朱永胜 高利芳
山东陆海重工有限公司 山东 烟台 264000
摘要：本文通过利用Simulation及ANSYS软件，分析了某港口连接桥相关部位应力应变情况，为最终整桥的计算结果提供合理依据。
关键词：升降桥体；引桥；有限元分析；优化设计
1 引言
随着滚装车载货量的增加和船舶大型化、专业化、现代化程度的不断提高，并拓展业务范围，一些港口开始新建客滚码头，并新建大吨位多功能客滚桥已成为必然趋势。根据某用户要求，结合目前大吨位运输车辆载货能力，决定设计承载能力为150吨的客滚连接桥。
为满足连接桥性能可靠、功能先进的要求，设计中多处使用了Solidworks和Simulation软件，并利用Ansys软件对整桥进行分析。本文介绍利用有限元对连接桥钢结构主体建模分析和结构优化设计，以实现为整桥的计算结果提供合理依据的目的。
2 连接桥钢结构主体有限元分析及优化设计
升降桥体与引桥这两部分是该连接桥钢结构的主体，也是优化设计的主要对象。根据设计要求，确定其主要性能参数如下：
连接桥允许载荷：150t；
引桥长度：23m；
引桥宽度：后端宽度：6.5m；前端宽度：15.2m；
引桥有效跨度：19.0m；
引桥最小通道宽度：6.0m；
车辆爬坡度：1：10；
车辆通过高度：最小通过高度：5.2m；最大通过高度：8.3m。
2.1 油缸吊耳设计
由于升降桥体工作时处于油缸吊拉状态且载重量大，考虑到车辆通过时的不平均系数，单个油缸吊耳的承载力将达200吨，为保证油缸吊耳有足够的强度，制定了油缸吊耳板整体插接到加强箱型梁内的结构设计方案。
油缸吊耳板承受较大载荷，如果采用传统方式直接焊接到升降桥体上，很难保证足够的焊缝长度。在该设计过程中将吊耳板加高，在箱型梁组焊过程中，将上翼板对应处割出插接位置，提前将油缸吊耳板焊接到箱型体内，最后焊接加强筋板，经受力计算，该设计方案能够满足要求。
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2.2 引桥优化设计
引桥采用倒八字型结构形式，便于滚装车辆尤其是长形大挂车的上下船。整桥利用Solidworks进行实体设计。在理论设计计算基础上，利用Simulation进行主梁受力计算，确保引桥安全可靠。
1）确定主梁结构
主梁是决定引桥承载能力的关键结构，设计时初定为箱形梁结构，经过计算、三维演示及制作工艺比较，将箱形梁结构优化为工字梁结构，并对主梁作如下静力计算：
（1）单跨梁形式：简支梁
（2）荷载受力模型形式：
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（3）计算模型基本参数：长L=23M a=4M；b=8M；c=11M
（4）集中力：标准值Pk=Pg+Pq=400+0=400KN
设计值Pd=Pg*γG+Pq*γQ =400*1.7+0*1.4=680 KN
2）选择受荷截面
（1）截面类型：H型钢：1500*400*(300)*20*25*(25)
（2）截面特性：Ix=1452720.68cm4 Wx=20450.78cm3 Sx=11675.53cm3 G=365.02kg/m
翼缘厚度:tf=25mm；腹板厚度tw=20mm
3）确定相关参数
（1）x轴塑性发展系数γx：1.05
（2）梁的挠度控制［v］：L/500
4）内力计算结果
（1）支座反力RA=Pd/L*(2*c+b)=944.44 KN
（2）支座反力RB= Pd/L*(2*a+b)=415.56 KN
（3）最大弯矩Mmax= Pd*c/L*(2*a+b)=3740 KN.M
5)强度及刚度验算结果
（1)弯曲正应力σmax= Mmax/(γx*Wx)＝174.17 N/mm2
（2)A处剪应力τA=RA*Sx/(Ix*tw)＝37.95N/mm2
（3)B处剪应力τB=RB*Sx/(Ix*tw)＝16.7N/mm2
（4)最大挠度fmax=21.56mm
（5)相对挠度v=fmax/L=1/834.7
弯曲正应力σmax=174.17N/mm2<抗弯设计值f:205N/mm2
支座最大剪应力τmax=37.95N/mm2<抗剪设计值fv:120N/mm2
跨中挠度相对值v=L/834.7<挠度控制值［v］:L/500
综上计算，设计计算通过，符合设计要求！
3 升降桥体与铰座连接处设计
升降桥体与铰座连接是该连接桥钢结构实现旋转的主要部分，由于车辆通过引桥前端与升降桥体连接处时颠簸严重，经常对升降桥体结构和导向装置造成冲击破坏。为此对升降桥体与引桥前端采用铰接连接形式，实现铰轴同心度，保证车辆通过时为平面。
3.1 引桥前端箱型梁受力分析
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4 结束语
150吨客滚连接桥在许可承载范围内可以通过如轿车、客车、货车、拖挂平板车等各种车辆，可靠泊22000吨级滚装船，该桥利用液压系统灵活调整桥面，可适应不同潮汐条件下不同滚装船舶的靠泊要求，整个桥的设计宽度和高度均考虑了今后超大型滚装船靠泊的需要，随着该桥的投入使用，将大大加快出入港口物流的发展。
参考文献：
[2]张无畏;胡腾飞;陈长胜;荣浩.?箱桁组合梁铁路斜拉桥动力特性有限元建模方法研究.桥梁与隧道工程,2016-02.
[2]朱溢敏1孔建杰2钱磊3.?对异形连续梁桥进行两种有限元对比分析.建筑设计及理论,2019-06.