[發明專利]一種深水長大棧橋結構設計方法

在審

• 申請號: 202111151478.0
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN114091138A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 伍彥斌;朱杰兵;吳建亮;黃宜偉;涂濤;康宇;胡云峰;莫利民
• 申請（專利權）人: 中鐵五局集團機械化工程有限責任公司;中鐵五局集團有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 鄧宇

本發明公開了一種深水長大棧橋結構設計方法，該方法采用CAD、MidasCivil和ANSYS三個軟件平臺相結合，首先采用MidasCivil進行單聯上部結構計算，得到上部結構的最不利支反力；再采用ANSYS建立全橋所有下部結構的有限元模型，采用“土彈簧”模擬棧橋的樁?土的相互作用，并施加下部結構的荷載，進行全橋下部結構計算；將各個鋼管樁入土段中雙向彎矩矢量和最大的節點作為等效嵌固點，計算各根鋼管樁的“計算長度”，采用APDL進行各根鋼管樁的雙向壓彎整體穩定性計算；再根據計算結果對各根鋼管樁的管徑和壁厚進行優化調整。本發明方法建模與分析效率高、程序通用性強，可實現建模數據的批量導出和計算，極大地減少人工處理工作量。

技術領域

本發明屬于土木建筑工程技術領域，涉及深水橋梁施工臨時結構，特別涉及一種深水長大棧橋結構設計方法。

背景技術

對于跨越海灣、江河、湖泊、水庫等的水中橋梁工程，為便于施工材料、機械設備的運輸和通行，需設置臨時棧橋。臨時棧橋的結構組成一般為：橋面采用裝配式加勁鋼橋面板，橫向分配梁采用工字鋼，縱向主梁采用貝雷梁，貝雷梁下設置承重橫梁，承重橫梁下設置鋼管樁基礎。在汽車車輛、制動力、沖擊力、風荷載、流水壓力、波浪力、潮汐力及撞擊力等荷載的作用下，為了確保棧橋的穩定性和安全性，必須對棧橋結構進行充分的受力性能驗算。對于深水棧橋而言，鋼管樁基礎的規格及入土深度是決定棧橋受力性能的關鍵因素。

現有的臨時棧橋結構設計方法，一般是在結構總體布置完成后，選取鋼管樁長度最大的3～5孔棧橋，建立有限元計算模型，然后進行移動荷載分析和屈曲分析，得到各類荷載的作用效應，根據作用效應對結構總體布置進行調整。

其中，鋼管樁基礎常用的模擬方法主要有兩種，一種是“虛擬嵌固點法”，一種是“m法”。

采用虛擬嵌固點法，是假設鋼管樁在虛擬嵌固點位置處固結，該虛擬嵌固點的深度一般為樁的相對剛度系數T值的1.8～2.2倍，其中樁的相對剛度系數T值由樁身抗彎剛度E_pI_p、換算寬度b₀和樁側地基土的m值計算得到，對于多層土，需要計算鋼管樁穿越土層的等效m值。目前，相關的樁基設計規范中僅提供了2層土的等效m值計算方法，對于超過2層土的樁基，等效m值的計算非常麻煩，而且偏差較大。采用“m法”，是對埋入土中的鋼管樁進行較細致的網格劃分，然后在鋼管樁節點處建立“土彈簧”，土彈簧的剛度根據節點深度z_i、單元長度l_i、換算寬度b₀和樁側地基土的m值計算得到，可以較為準確地模擬樁-土相互作用，分析鋼管樁的強度和屈曲模態。但采用“m法”，因為沒有“虛擬嵌固點”，故無法直接計算鋼管樁的“計算長度”，不便于進行鋼管樁的壓彎穩定性驗算。

發明內容

本發明目的在于提供一種深水長大棧橋結構設計方法，采用Midas Civil進行單聯棧橋上部結構計算，采用ANSYS進行全橋下部結構計算，基于ANSYS軟件的APDL語言，編制建模和分析程序，建立長大棧橋全部鋼管樁基礎和樁間聯系梁的有限元模型，將計算得到的鋼管樁入土段中雙向彎矩矢量和最大的節點作為等效嵌固點，以此確定鋼管樁的“計算長度”，進行鋼管樁的雙向壓彎整體穩定性計算，從而解決上述問題。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種深水長大棧橋結構設計方法，包括以下步驟：

步驟1：進行棧橋的總體布置，其中，棧橋的寬度為所需通行的履帶車輛的履帶最大展開寬度加安全距離，棧橋的標準跨徑的取值范圍為12m～15m，單聯棧橋段由4～6個標準跨徑組成，單聯棧橋段的立面對稱布置，棧橋可包括曲線棧橋段，曲線棧橋段的平面按折線布置；

步驟2：選取任一單聯棧橋段，采用Midas Civil建立單聯棧橋段的上部結構的有限元模型，施加上部結構的荷載，進行上部結構的移動荷載分析、靜力分析和屈曲分析，得到上部結構的最不利支反力；