夏文敏

（海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南　海口 570206）

單邊日照對(duì)薄壁高墩偏位的有限元分析

夏文敏

（海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南海口 570206）

結(jié)合工程實(shí)例，運(yùn)用有限元軟件M IDAS/CIVIL，建立Beam單元和Thi ck pl at e單元空間有限元模型，考慮在單邊日照下，對(duì)薄壁高墩的施工偏位進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明：在單邊日照下，對(duì)最大懸臂施工階段高墩的穩(wěn)定性影響不容忽視。

剛構(gòu)橋；高墩；穩(wěn)定性；日照；有限元

1　工程實(shí)例

本文以某特大橋?yàn)閷?shí)例，擬建特大橋是一座四肢薄壁高墩連續(xù)剛構(gòu)橋，位于廈成高速公路跨山谷路段。該橋主橋尺寸見(jiàn)圖1，其中12號(hào)墩為最高墩，墩高179.3 m，由于該特大橋具有墩高、薄壁等特點(diǎn)，在日照溫度效應(yīng)影響下，其在最大懸臂施工階段的穩(wěn)定性問(wèn)題尤其突出。

圖1　橋梁立面圖（單位：cm）

2　分析模型的建立

本文采用公路橋梁分析軟件M i das/Ci vi l，分別采用Beam單元和Thi ck pl at e單元模擬12號(hào)高墩在最大懸臂施工階段的三維空間模型，見(jiàn)圖2。

圖2　兩種MIDAS/CIVIL三維空間模型（12號(hào)）

3　日照溫度荷載的規(guī)定

我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTGD62-2004），根據(jù)橋面板和其他部分的溫度差計(jì)算斷面內(nèi)的應(yīng)力時(shí)，溫差以5℃為標(biāo)準(zhǔn)，溫度分布在橋面和其他部分內(nèi)分別認(rèn)為是均勻的［1］。當(dāng)計(jì)算橋梁上部結(jié)構(gòu)由梯度溫度引起的效應(yīng)時(shí)，關(guān)于溫度荷載的規(guī)定見(jiàn)圖3。

圖3　溫度荷載的規(guī)定

4　薄壁高墩溫度效應(yīng)分析

在太陽(yáng)輻射作用下，薄壁高墩受外界溫度效應(yīng)影響顯著，加上日照時(shí)間長(zhǎng)、溫差大，所產(chǎn)生的溫差荷載對(duì)薄壁高墩的偏位影響不可忽視。而且考慮高墩在太陽(yáng)輻射影響下的變形是為考慮非線性因素對(duì)高墩的穩(wěn)定性影響提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

4.1薄壁高墩溫度荷載及有限單元選?。?-4］

M i das/Ci vi l是基于對(duì)預(yù)應(yīng)力箱梁、懸索橋、斜拉橋、水化熱分析等土木建筑的分析中所需要的各種功能進(jìn)行綜合考慮而開(kāi)發(fā)的土木結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。本文采用溫度梯度的加載方法模擬溫度荷載，對(duì)模型進(jìn)行溫度荷載計(jì)算。結(jié)合該橋所處地理位置，考慮單邊日照，確定變截面箱形空心墩和箱梁沿縱橋向的位移。

在溫度效益分析時(shí)，依據(jù)規(guī)范日照溫差是線性分布的，選取Beam單元和Thi ck pl at e單元模型能很好的模擬薄壁高墩單邊日照溫差效應(yīng)分析。

4.2單邊日照溫度效應(yīng)分析

通過(guò)計(jì)算分析，得到在最大懸臂施工狀態(tài)下，薄壁高墩由太陽(yáng)輻射溫差荷載作用而產(chǎn)生的位移及其應(yīng)力效果圖見(jiàn)圖4、圖5。其中模型的最大位移、最大應(yīng)力值見(jiàn)表1。

圖4　施工階段179.3 m高墩單邊日照所引起的位移云圖（左為梁模型，右為板模型）

圖5　施工階段179.3 m高墩單邊日照所引起的應(yīng)力云圖（左為梁模型，右為板模型）

表1　單邊日照產(chǎn)生的最大位移及應(yīng)力值

通過(guò)對(duì)施工階段179.3 m高墩單邊日照作用下的溫度效應(yīng)分析可知，梁模型：墩頂最大縱向位移為0.025 cm，板模型：墩頂最大縱向位移為0.023 cm，相差為8.70%（相對(duì)板模型）。梁模型：主梁懸臂端的最大縱移為0.029 cm，板模型：主梁懸臂端的最大縱移為0.027 cm，相差為7.41%（相對(duì)板模型）。兩者分析結(jié)果較為接近。

從表1數(shù)據(jù)表明，考慮單邊日照的溫度效應(yīng)，高墩墩頂縱向位移較為明顯，可作為高墩幾何非線性分析的前期缺陷，對(duì)薄壁高墩穩(wěn)定性的影響不容忽視。

4　結(jié)論

（1）對(duì)四肢薄壁高墩采用梁?jiǎn)卧秃癜鍐卧M(jìn)行模擬，考慮單邊日照下，高墩的縱向位移結(jié)果較為接近，分析結(jié)果可靠。

（2）考慮單邊日照下，高墩墩頂縱向位移較為明顯，可作為高墩幾何非線性分析的前期缺陷，對(duì)薄壁高墩穩(wěn)定性的影響不容忽視。

［1］JTGD62-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

［2］凱爾別克.太陽(yáng)輻射對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1981.

［3］馬保林.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［4］李國(guó)豪.橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1996.

圖4　防拋網(wǎng)立面圖（單位：cm）

4　結(jié)　語(yǔ)

跨越鐵路橋梁的設(shè)計(jì)，要充分施工及運(yùn)營(yíng)期間考慮對(duì)鐵路的安全影響，與鐵路充分溝通，重視鐵路的要求，選擇適合本橋位的橋型，周密安排每項(xiàng)施工過(guò)程，才能保證跨越鐵路橋梁的順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉東.跨越既有高速鐵路橋梁施工方案及防護(hù)設(shè)計(jì)研究［J］.橋梁建設(shè)，2010（6）:70-72.

［2］JTG D60—2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］.

U443.22

B

1009-7716（2016）09-0145-02

2016-05-09

夏文敏（1985-），男，海南萬(wàn)寧人，工程師，從事路橋勘察設(shè)計(jì)工作。