钢栈桥屈曲稳定性分析研究

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桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真分析

____________________________________________________________桥隧工程觀桥梁水上钢栈桥、钢平台设计及有限元仿真分析耿嘉庆4"（.广西路建工程集团有限公司，广西南宁53000 42南宁市筑路技术与筑路材料工程技术研究中心，广西南宁53000 4）摘要：文章以某深水桥梁施工钢栈桥及钢平台为研究背景，依据水下桩基及水下承台施工业的要求进行钢栈桥及钢平台设计，并根据桥及钢平施工及承台施工过程中同工况下的最不利状态,对桥梁平台结构进行了仿计算。

结果表明，该桥及钢平受力性能用要求％关键词：钢栈桥;钢平台;结构设计'中图分类号：U442.5文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2021.04.047文章编号：673-4874（2021）04-0149-050引言民的发展，跨越大江大河的桥梁多，而桥梁深础施工桥梁施工的和关键由于平台具有施工方便、材料可周转、安全适用等点，已应用于桥梁深础的施工作业中。

桥梁桥及钢平台主要承受重型运输的移动荷载、起吊吊载、风荷载、动水压载的作用。

合考虑施工作业需求和施工成本的前提下进行桥及钢平台的结构设计，并验算钢栈桥及钢平同荷载组合下的强度、刚度及具有重要的意义％1工程概况大桥位于广西，全长940m,桥面宽13m。

该桥采用波形钢腹板预应力连续刚构桥结构，跨径布置为5X30m+100m+2xl85m+100m+7x30m。

其中主桥结构为波板预应力连续刚构，长570m,孔为100m+2x185m+100m；北岸桥为5x30m预应力混（后张）简支变连续T梁；南岸侧引桥为7X30m预应力混（后张）简支变连续T梁。

桥位主要为郁江，桥梁段属西津库区，最大水深约为11m,江面宽约590m。

桥址区常水位为60.68m，遇最高水位为61.96m。

依据质勘察资料和文资料，并结合实际工程需要，确桥及钢平台的顶面标高为67.17m。

钢桁桥的稳定性相关问题分析

钢桁桥的稳定性相关问题分析摘要：随着我国公路桥梁事业不断发展，钢桁桥应用越来越广泛，但是其稳定性也显得尤为重要。

本文重点对于钢桁桥的稳定性相关问题进行分析，在介绍钢桁桥稳定基本情况基础上，还针对当前稳定性的研究方法进行讨论。

关键词：钢桁桥，稳定性，承载能力，判定方法1引言钢桥由于采用高强度的材料而且易于加工，因此构件重量轻，运输、架设方便，是大跨径桥梁的理想材料，目前各类体系桥梁中，其最大跨径的桥梁皆为钢桥。

在要求工期短，施工干扰小的桥梁中，钢桥也是很好的选择。

钢桥的主要优点是：可以实现完全工业化的制造和拼装；上、下部结构可以同时施工，能够加快施工进度；由于钢材具有匀质性、构件轻的特点，用悬臂法施工比较方便；可以较方便的跨越大跨，节省施工时问和费用。

而钢桁桥除了具有钢桥的优点之外还有其自身独特的优点：可以上、下双层通车，能够满足公、铁两用及大交通量的需求；构件预制拼装速度快，经济效益显著等[1,2]。

而钢桁桥的稳定性的研究工作较少，本文主要讨论了钢桁桥的稳定性相关问题。

2钢桁桥的稳定性研究世界上曾经有过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故。

例如：俄罗斯的克夫达敞开式桥，于1875年因上弦压杆失稳而引起全桥破坏；1891年瑞士一座长42m的桥，当列车通过时，因结构失稳而坍塌，造成200多人死亡；加拿大的魁北克(Quebec)桥于1907年在架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而引起严重破坏事故，并且该桥在1916年9月11开园施工中的问题二度坍塌；前苏联的莫兹尔桥，于1925年试车时由于压杆失稳而发生事故；澳大利亚墨尔本附近的西门(WestGate)桥，于1970年在架设拼拢整孔左右两半(截面)钢箱梁时，上翼板在跨中央失稳，导致112m的整体倒塌。

