MIDAS在斜靠式拱桥施工分析

1、midas 在斜靠式钢拱桥施工分析中的应用胡海波 王卫国 肖玲莉苏州市交通设计研究院有限责任公司（苏州215004）【摘要】本文通过采用midas 软件分析了一座斜靠式钢拱桥的各阶段受力，对该桥梁的实际施工过程进行了模拟，指出了施工时临时支撑的设置会引起桥梁内力和位移的变化，甚至会产生支座脱空等不良后果。通过分析该模型结构，说明了应重视桥梁的施工方法及对施工实际的仿真模拟。关键词 midas 斜靠式钢拱支座脱空仿真模拟一前言斜靠式拱桥是由2 片竖直主拱与 2 片斜靠的稳定拱两两组合形成的空间受力体系，中间平行拱肋为桥梁的主要结构部分。直立式主拱为双铰拱，其水平推力直接传至纵梁，形成拱梁组合结构

2、，斜靠拱是一无铰拱，水平推力直接传至地基，是有推力体系，斜靠拱与主拱形成空间稳定体系，提高了结构的稳定性。这种桥型外形新颖，富有曲线美和力度感，具有明显的技术特点。在桥面宽度大于 30m ，跨径在 40150m之间的景观桥中，是一种颇具竞争力的桥梁形式。随着中国经济的发展，人们审美意识的提高，该桥型近年来越来越多地被采用。这对于桥梁建设者是机遇也是挑战，各方协同对该较新桥型的推广与合理运用具有举足轻重的作用。本文以解决施工中出现的支座脱空问题为切入点，简要说明了施工过程中设计单位与施工单位在技术处理上充分沟通的重要性。二工程概述张家港一干河大桥是张家港市沿江公路分流线跨越一干河的一座东西向桥梁

3、，一干河现有河宽约40m ，规划河宽 80m ，为景观河道。沿江公路分流线为二级公路，道路宽度 27m ，经过方案比选，采用了斜靠式钢系杆拱的桥型。跨径为85m ，基本宽度 32m ，横断面布置为22.5m 人行道+24.0m 非机动车道 +22m分隔带+15m机动车道。主跨为 85m的下承式系杆拱桥，横向分为两个斜靠式拱，每个斜靠式拱由一榀直立的主拱和一榀斜置的边拱组成。主拱肋和边拱肋为钢管混凝土结构，由按三角形排列的三根钢管和缀板及加劲钢板组成。主拱钢管直径50cm ，截面总宽度150cm ，总高 170cm ；拱肋钢管内和钢管间填充c40微膨混凝土。边拱钢管直径35cm ，截面总宽度 1

4、00cm ，总高 135cm ；拱肋钢管内填充c40微膨混凝土。主系梁为高 125cm 、宽 150cm的钢箱梁。边系梁为高125cm 、宽 100cm的钢箱梁。主吊杆为直径 203mm 的钢管，吊杆内张拉36 根 5 高强度钢丝束，边吊杆为直径 102mm 的钢管，吊杆内张拉18 根 5 高强度钢丝束。横梁采用变高钢箱梁，以调整桥面横坡。钢构件采用q235d 钢板。原设计的施工次序如下：1、架设两临时墩，吊装主拱边段系梁（临时固定没有固定支座的边段系梁），安装主拱间端横梁。2、吊装主拱中段系杆，解除支座的临时支座。3、安装主拱拱肋，架设临时风撑。4、安装主拱吊杆。5、安装主拱间中横梁。6、重

5、复以上 14步骤安装边拱的系梁、端横梁、拱肋和吊杆。7、安装边拱和主拱间中横梁。8、灌注拱肋混凝土，张拉吊杆内的钢丝束。9、架设桥面系钢板，浇筑桥面混凝土。10、进行人行道、栏杆和伸缩缝等施工。11、进行钢结构涂装。12、运营。在施工过程中，由于桥梁的北侧受220kv高压输电线的限制（高压输电线离边拱顶点水平距离为8m ，垂直距离为 10m ），因此，将系梁变更为数小段进行焊接安装，同时相应增加了临时支承墩。系梁分成5 个块件，长度布置为15.7+15.7+11.804+15.7+15.7m 。经过施工观察，在安装完系杆及横梁后，发现四个边拱脚上抬 3cm左右。拱肋在安装后，四个边拱脚向下位移

