福平铁路大跨连续梁临时支墩数值模拟计算与分析

福平铁路大跨连续梁临时支墩数值模拟计算与分析

刘雄刚

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

［摘要］以福平铁路某80.6+128+80.6m连续梁临时支墩设计为例，对连续梁临时支墩的计算过程进行了详细的阐述，并通过有限元软件Midas对某特大桥的临时支墩进行了数值分析，结合施工现场的实际情况，论证有限元数值模拟方法满足施工现场要求。

［关键词］连续梁；悬臂浇注；数值模拟；支墩

1 工程概况

随着铁路、公路、市政道路的迅速发展，在工程建设中，跨线连续梁悬臂法施工的现浇预应力混凝土连续箱梁被越来越广泛的使用，主墩临时固结措施的稳定性和安全性就显得尤为重要。

福平铁路某连续梁主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，计算跨度为80.6+128+80.6m，梁全长290.9m，采用悬臂浇筑施工。

梁体截面采用单箱单室、变截面直腹板形式。箱梁顶宽12m，底宽7m，中心点截面中心处梁高9.6m，线路中线及底板座范围梁高9.665m；中跨跨中9m直线段，边跨20.5m直线段，截面中心处梁高5.6m，线路中心线及底板座范围梁高5.665m。梁端1.45m直线段，截面中心处梁高5.6m，线路中心处及底板座范围梁高5.615m。顶板厚度除梁端附近外均为450～650mm，按折线变化；腹板厚640～1100mm，按折线变化；底板厚度由跨中的520mm按二次抛物线变化值根部的1200mm。全联在端支点、中跨及中支点处共设置5个横隔板。隔板厚度：边支座1.5m，中跨0.8m，中支点处3m。横隔板设有过人孔洞。箱梁两侧腹板与顶底板相交处外侧均采用圆弧倒角过渡。桥面板宽12m，桥梁建筑总宽12.28m，防护墙内侧净宽8.8m，桥上人行道栏杆内侧净宽11.9m。