近年出现的事故如1998年9月，浙江宁波招宝山斜拉桥在施工时主梁断裂，其中一个主要原因就是箱梁的底板过薄，在施工荷载作用下主梁被压溃。

2.1稳定的概念与分类桥梁结构的稳定性是关系其安全与经济的主要问题之一，它与强度问题具有同等重要的意义。

洪水期钢栈桥横向稳定性分析_冯燕平

：ＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｌｉｎｏｎｔｈｅｃａｓｅｏｆＳｔｅｅｌＴｒｅｓｔｌｅｅｎｉｎｅｅｒｉｎｏｆＮａｎｃｈｏｎＪｉａｌｉｎＲｉｖｅｒＳｕｅｒ－ｙｇｇｇｇｇｐ，ｌａｒｅＢｒｉｄｅｉｎＬａｎｚｈｏｕＣｈｏｎｉｎＲａｉｌｗａｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｕｓｅｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｔｏｃｏｎ－－ｇｇｇｑｇｙｒｅｓｓｕｒｅｄｕｃｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｓｉｓｏｎｌａｔｅｒａｌｓｔａｂｉｌｉｔｏｆｓｔｅｅｌｔｒｅｓｔｌｅｕｎｄｅｒｔｈｅｏｆｆｌｏｗｉｎ－ｐｙｙｇ，ｉｎｔｈｅｆｌｏｏｄａｎｄｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈｉｔｔｈｅｃｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｔｉｍｉｚａｗａｔｅｒｅｒｉｏｄｒｏｏｓｅｄ－ｐｐｐｐｇｐｔｉｏｎｌａｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｍｅａｓｕｒｅｓ．ｐｇ：；；；ＫｅｏｒｄｓＦｌｏｏｄｅｒｉｏｄＳｔｅｅｌｔｒｅｓｔｌｅＬａｔｅｒａｌｓｔａｂｉｌｉｔＡｎａｌｓｉｓｙＷｐｙｙ

跨海施工栈桥稳定性研究

跨海施工栈桥稳定性研究摘要：该文结合某特大桥施工栈桥工程实例，建立施工栈桥计算模型，以静力分析为基础，运用有限元分析软件Midas/civil分别对各设计状态的栈桥结构进行屈曲分析，从整体稳定的角度保证了栈桥结构的安全。

关键词：栈桥设计方法工作状态稳定性1 概述在近海或江河进行桥梁下部结构施工时，一般会面临潮位变化大、水流急、浪高等不利因素的影响，施工过程中的水上运输比较困难。

在这种情况下，架设临时栈桥可以有效地解决上述问题。

临时栈桥可作为施工中的运输通道，也可作为下部结构的施工平台，使水上施工变成路上施工，保证了在恶劣环境下施工的正常进行，大大缩短了施工工期，所以临时栈桥在桥梁施工工程中得到了广泛地应用。

