大跨钢管混凝土提篮拱桥竖转施工吊耳局部受力性能分析

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摘 要：本文结合实际工程，对石家庄某钢管拱桥梁拱勒上的吊耳进行局部性能的分析。利用有限分析软件MIDAS，建立吊耳模型，通过软件得出的数据进行分析，来确定吊耳结构的可靠度，从而确保施工过程的安全。

关键字：钢管拱；吊耳；MIDAS；应力分析

中图分类号：U445文献标识码:A

引 言

钢管混凝土结构在土木工程中的应用至今已有100多年的历史，我国则是在20世纪60年代开始研究和开发应用钢管混凝土结构，由于钢管混凝土结构在桥梁上的应用，同时解决了拱桥高强度材料应用和轻型化施工两大难题。钢管混凝土借助内填混凝土增加钢管的稳定性，钢管对核心混凝土的套箍作用，使得混凝土处于三向受压状态，从而使得混凝土具有更高的抗压作用和变形能力。其特点主要表现在: 承载力高、塑性、韧性、抗震性能好、施工方便、耐火性能较好、经济效果好。

在钢管拱施工过程中，吊耳作为安装在拱勒上用于提升的吊点结构，是拱勒吊装过程中最直接的受力部位，有着举足轻重的作用。因此在实际工程中，吊耳的受力问题也是不容忽视的。本文以实际的钢管混凝土提篮拱桥实例为背景，通过模拟吊耳结构的受力状态，来对吊耳的局部受力性能进行分析。

吊耳应力分析

（一）建立计算模型

本文以河北石家庄某钢管拱桥为依托工程，该桥与线路方向呈110角，与水流方向夹角约为70度。主桥采用40+200+40m中承式提篮拱桥结构，桥面宽度51.6米，主拱肋采用钢管拱，主跨拱之间采用钢横梁。该桥主跨钢管拱采用竖转提升方案。

为了能真实的模拟吊耳结构的受力状态，计算模型中吊耳附近的拱肋用壳单元模拟，吊耳结构采用板单元模拟。（计算过程中所采用的单位为N和mm）

利用有限分析软件MIDAS建立全桥和吊耳的实体模型（如图）。其中，支架以及之间横梁的横撑杆和斜撑杆都采用桁架单元；主管、上下弦杆、拱肋的上下弦杆、腹杆、两拱肋之间的横向联系梁上下弦杆都采用梁单元；缀板采用板单元；拉索采用杆单元。

图1全桥及吊耳模型

（二）计算结果与分析

图2吊耳最大主应力分布图图3 吊耳最小主应力分布图

图4拱肋最大主应力分布图图5拱肋最小主应力分布图

从以上各图可知，吊板靠近跨中方向拱肋与吊板端部产生挤压应力，最大主应力为240.6MPa，最小主应力为88.97MPa，小于材料的容许应力值345 MPa。

图6吊耳主板最大主应力分布图 图7吊耳主板最小主应力分布图

由以上应力分布图知：（1）吊耳主板前点处应力最大，其中插入内拱肋的吊耳主板前点处应力最大为202.74MPa，插入外拱肋的吊耳主板前点处应力最大为175.36MPa，均小于材料应力容许值345MPa。（2）吊耳主板顶端及前点处应力最小，其中插入内拱肋的吊耳主板应力最小为-88.98MPa，插入外拱肋的吊耳主板应力最小为-88.48MPa，均小于材料应力容许值345MPa。

吊点下腹杆应力分析

（一）吊板和腹杆局部构造图

图8吊板和腹杆局部构造图

（二）腹杆底部横截面应力

由计算可知，与壳单元连接的拱肋直腹杆应力最大值为58.95MPa，小于材料应力容许值345MPa，与壳单元连接的拱肋斜腹杆应力最大值为45.99MPa，小于材料应力容许值345MPa。

（三）放大260倍的吊耳及部分壳单元拱肋位移

用模型模拟了吊耳及部分拱肋模型，吊板和拱肋最大主应力为240.6MPa，最小主应力为88.97MPa。与壳单元连接的拱肋腹杆应力最大值为58.95MPa，小于材料应力容许值345 MPa。满足吊装要求。

结语

由MIDAS软件分析结果可知，吊耳的应力小于材料应力容许值，因此结构始终处于弹性工作状态，因此钢管拱的吊耳在整个吊装过程中均不会出现较大变形和应力过于集中，强度具有一定的安全储备，是可靠的，分析结果对实际工程的设计和检测有一定的参考。