運(yùn)梁車過漢江特大橋的結(jié)構(gòu)安全分析*(交通)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
運(yùn)梁車過漢江特大橋的結(jié)構(gòu)安全分析*(交通)
張雨亮 陳楚龍
(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 武漢430056)
摘 要 以跨越漢江的武漢西四環(huán)線漢江特大橋（主橋?yàn)?/font>77 m+100 m+360 m+100 m+77 m五跨一聯(lián)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋）為例，基于通用有限元程序ANSYS12.1，對施工期間運(yùn)梁車從指定路線通行漢江特大橋進(jìn)行整體和局部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，同時(shí)對比不同運(yùn)梁路線下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況。結(jié)果表明，在指定路線運(yùn)梁車荷載作用下，漢江特大橋結(jié)構(gòu)整體和局部受力均滿足承載能力要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。
關(guān)鍵詞 漢江特大橋 局部模型 運(yùn)梁車 通行 結(jié)構(gòu)安全
在公路橋梁尤其是跨越水系的特大橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)師們在進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全分析時(shí)，除了考慮結(jié)構(gòu)自身施工過程及后期運(yùn)營期間的受力安全，還需要把周邊橋梁的施工機(jī)械附加荷載考慮進(jìn)去（受地形、梁場限制運(yùn)梁必須通行主橋）。漢江特大橋?yàn)槲錆h西四環(huán)主線橋梁的關(guān)鍵控制性工程，主橋及引橋主體結(jié)構(gòu)施工完后需作為兩側(cè)裝配式上部結(jié)構(gòu)的運(yùn)梁通道，為保證主橋結(jié)構(gòu)安全，基于大型通用有限元程序ANSYS12.1，對西四環(huán)漢江特大橋運(yùn)梁期間主橋的總體及局部受力進(jìn)行了驗(yàn)算，確保了結(jié)構(gòu)的安全。
1 工程概況
武漢市四環(huán)線吳家山至沌口段高速公路是四環(huán)線工程中的“西段”，起自東西湖區(qū)G107與十一支溝交叉處，沿線經(jīng)過武漢市下轄的東西湖區(qū)、蔡甸區(qū)、漢陽區(qū)和武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，終于蔡甸區(qū)軍山鎮(zhèn)與漢洪高速相交處，路線全長約22. 55 km。
漢江特大橋主橋?yàn)?/font>77 m+100 m+360 m+100 m+77 m五跨一聯(lián)雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土
斜拉橋，引橋?yàn)?/font>3×65 m預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁，左、右幅分幅布置雙向6車道，主橋橋面寬度為2×22 m(含風(fēng)嘴)，引橋橋面寬度為2×20. 25 m。橋型總體布置見圖1。
2主引橋混凝土箱梁安全性分析
2.1 運(yùn)梁車車輛荷載概況
運(yùn)輸小箱梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑梁長30 m，重量為106t，運(yùn)梁車車頭重量8t；車尾重量6t，總質(zhì)量120t，按照6個(gè)輪軸重平均分配至每個(gè)輪壓重100k N�？紤]到實(shí)際行車的操縱性，運(yùn)梁車行車路線宜設(shè)計(jì)為直線。本文設(shè)計(jì)的行車路線沿主橋PK箱梁中腹板中心線直至運(yùn)梁車駛離65 m跨引橋部分。
2.2橋梁整體驗(yàn)算
西四環(huán)線漢江特大橋汽車荷載采用公路一I級，根據(jù)橋?qū)�，�?/font>10車道計(jì)算，計(jì)入橫向偏載、沖擊、車道橫、縱向折減等影響。汽車荷載分布系數(shù)為：10×0. 50×0.97×1.15=5. 577 5 k N／m，設(shè)計(jì)汽車荷載均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為5. 577 5×10.5=58.6k N/m。
按漢江特大橋同時(shí)布置18臺運(yùn)梁車（單幅運(yùn)9片梁），每臺運(yùn)梁車連同T梁共重120 t，漢江大橋每延米汽車荷載為(120×18×10)／909=23.8kN/m;均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值為設(shè)計(jì)值的40. 6%，富裕量較好。
根據(jù)以上計(jì)算分析，漢江特大橋整體受力結(jié)構(gòu)安全可靠。
2.3橋面板局部受力分析
2.3.1 設(shè)計(jì)行車路線運(yùn)梁局部驗(yàn)算
