检测中心，山西太原０３０００６） 摘要：主要从我国高速公路桥梁施工的基本现状出发，对滑模施工、液压翻模施工、爬模施工三种桥梁高墩常见的施工模式进行 了论述，并深入分析了高墩施工技术的难点与关键点，从而使高速公路桥梁的施工质量得到保证。 关键词：高速公路桥梁，高墩施工，技术 中图分类号：Ｕ４４５．５５９ 文献标识码：Ａ 公路特有的灵活性、运输速度快的特点使国家更加重视对高 工使用到的器材相对单一，内外两侧的模板以及一个固定的工作 速公路的建设，但是我国能够利用的土地资源有限，公路建设的 平台和合格的提升吊篮，但是这种方法的灵活性有待提高。 财政支出也相对有限，为此有必要深入研究高墩施工技术的应 ２．２用，实现节约建设成本、控制土地建设面积的目的。 液压翻模施工 所谓的液压翻模是指利用千斤顶类型的液压起重设备，在到 达一定的高度后利用吊篮等起吊系统把内外的吊挂快而稳的提 １ 我国桥梁高墩施工的现状 基于交通事业对经济发展的重要作用，我国对高速公路的基 升，相关的工程操作人员的模板安装，以及提升和拆卸工作都是 本建设越来越重视，不过由于一些工程浩大复杂，它们存在自身 在吊挂完成后进行。确保顺利的完成这项工作的前提是液压翻 固有的问题，主要表现在以下几个方面：首先是高墩施工的方法 模平台的搭建和有足够大内力作用的千斤顶支撑混凝土墩。较为单一，不能满足我国地域辽阔、地表结构存在千差万别的需 ２．３爬模施工 求；其次由于我国高速公路建设的起步较晚，相关的人才比较缺 “爬模施工”可以说是桥梁高墩施工当中最为重要、最为关键 无论是在经 乏，使得施工人员的专业素质较差，桥梁的安全系数偏低；在投入 的技术。因为“爬模施工”与上述两种方法比较而言，使用创造价值后，对于它的后期保养措施不重视，导致桥墩损坏 济效益的提高上还是在施工过程的灵活便捷使用的程度上都存 或者提前结束寿命；还有一个方面是对于施工质量好坏的监督和 在非常大的优势，因而应用上也更加的广泛。另一方面使用“爬 材料是否合格的检测，在监控不当的情况下很容易出现偷工减料 模施工”方法在其过程当中有效的减少了钢筋等大型起重设备的 一般较小型的桥梁施工都能够方便而快捷的展开使用，人 的现象，对于使用的材料以次充好致使豆腐渣工程的存在，或者 使用，还有效的提高了施工的相对安全 有的单位在施工之时没有起到严格监督的作用，会有一些安全隐 力物力财力都能够有效的节俭，患的存在，可能在高速公路使用以后出现安全故障。 系数。 ２桥梁高墩常见的施工模式 ２．１ 滑模施工 滑模施工的主要做法是把模板高挂在工作的平台周围，然后 ３施工中的关键技术 ３．１ 测量放样 首先是准确的对墩柱的结构线和中线进行严密的测量放样， 利用千斤顶的提升作用把模板逐步提高到浇筑的位置。滑模施 尽量减小误差值的方差，墩柱与中心线的距离只能允许有１０ ｍｍ １）对于大跨径混凝土斜拉桥横隔梁来说，横隔梁主要承受自 限，对于宽主梁的横梁横向应力分析，建议采用实体模型进行空 重和成桥索力的作用，汽车荷载作用引起的应力增量不大；２）横 间受力分析。 梁总体表现为下缘受拉，上缘受压，最大拉应力出现在中横梁的 参考文献： 跨中下缘处；３）横梁应力在腹板处出现应力集中，为横向受力的 ［１］ 陈明宪．斜拉桥建造技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社， 薄弱部位，设计中应引起注意；４）对于边横梁，腹板的约束作用明 主要起到传递力的作用，其下缘应力峰值出现在腹板处横梁下 程度上能反映桥梁结构的受力特点，但对其空间效应的反映有 ２ｏｏ３． 显，边横梁在腹板两侧出现应力较高值；对于中横梁，腹板对横梁 ［２］ 黎海堤．箱梁预应力横隔梁的实用设计计算方法［Ｊ］．桥梁 建设，２００２（５）：２３．２４． 缘，且整体竖向变形对其横向应力有一定的影响；５）Ｍｉｄａｓ在一定 ［３］ 余报楚，张哲．金马大桥主梁横隔梁受力分析与预应力施 工技术［Ｊ］．公路交通科技，２００６（８）：５７－５８． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｂｅａｍ ｏｆ Ｈａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ＨＵＡ Ｌｏｎｇ・ｈａｉ ＬＩＵ Ｗｅｎ－ｊｉａｎｇ ＸＩＡＮＧ Ｊｉｎｇ・ｈｕｉ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄ￣ｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５ ｌ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｈａｉｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｂｒｉｄｇｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｂｅａｍ，ｕｓｉｎｇ ＡＮＳＹＳ ｂｕｉｌｔ ｔｈｅ ｅｎ— ｔｉｔｙ，ｇａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｂｅａｍ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｂｅａｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｃａｂｌｅ・ｓｔａｙｅｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｂｅａｍ 收稿日期：２０１４—０４－２２ 作者简介：周易之（１９７２－），男，工程师