安徽天翰工程咨詢有限責任公司，徐學良，安徽馬鞍山 243000
摘要：箱型截面梁具有抗彎、抗扭剛度大，整體性好，外形美觀等優勢，這些優點使得鋼箱梁在橋梁建設中占有重要的地位。以鋼箱梁為主梁的橋梁可以滿足橋梁建設對大跨徑的需求，相比于同尺寸的混凝土結構在承載力也有明顯的優勢，正是鋼箱梁具有眾多的優點且隨著我國鋼鐵產業和鋼結構技術不斷的發展，鋼結構橋梁的應用也日趨增多，尤其是鋼箱梁結構橋的發展更是日新月異，在伴隨著鋼箱梁應用和發展的過程中，由于該施工工藝 不完善、理論知識不健全，尤其是鋼箱梁一般橋段自重較大，涉及到鋼箱梁整體吊裝、分段拼接、焊縫質量等關鍵工序尚存在認識不足之處，在現實施工中由此導致出現一些安全事故及質量問題。本文以在建的鋼箱梁橋為研究對象，施工之前模擬分析鋼箱梁橋在成橋運營后的荷載作用下的穩定性，對施工期間的施工方法、施工期間的注意事項等有指導意義。
關鍵詞：大跨度鋼箱梁；模擬分析程；穩定性分析
一、 背景
本文選取的為南充市江東大道上跨C匝道鋼箱梁橋為模擬對象，橋梁寬度18.5m，長108m，橋梁結構上跨現狀江東大道，橋梁跨徑布置為30m＋48m+30m，上部結構采用連續鋼箱梁下部橋墩采用雙柱墩，橋臺采用輕型橋臺。橋梁面積1998m2。C匝道橋鋼主架單箱四室三跨（30+48+30）連續鋼箱梁結構，主要材料采用Q345qD、鋼滿足《橋梁用結構》（GBT7142015），C匝道橋鋼伸縮縫采用80型型鋼伸縮縫，應符合《公路橋梁伸縮裝置通用技術條件》（JT/T 327-2016
梁采用球鋼支座，應符合《橋梁球型支座》（GB/T 17955-2009）.鋼結構橋梁48米跨跨越江東大道，最大安裝高度為8.37米，梁高為2.3米等高鋼箱梁。
二、 總體方案
本文選取的上部結構鋼箱梁橋的施工采用的為分段吊裝的方案進行施工，整個施工步驟分為：
根據施工的整體步驟，擬在施工前根據設計圖紙對鋼箱梁上部結構建立整體模型，采用Midas civil計算程序，對鋼箱梁進行容許應力、應變計算。模型采用梁格法對剛箱梁進行模擬。鋼箱梁截面通過spc截面計算器計算出截面特征，并將截面導入主程序中。邊界條件根據設計圖紙要求的支撐形式。結構的離散圖如下圖所
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鋼箱梁橫截面 |
鋼箱梁總平面圖 |
三、自行設計技術參數
1、鋼箱梁材料及規范允許參數：
鋼箱梁鋼材采用Q345qE鋼，其技術指標應符合公路鋼橋規范，其彈性模量E=2.1x105MP，剪切模量G=0.81x105MP。鋼箱梁容許應力見下表
2、鋼箱梁的結構設計：
橋梁寬度18.5m，長108m，橋梁結構上跨現狀江東大道，橋梁跨徑布置為30m＋48m+30m，上部結構采用連續鋼箱梁下部橋墩采用雙柱墩，橋臺采用輕型橋臺。C匝道橋鋼主架單箱四室三跨（30+48+30）連續鋼箱梁結構，主要材料采用Q345qD。
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鋼箱梁結構設計圖紙 |
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鋼箱梁結構模型 |
3. 穩定分析驗算準則：
掛籃結構驗算過程中，為了安全起見，采用極限應力法，其荷載組合形式為：1.2×永久荷載＋1.4×可變荷載,計算構件變形（撓度）時，各類荷載分項系數，其荷載組合形式為：1.0×永久荷載＋1.0×可變荷載，見下圖。
表1-2 荷載工況及其荷載組合
1.一期恒載：鋼箱梁自重：鋼箱梁容重r=78.5KN/m3
2.二期恒載：
鋪裝：瀝青混凝土厚度80cm，r=24KN/m3
3.人群荷載
汽車荷載按照縱向整體計算車道荷載，計入車道折減和偏載系數，沖擊系數按照《公路橋涵設計通用規范》考慮
4.溫度影響
體系升溫30℃，體系降溫25℃，鋼箱梁的溫度梯度參照BS5400計算
荷載組合表
四、大跨度鋼箱梁成橋穩定分分析
1、支座反力分析。
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恒載+人群荷載下支座反力（KN） |
梯度溫度作用下支反力（KN） |
1.鋼箱梁恒載+人群荷載下支座反力：最大的支座反力，第二跨的支墩上。最大支反力4985KN
2. 溫度作用下存在y、z兩個方向的支反力，其中最大maxRy=43.6KN，maxRz=31.5KN因此在橋梁設計過程中，該第二跨處PM03的支座為三相約束的固定支座 。
3.本工程支座反力最不利荷載位置位于第二跨墩柱PM02上