2 连续梁临时支墩数值模拟

2.1 荷载计算参数

（1）梁重不均匀，一个悬臂自重增大5%，另一个悬臂自重减少5%；

（2）挂篮、及施工机具重量偏差系数，一端采用1.2，另一端采用0.8；

（3）梁体上堆放工具材料，一侧悬臂作用有5kN/m均布荷载，并在端头有150kN集中力，另一侧悬臂空载；

（4）挂篮向20号段移动时不同步，一端移到20号段位置，另一端相差2.0m；

（5）20号梁段混凝土灌注不同步，一端灌注完成，另一端灌注一半；

（6）在灌注20号段时，一端挂篮连同混凝土坠落，梁体、挂篮、机具及其它荷载动力系数1.2；

（7）最大悬臂长度时，一端悬臂承受100%的风载。另一端悬臂承受竖向50%的风载［1］。

按《铁路桥涵设计基本规范》，风荷载强度

其中基本风压W0=700Pa；风载体系数K1=1.3；风压高度变化系数K2=1.13；地形、地理条件系数K3=1.0［2］。

则风荷载强度W=1028.3Pa。

组合1：荷载1+荷载2+荷载3+荷载5+荷载7。如图1所示。

图1 临时支墩在荷载组合1条件下的计算图示

组合2：荷载1+荷载2+荷载3+荷载4+荷载7。如图2所示。

图2 临时支墩在荷载组合2条件下的计算图示

组合3：荷载1+荷载2+荷载3+荷载6。如图3所示。

图3 临时支墩在荷载组合3条件下的计算图示

组合4：荷载1+荷载2+荷载3+荷载8。此项组合用以检算临时支墩抵抗横向风荷载的承载力。

2.2 临时支墩反力的数值计算

本项目临时支墩采用有限元软件Midas进行分析计算，采用梁单元［3］。在上述4种荷载组合情况下分别计算出临时支墩反力。

荷载组合1情况下临时支墩反力f1=25884.5 kN，f1＇=11730kN，如图4所示。

图4 Midas计算软件下荷载组合1的反力图

荷载组合2情况下临时支墩反力f2=23502.5 kN，f2＇=13011.8kN。

荷载组合3情况下临时支墩反力f3=32103.4 kN，f3＇=4033.4kN。

荷载组合3情况下临时支墩反力f4=25151.8 kN，F4＇=13663.4kN。

2.3 临时支墩局部数值分析与计算

本项目临时支墩局部分析采用有限元软件Midas进行分析计算，利用支墩反力建好的模型，对支墩局部数值进行整理，得到临时支墩的轴力和应力情况，如图5、6所示。

图5 临时支墩轴力图

在横向风荷载作用下，支墩横向联接系杆件最大应力为140MPa，强度满足要求。不考虑挂篮坠落工况时：

单个临时支墩所受压力最大值Fmax=f4= 25884.5kN

考虑单侧挂篮坠落工况时：

单个临时支墩所受压力最大值Fmax=f3= 32103.4kN

图6 临时支墩应力图

3 临时支墩钢管混凝土柱计算

临时支墩采用φ1220×12的钢管混凝土柱。钢管内填充C40混凝土［4］。钢管混凝土材料各性能指标及计算分析如表1所示。

以上计算可得，单根钢管混凝土柱承载力设计值为37111.7kN。大于单根临时支墩所受最大压力。经计算，横向联接系杆件强度、稳定满足规范要求。

4 结束语

本文以福平铁路某跨径80.6+128+80.6m的连续梁临时支墩设计为例，阐述了连续梁临时支墩的计算过程，并通过有限元软件Midas对该特大桥的临时支墩进行了数值分析，施工一线采用了上述的临时支墩很好的完成了施工任务，保障了施工时结构的稳定与安全，说明上述数值模拟方法真实有效，可以作为连续梁临时支墩计算的参考，对类似的施工临时结构设计有很好的借鉴价值。

表1 钢管混凝土材料性能表（根据规程DL/T5085-1999）

混凝土C 4 0钢材Q 2 3 5混凝土强度标准值f c k / M P a 2 6 . 8混凝土强度设计值f c / M P a 1 9 . 1钢材屈服强度f y / M P a 2 3 5钢材抗压强度设计值f / M P a 2 1 5钢管外径D / m m 1 2 2 0钢管壁厚t / m m 1 2组合截面面积A s c / m m21 1 6 8 9 8 6 . 6 2 5核心混凝土横截面积A c / m m21 1 2 3 4 4 6钢管横截面积A s / m m24 5 5 4 0截面约束效应系数标准值K C k 0 . 3 5 5截面约束效应系数设计值K C 0 0 . 4 9 8 7系数B 1 1 . 1 4 9系数C 1 -0 . 1 0 8组合轴压强度标准值f s c y / M P a 4 3 . 0 6 9组合轴压强度设计值f s c 3 3 . 5 8 9比例极限f s c p / M P a 2 9 . 2 8 7比例极限对应的应变e p x l s c p 0 . 0 0 0 7组合轴压弹性模量E s c / M P a 3 8 3 4 6组合容重/（N / m3）2 . 7 E -0 5轴压承载力设计值/ k N 3 9 2 6 5弹性失稳界限长细比L M D p 1 1 3 . 6 7 7弹塑性失稳界限长细比L M D o 1 2 . 6 5 8计算长度L / m m 1 5 0 0 0长细比L M D 4 9 . 1 8 0系数d 7 5 0 0系数e 1 3 1 8 7 1 5 2 3系数b 0 . 0 0 1系数c 0 . 9 9 3系数a -4 E -0 5轴压稳定系数F I 0 . 9 4 5轴压稳定承载力设计值/ k N 3 7 1 1 1 . 7

［参考文献］

［1］ 姚璐. 客运专线连续梁悬臂施工临时支墩设计［J］. 城市道桥与防洪，2014（7）：118-121.

［2］ 毕永清. 大跨度连续梁桥体外临时支墩设计与施工技术［J］. 铁道建筑技术，2014（7）：13-16.

［3］ 谌跃飞. 连续箱梁桥梁悬臂现浇施工临时支墩结构受力有限元分析［J］. 广东建材，2013（6）：22-24.

［4］ 兰升元. 客专连续梁临时支墩稳定性分析［J］. 内蒙古公路与运输，2015（5）：1-4.

Numerical simulation and analysis of large span continuous beam temporary support pier in Fu-Ping railway

LIU Xiong-gang

［中图分类号］U445.4

［文献标识码］B

［文章编号］1001-554X（2017）05-0138-03

DOI：10.14189/j.cnki.cm1981.2017.05.025

［收稿日期］2017-03-20

［通讯地址］刘雄刚，天津市河西区柳林中铁十八局集团有限公司