钢栈桥屈曲稳定性分析研究

钢栈桥屈曲稳定性分析研究

简顺艺

重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074

摘要：本文依托施工临时结构，针对钢栈桥的运载不同的多种工况下，对钢栈桥的屈曲稳定性进行验算，通过验算钢栈桥的最小特征值大小，从而判定该结构的稳定性。尤其是对于高墩临时结构，工程上很容易忽视此类问题，屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，包括线性屈曲和非线性屈曲分析。线弹性失稳分析又称特征值屈曲分析。本文利用Midas Civil有限元软件分别对八种工况下，钢栈桥进行屈曲分析，通过特征值的大小判定结构的稳定性。

关键词：钢栈桥 屈曲 特征值

一、钢栈桥及屈曲的作用

钢栈桥是一种装配式、可周转循环使用的绿色桥梁，广泛应用于灾后恢复应急桥、桥梁施工过程的施工平台、桥梁和地铁制造过程的模板支撑等，国内常用的为桁架贝雷桥，由标准贝雷片组合。近几年来，大跨度钢栈桥因为重量轻，抗震性能好，跨度大，在新建改建工业建筑中得到广泛运用，尤其是作为搭建跨越障碍物的临时结构。其承载能力在施工过程中也存在着至关重要的作用。然对于高墩钢栈桥，开展屈曲稳定验算是一项不可忽视的工序。

二、工程背景与有限元模型建立

论文依托工程为某河流的施工临时结构钢栈桥，标准跨径为72m，标准桥宽6m，加宽段跨径为15m，桥宽8.71m。桥型立面布置图见图1所示。并且采用Midas/Civil建立有限元模型。如图2所示。

图1 桥梁立面布置示意图

图2 主梁有限元实体模型

三、钢栈桥施工屈曲工况分析

本文按照项目要求，将施工工况分设计为八类，每一类分别对钢栈桥进行受力验算。

（一）设计工况分析

设计时按以下8种工况计算。

工况（1）：50T混凝土罐车作为移动荷载通过栈桥，为了保守设计，本栈桥设计车辆在通过平台时应该行驶在偏离钢栈桥横桥向2m处。此工况跨度最大、车辆重量大。

荷载组合：结构自重+ (满载混凝土罐车) +0.75×(水流荷载)

工况（2）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上0m处。

荷载组合：结构自重+0.75× (水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）。

工况（3）：73t旋挖机作用在钢栈桥上3.75m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

工况（4）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上7.4m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

工况（5）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上36m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

工况（6）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上39m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

工况（7）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上78.75m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

工况（8）：73t旋挖机作用在钢栈桥顺桥向上82.4m处。

荷载组合：结构自重+0.75×(水流荷载)+（73t旋挖机）+（施工荷载）

在各工况下73t旋挖机放置位置如图2所示：

图3 各工况下旋挖机放置位置

（二）屈曲计算

利用Midas/Civil有限元软件模型对钢栈桥分别开展各个计算工况下的稳定验算时，要考虑到贝雷片连接之间使用的是销接，以及立柱之间连接方式的对比，所以在使用屈曲计算时，要考虑非线性的情况，如模态计算结果显示钢栈桥是区域性变形，则可以考虑多计算几个模态，观察整体运动是否在较后的模态产生。本案例其各工况弹性屈曲系数如表1所示。

由上表可以看出钢栈桥在这八种工况下的最小屈曲特征值为4.96大于4，满足规范要求。

四、结论

通过上面几种工况的最小屈曲特征值可知，该模型所有工况均满足稳定验算，屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，屈曲分析包括线性屈曲和非线性屈曲分析。本依托工程采用非线性屈曲分析，证明了该钢栈桥的屈曲稳定性满足要求。

参考文献：

[1] 钱若军,李亚玲.网壳结构非线性稳定分析研究:空间结构论文集.上海:同济大学出版社，1991(3).

[2] 《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）；

[3] 王亭亭,龙连春.缺陷薄板结构屈曲承载力分析[C].北京力学会议第20届学术年会,北京，2014.

作者简介：简顺艺（1997-），男，汉族，贵州遵义人，工学硕士研究生，研究方向：大跨径桥梁设计理论。