[发明专利]一种深水长大栈桥结构设计方法

说明书

本发明公开了一种深水长大栈桥结构设计方法，该方法采用CAD、MidasCivil和ANSYS三个软件平台相结合，首先采用MidasCivil进行单联上部结构计算，得到上部结构的最不利支反力；再采用ANSYS建立全桥所有下部结构的有限元模型，采用“土弹簧”模拟栈桥的桩‑土的相互作用，并施加下部结构的荷载，进行全桥下部结构计算；将各个钢管桩入土段中双向弯矩矢量和最大的节点作为等效嵌固点，计算各根钢管桩的“计算长度”，采用APDL进行各根钢管桩的双向压弯整体稳定性计算；再根据计算结果对各根钢管桩的管径和壁厚进行优化调整。本发明方法建模与分析效率高、程序通用性强，可实现建模数据的批量导出和计算，极大地减少人工处理工作量。

技术领域

本发明属于土木建筑工程技术领域，涉及深水桥梁施工临时结构，特别涉及一种深水长大栈桥结构设计方法。

背景技术

对于跨越海湾、江河、湖泊、水库等的水中桥梁工程，为便于施工材料、机械设备的运输和通行，需设置临时栈桥。临时栈桥的结构组成一般为：桥面采用装配式加劲钢桥面板，横向分配梁采用工字钢，纵向主梁采用贝雷梁，贝雷梁下设置承重横梁，承重横梁下设置钢管桩基础。在汽车车辆、制动力、冲击力、风荷载、流水压力、波浪力、潮汐力及撞击力等荷载的作用下，为了确保栈桥的稳定性和安全性，必须对栈桥结构进行充分的受力性能验算。对于深水栈桥而言，钢管桩基础的规格及入土深度是决定栈桥受力性能的关键因素。

现有的临时栈桥结构设计方法，一般是在结构总体布置完成后，选取钢管桩长度最大的3～5孔栈桥，建立有限元计算模型，然后进行移动荷载分析和屈曲分析，得到各类荷载的作用效应，根据作用效应对结构总体布置进行调整。

其中，钢管桩基础常用的模拟方法主要有两种，一种是“虚拟嵌固点法”，一种是“m法”。

采用虚拟嵌固点法，是假设钢管桩在虚拟嵌固点位置处固结，该虚拟嵌固点的深度一般为桩的相对刚度系数T值的1.8～2.2倍，其中桩的相对刚度系数T值由桩身抗弯刚度E_pI_p、换算宽度b₀和桩侧地基土的m值计算得到，对于多层土，需要计算钢管桩穿越土层的等效m值。目前，相关的桩基设计规范中仅提供了2层土的等效m值计算方法，对于超过2层土的桩基，等效m值的计算非常麻烦，而且偏差较大。采用“m法”，是对埋入土中的钢管桩进行较细致的网格划分，然后在钢管桩节点处建立“土弹簧”，土弹簧的刚度根据节点深度z_i、单元长度l_i、换算宽度b₀和桩侧地基土的m值计算得到，可以较为准确地模拟桩-土相互作用，分析钢管桩的强度和屈曲模态。但采用“m法”，因为没有“虚拟嵌固点”，故无法直接计算钢管桩的“计算长度”，不便于进行钢管桩的压弯稳定性验算。

发明内容

本发明目的在于提供一种深水长大栈桥结构设计方法，采用Midas Civil进行单联栈桥上部结构计算，采用ANSYS进行全桥下部结构计算，基于ANSYS软件的APDL语言，编制建模和分析程序，建立长大栈桥全部钢管桩基础和桩间联系梁的有限元模型，将计算得到的钢管桩入土段中双向弯矩矢量和最大的节点作为等效嵌固点，以此确定钢管桩的“计算长度”，进行钢管桩的双向压弯整体稳定性计算，从而解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种深水长大栈桥结构设计方法，包括以下步骤：

步骤1：进行栈桥的总体布置，其中，栈桥的宽度为所需通行的履带车辆的履带最大展开宽度加安全距离，栈桥的标准跨径的取值范围为12m～15m，单联栈桥段由4～6个标准跨径组成，单联栈桥段的立面对称布置，栈桥可包括曲线栈桥段，曲线栈桥段的平面按折线布置；

步骤2：选取任一单联栈桥段，采用Midas Civil建立单联栈桥段的上部结构的有限元模型，施加上部结构的荷载，进行上部结构的移动荷载分析、静力分析和屈曲分析，得到上部结构的最不利支反力；