练强1，黄浩1，陈磊2，曹奇3
（1. 宜兴市交通工程建设管理处 江苏宜兴 214200 2.宜兴市交通建设集团有限公司 江苏宜兴 214200 3.南京林业大学 土木工程学院，江苏南京 210037）
摘要：对于采用满堂支架施工的斜交钢箱梁梁桥，由于中跨临时支架的拆除，主梁上各位置的应力和变形都会发生较大的变化，尤其是钝角区域会出现较大的应力集中现象。为合理和安全的控制桥梁的施工，采用了Midas civil有限元软件建立了斜交钢箱梁的梁格法模型，对钢箱梁进行施工计算分析，基于计算分析结果对结构进行安全性评估。分析结果表明：采用中跨临时支架施工的斜交钢箱梁结构在施工过程中结构处于安全状态。
关键词：钢箱梁；Midas civil；施工计算；力学性能
1 引言
如今，在城市跨道路桥梁建设中，当遇到宽度较大的道路时，多采用局部钢箱梁替代混凝土梁桥，同时为缩短占用道路的时间，多以道路中心分为两侧施工，在道路中心架设临时支架进行钢梁的拼接，之后再进行中跨临时支架的拆除施工，而这一体系转换过程会对主梁的应力和变形产生较大的影响，主梁中跨会因为临时支承的撤销，产生较大的应力变化和向下的竖向位移[1-2]，从而对桥梁的整体结构产生不利影响。尤其是在更为复杂的斜交桥梁中，由于钝角区域会产生应力集中现象，故当主梁应力发生改变时，主梁钝角区是否安全则成为了相当重要的问题，一旦主梁上的应力超出设计限值，将会对后期营运产生巨大的结构隐患。
2 工程概况
宜兴至长兴高速公路江苏段YC-YX1标位于宜兴市内，全线桥梁共计24座，其中涉及钢箱梁的桥梁3座，分别为堰南枢纽B匝道桥第四联（47+56m）、堰南枢纽C匝道2号桥第三联（38×2+33m）、主线上跨S342分离式立交第二联（47m）。本研究针对主线上跨S342省道处第二联为斜跨简支钢箱梁，为两幅桥面。
图1 箱梁断面图
钢箱梁跨径为47m，梁体断面为单箱三室截面，钢箱梁中心线处梁高2.3m，单幅桥梁顶面总宽16.9m。顶板主要采用U肋，底板采用T型肋。
3 有限元模型
结构计算分析是施工控制的核心和前提，要想准确的进行误差分析、参数估计与状态预测，首先必须有精确的结构计算值。为取得准确的理论计算值，首先应该建立一个准确的计算基本模型，然后要对整个施工过程进行真实的模拟。本文以主线上跨S342省道处第二联斜跨简支钢箱梁为研究对象，采用Midas civil软件进行模型分析，研究斜交钢箱梁在满堂支架拆除工作前后主梁上的力学性能变化。
3.1 分析荷载
一期恒载：包括主梁、横梁以及混凝土压重等重量。钢梁主箱按设计图纸断面计重量，其容重取78.5kN/m3，压重区段混凝土容重35 kN/m3；横梁、加劲肋重量按集中荷载考虑。
二期恒载：包括桥面铺装、防撞护栏以及桥面排水，参照设计图纸二期恒载取93.793kN/m。
温度荷载：整体升温25℃，整体降温-25℃；竖向梯度温度效应按照规范取值，正温差中TZ=14℃，负温差中TZ=-7℃[3]。
3.2 计算模型
图2为该桥的Midas civil结构计算离散模型图。本模型共有154个节点，204个单元，单元形式均为梁单元。本桥为斜交桥，采用梁格法模型模拟，斜交角度60°。
本桥边界条件模拟形式：主梁与支座处采用弹性连接—仅受压，支座处采用一般支承，根据不同施工阶段释放不同方向自由度[4]。施工阶段分为支架拆除前阶段和支架拆除后阶段，支架拆除前阶段为两端和跨中临时支承，支架拆除后阶段为两端永久支承[5]。
图2 结构模型图
4 主要计算结果
为准确掌握钢箱梁在临时支撑拆除施工前后的力学性能变化并对结构进行安全性评估，结合Midas模型，主要分析钢箱梁结构自重荷载作用下不同施工阶段的应力和变形两个力学性质。
4.1 主梁顶板应力
在自重荷载作用下，满堂支架施工阶段主梁顶板最大压应力位于1/4跨北部和3/4跨南部位置处（如图3所示），最大值为4.2MPa；最大拉应力位于1/2跨位置处，最大值为3.7MPa。
拆除支架、体系转换后，主梁顶板最大压应力位于1/2跨处（如图4所示），最大值为10.3MPa；最大拉应力位于顶板东北角和顶板西南角位置处，即斜桥主梁的钝角区域，最大值为20.1MPa
4.2 主梁底板应力
在自重荷载作用下，满堂支架施工阶段，主梁底板最大压应力位于1/2跨处（如图5所示），最大值为3.7MPa；底板最大拉应力位于1/4跨和3/4跨处，最大值为4.4MPa。
拆除支架、体系转换后，主梁底板最大压应力位于底板东北角和西南角位置处（如图6所示），最大值为20.6MPa；最大拉应力位于1/2跨位置处，最大值为10.8MPa。
4.3 主梁竖向位移
在自重荷载作用下，满堂支架施工阶段主梁位移在1/4跨和3/4跨位置处最大（如图7所示），最大下挠位移为2.1mm，在两端和1/2跨位置处位移较小，1/2跨位置处下挠位移约为0.6mm。
拆除支架、体系转换后，主梁位移在1/2跨位置处最大（如图8所示），最大下挠位移值为9.7mm，在两端位移较小。
4.4 小结
在自重荷载作用下，满堂支架施工阶段顶板最大压应力为4.2MPa，最大拉应力为3.7 MPa；底板最大压应力为-3.4 MPa，最大拉应力为4.4 MPa。成桥阶段顶板最大压应力为-10.3 MPa，最大拉应力为20.1 MPa；底板最大压应力为20.6 MPa，最大拉应力为10.8 MPa。满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的相关应力限制规定[3]。
满堂支架施工阶段主梁最大位移位于1/4跨和3/4跨位置处，最大值为-2.1mm，1/2跨位置处最大下挠位移为0.6mm；成桥阶段主梁最大位移位于1/2跨位置处，最大值为9.7mm，小于规范的L/500=47/500=0.094m=94mm，符合规范相应标准，具有良好的行车舒适性和安全保障。
5 结语
通过对此斜交钢箱梁梁桥体系转换过程进行Midas civil建模分析，本桥在体系转换前后的应力和变形情况都较为理想，符合规范限值，结构体系受力安全，施工过程可靠。
本模型对保证斜交钢箱梁梁桥的体系转换施工质量具有实际意义，并能为今后该类型桥梁的设计、施工和科研产生指导性建议。
参考文献
[1]石教澜，邓海，闵岚.长沙捞刀河景观桥施工计算与分析[J].钢结构，2018（8）：110-113.
[2]马文江.正交异性板斜交钢箱梁受力性能及设计方法研究[D].河北:石家庄铁道大学，2019.06.
[3]中华人民共和国交通运输部.公路钢结构桥梁设计规范:JTG D64-2015[S].北京：人民交通出版社，2015.
[4] 璩社群.论公路桥梁钢箱梁顶推施工与质量控制原则[R].建筑科技与管理学术交流会，2020（9）.
[5] 梁磊.斜交钢箱梁桥静力分析研究[D].重庆:重庆交通大学，2016.06.