何建華

摘? ?要： 在水上建筑工程方面鋼質(zhì)棧橋的使用越來越多，橋面載荷多為裝載量較大的重型卡車或工程車輛。棧橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析事關(guān)橋梁的承載能力和使用的安全性，是結(jié)構(gòu)工程師重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。以某連接碼頭及江中船舶的鋼質(zhì)棧橋?yàn)槔捎糜邢拊浖虻恼w模型，計(jì)及橋梁自重、車輛載荷的綜合作用，通過有限元方法對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核分析，指出該類棧橋設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，為此類棧橋的設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)棧橋? 有限元方法? 強(qiáng)度分析

中圖分類號(hào)：TD52;TU391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0145-02

鋼質(zhì)棧橋與普通橋梁不同，其下方不設(shè)橋墩，多用于連接碼頭和位于江中的船舶或固定式建筑物。由于不設(shè)橋墩，其整橋的跨距不太長，一般為幾十米，橋面多用于行人或工程車輛行走。在鋼質(zhì)棧橋的設(shè)計(jì)中，跨距、橋面載荷的大小及形式是設(shè)計(jì)的外部條件，橋梁的截面形狀、材料特性是內(nèi)部設(shè)計(jì)條件。作為結(jié)構(gòu)工程師，其任務(wù)就是根據(jù)上述各條件設(shè)計(jì)出既符合使用要求又安全、可靠的棧橋結(jié)構(gòu)。本文以某連接碼頭及江中船舶的鋼質(zhì)棧橋?yàn)槔?，采用有限元方法對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核分析，為此類棧橋的設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

1? 棧橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

本鋼質(zhì)棧橋用于連接碼頭及江中船舶，橋的一端置碼頭地面處，另一端通過鋼鉸鏈與江中船舶連接，供載貨汽車上下船舶使用。橋長21m，橋?qū)?m，橋上行走的車輛整車裝貨總質(zhì)量不大于50t，假定車輛一共有三根車軸，單軸負(fù)荷不大于16.7t。棧橋的布置示意圖見圖1，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元模型示意圖見圖2。

在計(jì)算中邊界條件設(shè)定如下：棧橋與碼頭連接處約束其節(jié)點(diǎn)的垂向線位移，棧橋與船舶連接處約束其節(jié)點(diǎn)的三向線位移。計(jì)算載荷如下：本棧橋設(shè)計(jì)的行走車輛總重量為50t，在計(jì)算中考慮到水體引起的橋面晃動(dòng)等因素，計(jì)算載荷取為1.2倍的車輛總重量，即為60t。同時(shí)，在計(jì)算中需要計(jì)入棧橋自重的影響，因此該自重以重量加速度的方式施加在模型中。各載荷施加見圖3，各構(gòu)件應(yīng)力云圖見圖4～圖6。

在棧橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核中，偏于安全考慮，將車輛載荷施加在棧橋的中點(diǎn)位置處，此狀態(tài)是棧橋結(jié)構(gòu)受載最為嚴(yán)重的狀態(tài)，也是棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考核的重點(diǎn)工況。同時(shí)，本棧橋的自重已達(dá)41t，該自重載荷與設(shè)計(jì)行走的車輛載荷已基本相當(dāng)，因此棧橋自重是一個(gè)不可忽略的載荷。從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，在變形方面骨架頂部弧形工字鋼梁變形比較嚴(yán)重，表現(xiàn)出波浪狀的變形。骨架的垂向支撐桿由規(guī)格較大的工字鋼構(gòu)成，變形量很小，給整個(gè)橋梁提供了較好的支撐作用。橋面則表現(xiàn)出中部下凹的變形趨勢，這是載荷位于橋面中部造成的。此外，橋面鋼板下面設(shè)置了數(shù)道縱向加強(qiáng)筋，對橋面起到了較好的抗彎曲變形作用，且大部分的彎曲應(yīng)力由該縱向加強(qiáng)筋吸收。從板、梁的應(yīng)力分布可以看出，在該棧橋結(jié)構(gòu)中骨架梁的設(shè)置起到了至關(guān)重要的作用，是棧橋結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)件。

2? 結(jié)語

（1）采用有限元方法來計(jì)算分析鋼結(jié)構(gòu)棧橋的強(qiáng)度是模擬度和可靠度較高的方法，能綜合考慮各種載荷的疊加效應(yīng)，并能分析得到各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力大小及變形量，利于后續(xù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

（2）對于承載負(fù)荷較大的鋼結(jié)構(gòu)棧橋，其橋面上方的骨架設(shè)計(jì)尤為重要，它是提高整個(gè)棧橋抗彎能力的主要構(gòu)件。

（3）橋面鋼板下的縱向加強(qiáng)筋（梁）不僅起到劃分結(jié)構(gòu)板格的作用，同時(shí)還是橋面應(yīng)力的主要吸收構(gòu)件，分擔(dān)了橋面的大部分應(yīng)力。在棧橋設(shè)計(jì)中，合理設(shè)置橋面縱向加強(qiáng)筋對提高橋面承載力和抗變形能力起到事半功倍的效果。

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