黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁抗风牛腿设计.pdf

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1、呈Q!!生箜2塑f望簋兰Q!塑)江酉建挝童通王猩黄冈公铁两用长江大桥钢桁梁抗风牛腿设计■张敏■中国公路工程咨询集团有限公司(武汉)建设分公司。湖北武汉430056摘要：黄冈公铁两用长江大桥钢桁粱在大悬臂架设施工过程中，在风荷载作用下钢梁会产生强大的扭矩和横向水平力，斜拉索初张拉后，主跨侧与边跨侧索力存在不平衡水平分力。采取的抗风措施是在钢梁A23一A24、A24一A25上弦杆与塔柱之间焊接只受压抗风牛腿，用来抵抗扭矩和索力不平衡水平分力；利用下横粱顶部抗震挡块，约束钢梁下弦杆横向位移，抵抗风载产生的横向水平力。本文介绍钢桁梁抗风牛腿的设计，并采

2、用有限元软件对抗风牛腿进行受力分析，保证抗风牛腿满足受力要求。关键词：斜拉桥公路铁路两用桥钢桁梁大悬臂施工抗风措施抗风牛腿设计有限元分析1工程概况黄冈公铁两用长江大桥是新建武汉至黄冈城际铁路及黄冈至鄂州高速公路的关键性控制工程，大桥位于长江黄州河段上端三江口附近、唐家渡综合码头上游约240m位置，上距阳逻长江大桥约37kin，下距鄂黄长江大桥约17km。主桥全长1215m。主桥采用(81+243+567+243+81)m钢桁斜拉桥方案，长1215m，公铁合建。主梁采用N形桁架，倒梯形横截面。主桁桁高为15．5m，上弦主桁系统线间距27．5m，下

3、弦主桁系统线间距16．0m，腹杆倾斜设置。上弦公路桥面结构采用正交异性板纵横梁结构体系，下弦铁路桥面结构采用密横梁结构体系。主桥结构布置见图1，钢桁梁断面见图2。钢桁粱架设采用散拼方案，以桥塔为中心利用2台架粱吊机对称悬臂拼装施工。图1主桥结构布置图(单位Iffll固。国II自。剀l、蟥F。异千一F。年H。。{。；。⋯F。L’讦～曙黄掣秒八名A．．八。八蔫∥I￡——Tn、、／／／，／／／兰／／／／／J≥一一厉琳丰旧≈。1。。。■w。-11“√l■，灯u“图2钢桁梁断面图(单位cm)2抗风措施通过对几种抗风措施进行计算分析，结合现场实际施工情况，

4、最终采取在钢梁A23一A24、A24一A25上弦杆与塔柱之间焊接只受压抗风牛腿，用来抵抗风荷载对钢梁产生的扭矩和斜拉索索力不平衡水平分力，并利用下横粱顶部抗震挡块，约束钢梁下弦杆横向位移，抵抗风荷载产生的横向水平力的组合抗风措施。该组合抗风措施利用塔柱对对角线上的两个牛腿的支承反力形成一对力偶，抵抗风荷载对钢梁产生的扭矩。牛腿与塔柱之间抄垫预留10ram左右间隙，主、边跨两侧斜拉索索力平衡水平分力由钢梁弦杆承担，10ram间隙作为弦杆压缩变形预留量；索力不平衡水平分力由塔柱对牛腿的支承反力来平衡。抗风措施布置见图3。3抗风牛腿设计·】74·鼍罱

5、幕帛i确黟*—。=哆。‘m矗釜驾，s铰，图3抗风措施布置图(单位mm)3．1牛腿设计抗风措施采用在上弦杆上焊接只受压抗风牛腿，利用塔柱对牛腿的支承反力，抵抗风荷载对钢梁产生的扭矩及斜拉索索力不平衡水平分力。根据整体模型计算分析的结果，抗风牛腿最大工作荷载按800t考虑，安放抄垫垫块时使用200t千斤顶辅助作业。抄垫垫块与塔柱之间预留10mm间隙。抗风牛腿为钢板焊接结构，使用与钢梁相同的Q370qE材料，焊材及焊接工艺与钢梁相同。抗风牛腿作为主体结构的一部分永久保留，因此牛腿需要满足受力安全、焊接简便、结构美观等要求。牛腿采用钢板焊接结构，竖板作

6、为直接受力区，将作用力传给牛腿顶底板，牛腿顶底板与钢梁上弦杆顶底板焊接，将力传给钢梁上弦杆顶底板。牛腿顶板厚28ram，底板厚32ram，竖板厚28mm。除牛腿顶、底板与钢梁弦杆顶、底板焊接外，还在顶板设置两道加劲板。牛腿在工厂焊接成整体，运往现场焊接，牛腿竖板设人7L，方便工人施焊。牛腿顶、底板分别与钢梁顶、底板对齐，单面坡口焊。3．2牛腿计算分析采用有限元细部分析软件MidasFEA3．0建立抗风牛腿与部分钢梁整体模型，按800t极限工作荷载对抗风牛腿进行受力分析。抗风牛腿有限元模型见图4。图4抗风牛腿有限元三维模型图根据整体有限元模型TO

7、P面范梅塞斯应力图，可知99．5％的网格应力<[370]MPa，只有0．5％的网格应力超过钢材的屈服强度。通过BOT面范梅塞斯应力云图，可知99．3％的网格应力<[370]MPa，只有0．7％的网格应力超过钢材的屈服强度。牛腿的主要受力板件是顶板和底板，单独研究顶板、底板的应力情况。根据顶板TOP面范梅塞斯应力云图，可知98．3％的网格应力<【370]MPa，只有1．7％的网格应力>[370]MPa，最大应力出现在顶板与钢梁上弦杆顶板焊接处尾部，属应力集中现象，顶板TOP面范梅塞斯应力满足要求；根据顶板BOT面范梅塞斯应力云图，可知97．9％的

8、网格应力<[370]MPa，只有2．1％的网格应力>[370]MPa，最大应力出现在顶板与钢梁上弦杆顶板焊接处尾部，属应力集中现象，顶板BOT面范梅塞