Midas在桥梁施工支撑体系应用研究

董立 罗庆洲

中建二局安装工程有限公司，北京 100160

[摘要]：随着钢结构在桥梁结构中的广泛应用，施工环境与结构日益复杂，按照实际施工顺序进行仿真模拟力学分析就显得愈发重要，基于midas这款有限元计算软件，可迅速节省大量施工计算时间，有效的优化支撑架材料截面，模拟不同工况下支撑架应力变化，辅助施工人员制定整体卸载方案，进而确保施工过程的质量、安全，达到经济效益最大化的局面。

[关键词]：钢箱梁 midas 支撑体系 卸载

1、工程概况

资阳市临空经济区产业新城路网工程（一期）三贤路项目，大桥2#-5#桥墩采用三柱门式框架墩，墩顶横梁高度为3.5m。钢箱梁结构总长200m，采用55+90+55m连续梁形式，包括有直线段、圆曲线段和缓和曲线段。宽度方向分为左右两幅，每幅面板宽度为24.99m，底板宽度约为15.75m，梁截面高度为2.5~4m，总用钢量约6585吨。

2、midas设计支撑架

2.1、整体安装思路

（1）安装思路

钢箱梁的安装最大高度距地面17.41m，充分考虑现场条件，构件重量，及运输难度，施工现场按构件分块位置设置临时支架，分段钢箱梁安装时采用临时支架支撑固定。

（2）桥梁分段

钢箱梁分左右两幅，单幅在箱室腹板位置分段，共计6段，分块构件最宽4.8m；钢箱梁纵向分段共分12段，分块构件最长22m；挑臂与箱室拼装后分段构件最宽8.3米。

2.2、支撑架的设计

（1）支撑架设计及材料使用

根据桥梁分段核算钢箱梁，得知拼装后形成整体的钢箱梁最大重量为340t，安装高度达17.41m。

临时支架的立面图

2.3、支撑架的计算

本钢箱梁安装用临时支架按最不利情况考虑，高度取17.41m，最大分段钢箱梁分87t，单块钢箱梁在在两端支架上4点受力，每个支点最大承受23t考虑，平行于钢箱梁纵向方向的水平推力为8t，垂直钢箱梁纵向方向的水平推力为2t，支架受力活荷载系数1.4，支撑架自重系数1.35。受力分析结果如下：

位移云图(最大位移9.61mm)	应力云图（最大应力16.7MPa）

通过不断的优化截面，反复计算得到的结果进行分析，支撑架的最大变形发生在两个立柱之间的标高墩下方位置，因此考虑在H300型钢分配梁下方增设“八”字撑，最大变形小于1cm，最大应力为16.7MPa，满足安全使用要求。

3、支撑体系卸载研究

3.1、整体模型建立

三贤路跨雁栖湖大桥主桥计算模型采用桥梁分析软件MIDAS建立，共计节点4123个、单元7025个，其中上部结构划分成3665个单元、下部划分成56个单元，此外临时支架划分成3304个单元。

3.2、边界条件模拟

将桥墩的墩底、临时支架底部边界条件设置为固定端，桥墩与主梁连接采用刚性连接，主梁与临时支架连接采用一般弹性连接。墩底、临时支、桥墩与主梁及主梁与临时支架的弹性连接。

3.3、支撑卸载顺序研究

钢箱梁支撑体系卸载异步渐进卸载。

（1）受力分析

对异步卸载进行midas仿真模拟分析结果如下：

异步卸架成桥内力图

3.4、线性分析

为直观、准确地分析钢箱梁施工过程，根据实际施工过程将主梁纵向分为12个节段，本节以各节段控制点为分析对象，对钢箱梁施工过程的变形、受力进行分析。对计算结果进行分析：

1、由于左右幅第三跨为结构相同的直桥段，左右幅变形应一致，左右幅存在细微差异，属于系统误差。

2、连续体系中跨数增多，正弯矩变小，故右幅节段控制点2-4上升。

3、连续体系中跨数减小，跨长增大，正弯矩增大，故节段控制点2~4发生下降；对较远的节段控制点7、8、9的影响较小；由与力矩平衡，导致节段控制点5、6上升。

连续体系中跨数增多，正弯矩变小，对较远的节段控制点1~8的影响较小。

4、连续体系中跨数减小，跨长增大，正弯矩增大，故节段控制点10~12发生下降；距离第一跨跨中较远的节段控制点1~7的影响较小；由与力矩平衡，导致节段控制点8、9上升。

5、连续体系中跨数减小，跨长增大，正弯矩增大，故节段控制点10~12发生下降；距第一跨跨中较远的节段控制点1~7的影响较小；由与力矩平衡，导致节段控制点8、9上升。

6、连续体系中跨数减小，跨长增大，正弯矩增大，故节段控制点6~9发生下降；由与力矩平衡，导致距离第二跨跨中较远的节段控制点正弯矩减小，故节段控制点2、3、4、5、10、11、12上升。

7、连续体系中跨数减小，跨长增大，正弯矩增大，故节段控制点 5~9发生下降；由与力矩平衡，导致距离第二跨跨中较远的节段控制点正弯矩减小，故节段控制点2、3、4、10、11、12上升。

8、恒载加于主梁上，使得跨中正弯矩增大，支座处负弯矩增大，导致节段控制点1、3、4、10、11、13上升，节段控制点2、5、6、7、8、9、12下降。

（2）小结

1、安装过程中，钢箱梁的下挠变形、应力变化均较小，左右两幅数据差值较小。

2、卸载成桥后，第一跨节段控制点的最大下挠变形值为30.7mm，位于左幅，最大上挠变形值为20.7mm，位于左幅；第二跨节段控制点的最大下挠变形值为256.9 mm，位于左幅，最大上挠变形值为22.7mm，位于左幅；第三跨节段控制点的最大下挠变形值为25.3mm，位于右幅，最大上挠变形值为22.3mm，位于左幅。

3、第一跨节段控制点的最大线型变化值为26.5mm，第二跨节段控制点的最大线型变化值为-100.8mm，第三跨节段控制点的最大线型变化值为24.8mm，均处于左幅成桥阶段。全部节段控制点变化最大均出现在成桥阶段。因此，卸载施工时，应先卸载左幅支撑架。

4、分析及总结分析

通过上文介绍，在设计支撑架的时候，通过midas软件可以高效准确的模拟计算出不同的吊装工况下，支撑架的位移变化和应力变化，同时兼备优化材料截面的特点，通过不断的优化截面再计算，且保证安全不发生侧向倾覆的基础之上，将所选材料更经济化。同时，根据计算结果，可查看检查特殊节点的受力关系，缩短支架拼装时间，节省工期。

参考文献：

[1] JTJ025-86.公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S]

[2] JTG/T F50公路桥涵施工技术规范[S]

[3] 郭毅先，2007.《小半径曲线连续梁在软基地区施工时支撑体系技术研究》

第一作者简介 董立 男 助理工程师 中建二局安装工程有限公司四川分公司资阳市临空经济区新城路网工程（一期）三贤路项目技术负责人

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