Fmax=4985+31.5=5016.5 KN＜9000 KN，支座選擇滿足承載力要求
設計圖紙中選用的橋梁球型支座組合為
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墩臺編號 |
支座型號 |
豎向承載力KN |
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橋臺PM01 |
5000- DX |
5000 |
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墩柱PM02 |
9000-DX |
9000 |
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墩柱PM03 |
9000-GD |
9000 |
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橋臺PM04 |
5000- DX |
5000 |
2、結構撓度分析
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鋼箱梁自重下撓度位移（m） |
梯度溫度作用撓度位移（m） |
1.鋼箱梁自重作用下的位移，最大位移19.7mm，溫度荷載影響下的最大位移z方向4.08mm，。Y方向位移0.268mm。
2.運營階段的主要撓度位移：Z方向的主要位移為鋼箱梁自重及溫度荷載引起的撓度位移：
l模擬=19.7+4.08=23.78mm，最大位移點位于第64個節點位置，位于橋梁的48m中間跨位置。
L允許=L/600=48000/600=80mm
l模擬＜L允許，橋梁在成橋運營后撓度位移變化在穩定范圍內。
3.結構強度分析
3.1彎矩分析
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鋼箱梁自重下彎矩圖Mz（tonf/m） |
梯度溫度作用彎矩圖Mz（tonf/m） |
1.鋼箱梁自重作用下的最大彎矩Mz=24960KN.m
2.鋼箱梁溫度梯度作用下的最大Mz=15868.9KN.m
3.2剪力分析
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鋼箱梁自重下剪力圖Fz（tonf） |
梯度溫度作用剪力圖Fz（tonf） |
1.鋼箱梁自重作用下的最大剪力Fz=2966KN
2.鋼箱梁溫度梯度作用下的最大Fz=35.47KN
3.3應力分析
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鋼箱梁自重下剪力引起ssz（tonf/㎡） |
鋼箱梁自重下彎矩引起sbz（tonf/㎡） |
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溫度梯度作用下剪力引起ssy（tonf/㎡） |
溫度梯度作用下剪力引起ssz（tonf/㎡） |
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溫度梯度作用下彎矩引起sby（tonf/㎡） |
溫度梯度作用下彎矩引起sbz（tonf/㎡） |
1.自重作用下單元坐標z方向，剪力引起的最大應力值maxssz=14.93mp＜120mp（規范容許應力）
溫度作用下單元坐標z方向，剪力引起的最大應力值maxssz=1.78MP＜＜120mp（規范容許應力）
2.自重作用下單元坐標z方向，彎矩引起的最大應力值maxsbz=33.16MP＜210mp（規范容許應力）
溫度作用下單元坐標z方向，彎矩引起的最大應力值maxsbz=15.38MP＜＜210mp（規范容許應力）
計算結果顯示，運營期間橋梁屬于偏安全狀態
五、結語
本文簡要闡述了在大跨度鋼箱梁橋在成橋后運營狀態下，主要從內力、彎矩及應力角度進行鋼箱梁橋的穩定性分析，通過模擬分析施工單位可以了解設計參數下橋梁的安全狀態，對施工期間鋼箱梁結構的吊裝施工有一定參考作用。
參考文獻：
①、《簡明施工計算手冊》（第三版）（江正榮著，中國建筑工業出版社）；
②、JTG D60-2015《公路橋涵設計通用規范》；
③、GB50017-2017《鋼結構設計規范規范》；
④、JTG D64-2015《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》；
⑤、GB/T 17955-2009《橋梁球型支座》