6、很小，未恢复。对于此现象，各方均比较重视，我们受委托，也对此进行了分析。该桥施工过程示意图见下图：三验算过程验算采用 midas/civil有限元分析软件，它不仅是通用的结构分析软件，而且可做施工阶段仿真分析等，是强有力的土木工程分析与优化设计系统，在世界范围内已用于 4000 多个工程项目。分析时，主拱边界按一侧铰支，一侧滑动处理，稳定拱按两端固结处理。钢桥的结构离散模型，见下图（单位：kn 、m ）: 本次分析将该桥的拱肋、系梁、横梁模拟为梁单元，系杆模拟为只受拉的桁架单元，桥面板模拟为板单元，车辆荷载直接布载在板单元上。正常施工顺序下的桥梁计算系梁计算：系梁弯矩图系梁剪力图系梁轴力图系梁

7、应力图从该计算结果可以看出该结构的纵梁所受的剪力并不大，梁截面的应力有122.8mpa，完全能够满足钢材的应力要求，所以该系梁的设计可以满足桥梁的使用要求。横梁计算：本次详细计算了端横梁的受力。横梁弯矩图横梁剪力图横梁轴力图横梁应力图由上面计算的数据可以看出该横梁在正常使用极限状态下的应力为153mpa ，能够满足钢材的应力要求。系杆应力结果：（一根主拱系杆）单元应力-i (kn/m2) 应力-j (kn/m2) 17 8.48e+05 8.48e+05 18 7.93e+05 7.93e+05 19 7.75e+05 7.74e+05 20 7.71e+05 7.70e+05 21 7.72

8、e+05 7.71e+05 22 7.74e+05 7.73e+05 23 7.75e+05 7.74e+05 24 7.76e+05 7.75e+05 25 7.77e+05 7.75e+05 26 7.76e+05 7.75e+05 27 7.75e+05 7.74e+05 28 7.74e+05 7.73e+05 29 7.79e+05 7.78e+05 30 7.98e+05 7.97e+05 31 8.52e+05 8.51e+05 由上表可以看出在靠近桥台侧的系杆应力最大为852mpa ，能够满足预应力钢筋的要求。在支座处支撑力见下图：综上所述，该桥的设计全部满足设计规范要求，但是

9、在实际施工中却出现了四个边支座脱空的现象。我们经过分析认为，该现象应与施工过程有关。根据实际的施工流程图，我们采用midas/civil对此进行了仿真模拟。由于出现支座脱空现象是在主桥施工结束、临时支撑尚未拆除的情况下发生的。因此对该结构状态进行了计算。结构离散图：该桥施工中共设了6 个临时支撑，具体模型见下图：边支点处支撑反力见下图：由计算得知在增加临时支撑后，边支座的反力为负，支座脱空。因此在施工中出现的脱空现象是跟临时支撑的设置位置有关。根据这个思路，我们将最外侧的两个临时支撑去掉，只留下中间的四个临时支撑，对此又进行了分析，具体模型见下图：经计算得出边支座的反力（见下图）。由计算结果可

10、见，将外侧的两个临时支撑去掉后，边支座的反力为正，由此可以证明该支座的脱空主要是由于临时支撑距离支座过近，导致桥梁的内力发生变化所产生的。与施工方沟通后，拆除了外侧的两个临时支撑，解决了支座脱空的问题。由于采用的是钢结构，应力储备比较大，所以施工过程中的支座脱空未引起较大的不良后果。四结语本文通过采用 midas 对斜靠式钢拱桥进行分析，对此种景观桥的受力特性有了进一步的理解。通过对施工的仿真模拟，认识到两点：1、midas 软件在三维模拟仿真方面有其显著的优越性，可以较直观地揭示结构的受力特点；2、在实际的施工过程中，由于各种因素需要更改原施工流程时，各方应该互相沟通，设计单位应对桥梁动态跟踪