本研究采用大型通用有限元分析軟件AN-SYS12.1分別建立漢江特大橋主橋邊箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段以及引橋單跨有限元實(shí)體模型。模型中，單元類型為空間實(shí)體單元SOLID45。C50混凝土箱梁板彈性模量34.5 G Pa、泊松比0.3、密度2.5×103kg/m3，模型中未考慮混凝土板中的預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋。基于圣維南原理，主橋建立3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段(3×6 m)節(jié)段（見圖2a），按照1／2模型大小，其中橫橋向橋梁中心線處按照對稱面約束，吊桿按照實(shí)際位置采用彈性支承�？紤]到引橋箱梁截面形式相對簡單，本文直接建立單跨65 m引橋?qū)嶓w單元模型（見圖2b），邊界條件為簡支。主、引橋節(jié)段模型中，外部荷載為運(yùn)梁車車輪壓，均按照面荷載沿著運(yùn)梁車行駛路線施加于橋面跨中。
在運(yùn)梁車輪壓荷載作用下，漢江特大橋主橋邊箱梁節(jié)段最大主拉應(yīng)力值為0. 803 M Pa，最大主壓應(yīng)力值為-1. 72 M Pa（見圖3），分別低于C50混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.83 M Pa和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值22.4 M Pa，由局部分析驗(yàn)算可知，按照指定運(yùn)梁車行車路線，漢江特大橋橋面板在輪壓作用下，混凝土局部主拉壓應(yīng)力均在安全范圍內(nèi)，且富裕量較大。
在運(yùn)梁車輪壓荷載作用下，漢江特大橋引橋現(xiàn)澆箱梁節(jié)段最大主拉應(yīng)力值為0. 699 M Pa，最大主壓應(yīng)力值為-1. 45 M Pa（見圖4），分別低于C50混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.83 M Pa和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值22.4 M Pa，由局部分析驗(yàn)算可知，按照指定運(yùn)梁車行車路線，漢江特大橋橋面板在輪壓作用下，混凝土局部主拉壓應(yīng)力均在安全范圍內(nèi)，且富裕量較大。
2.3.2 對比行車路線運(yùn)梁車局部驗(yàn)算
本文設(shè)計(jì)的行車路線沿主橋PK箱梁中腹板中心線直至運(yùn)梁車駛離65 m跨引橋部分，主要考慮到中腹板加腋部位可以均勻分配車輪傳遞的均布移動(dòng)面荷載，并可以有效地減小應(yīng)力集中，安全性能較高。為便于探討設(shè)計(jì)行車路線的合理性，本小節(jié)增設(shè)沿主橋中心線行駛的對比工況，此時(shí)，輪壓作用于主橋邊箱梁頂板上非腹板加腋的位置。同樣的，基于圣維南原理，主橋建立3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段(3×6 m)節(jié)段，1／2有限元模型見圖5a)。由圖5b）、圖5c）可見，在運(yùn)梁車輪壓荷載作用下，漢江特大橋引橋現(xiàn)澆箱梁節(jié)段最大主拉應(yīng)力值為2. 63 M Pa，最大主壓應(yīng)力值為-3. 49M Pa，前者高于C50混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1. 83 M Pa；由局部分析驗(yàn)算可知，按照對比運(yùn)梁車行車路線，漢江特大橋橋面板在輪壓作用下，混凝土局部主拉壓應(yīng)力超出了安全范圍，相比設(shè)計(jì)行車路線，即運(yùn)梁車車軸沿主橋PK箱梁中腹板中心線位置工可輪壓產(chǎn)生的主拉應(yīng)力值，對比工可約為前者的3. 28倍，充分說明了設(shè)計(jì)行車路線的合理性和安全性。
2.4計(jì)算結(jié)論及運(yùn)梁車行車要求
(1)經(jīng)驗(yàn)算漢江特大橋可以通行運(yùn)梁車，運(yùn)梁作業(yè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行交通管制，禁止其他車輛通行。
(2)考慮橋面局部受力情況，運(yùn)梁車應(yīng)以主橋腹板為中心線行駛，行車中心線距離橋梁中心線8.2 m，運(yùn)輸過程中應(yīng)按照車道線標(biāo)示運(yùn)梁路線（見圖6），運(yùn)梁時(shí)運(yùn)梁車沿著運(yùn)梁線路行走，直到架設(shè)部位。
(3)武漢西四環(huán)漢江特大橋主橋714 m，引橋195 m，全長909 m，2幅橋同時(shí)運(yùn)梁�？紤]到可能有運(yùn)梁車隊(duì)經(jīng)過漢江大橋的情況，務(wù)必保持車距，每100 m橋面僅存在l臺運(yùn)梁車，即全橋同時(shí)最多存在9臺運(yùn)梁車。
3結(jié)語
武漢西四環(huán)全線橋涵比重大，漢江特大橋作為代表性的橋梁，在結(jié)構(gòu)整體和局部受力方面均滿足運(yùn)梁車輛通行需求。通過上述分析可指導(dǎo)四環(huán)線其他段落預(yù)制梁的施工及運(yùn)輸工作，為施工單位進(jìn)行運(yùn)梁作業(yè)提供了理論依據(jù)。