1.1 栈桥应用和研究现状由于要保证施工过程中的水上运输的正常进行，所以临时栈桥通常具有一些比较特殊的服务功能。

一般来讲，临时栈桥应具有承载能力大、施工快捷、拆除方便、临时性及可重复利用等特点。

从理论上来讲，栈桥的上部结构形式并无特殊要求，但为了满足施工快捷及拆除方便的需要，通长采用便于拼装和拆除的结构形式，如桁架梁、钢箱梁等。

与上部结构相似，栈桥的下部结构也要考虑施工与拆除的方便，从而普遍采用钢管桩基础或预应力混凝土管桩基础等。

一般情况下临时栈桥的施工环境比较恶劣，栈桥施工受周围环境的影响也比较大。

特别是对于跨海临时栈桥，受风、浪、流等环境荷载复杂的作用，计算参数较多，在栈桥设计和施工中应尽量全面考虑。

目前我国修建了多种形式的临时栈桥，并且随着更多跨海、跨江大桥的修建，今后的桥梁施工将更多地采用临时施工栈桥。

另一方面，国内外对临时栈桥工程很少有比较系统研究，现有的参考文献也多为针对某具体工程的介绍。

为促进临时施工栈桥工程的发展，使栈桥的设计和施工更加科学合理化，有必要对临时栈桥的设计和施工进行系统地研究。

1.2 工程背景1.2.1 工程概况此特大桥是跨海大桥，全长2436.3?m。

下部有墩台75座，桩基594根，均为Ф1.25?m钻孔灌注桩基础，群桩式承台，圆端式桥墩，矩形空心桥台。

钢桥稳定设计的探讨

钢桥稳定设计的探讨【摘要】改革开放到现在，钢桥技术有了快速发展，尤其是近20年，钢桥了跨度、质量、工艺灯都有了长足的发展。

这与我国经济发展中对钢桥的需要是分不开的。

文章对钢桥稳定设计进行了分析，具有一定的借鉴意义。

【关键词】钢桥稳定设计前言文章对钢桥近十年来发展的趋向和钢桥钢材的力学性能进行了介绍，对钢桥稳定性设计的原则和钢桥稳定设计中的影响因素进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对钢桥稳定性研究中存在的问题进行探讨。

一钢桥近十年来发展的趋向1铁路、公路都大量采用钢桥目前我国钢梁总量近60万吨，主跨大于100m的铁路钢桥近20座。

随着公路钢桥的长大化发展，大跨度斜拉桥和悬索桥的面世，钢桥在公路桥中使用量正在增加。

主要是用于大跨度斜拉桥和悬索桥的主梁。

南浦大桥(主跨423m)主梁用钢量达6300t,杨浦大桥(主跨602m)主梁用钢量1.26万吨，我院正在设计的以扁平钢箱梁作主梁的斜拉桥福州青洲公路桥(主跨605m)，用钢量约14000t，西陵长江悬索大桥(主跨900m)，同样用扁平钢箱梁作主梁，用钢量约7200to 。

2钢桥长大化更迫切在通航条件要求较高的水系上.特别是在长江上建桥，普遍要求有更大的净宽以保证大桥和过往船只的安全。

此外，对于在深水和地质情况复杂的条件下的桥梁，为加快施工速度，减少水下作业，亦需要钢桥采用更大的跨度。

3钢桥材料市场国内国际并举随着钢桥跨度的增大，特别是大量使用焊接，对钢桥材质要求越来越高。

目前我国钢桥普遍采用屈服强度为340MPa级的16Mnq钢，在大跨度钢桥中采用屈服强度为420MPa级的15MnVNq钢。

由于钢桥用钢量占国内钢厂产量的比重太小，钢材采购渠道以国内为主的同时，一些大型桥梁的钢材亦从国际市场进口，主要品种为相当于16Mnq钢的这一级。

二钢桥钢材的力学性能1强度钢的强度有三个指标，即弹性极限、屈服强度，和抗拉极限强度、。

桥梁在使用时，不仅要求在载荷的作用下不会被破坏而且变形小。

建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析

建筑工程项目中钢结构设计中稳定性分析钢结构具有自重较轻、可塑性较强、承重能力好以及运用灵活等诸多优势，因此在建筑工程项目中得到了越来越多的应用。

为确保钢结构建筑的安全性与舒适性，建筑设计时应充分考虑钢结构性能、楼层高度、施工环境、材料质量等多方面的因素，并要针对常见的钢结构失稳现象，开展稳定性分析。

文章主要对常见的钢结构失稳现象进行了分析，并探讨了建筑工程项目钢结构设计中的稳定性分析方法，希望能够为建筑工程项目钢结构设计及施工提供有效的参考。

标签：建筑工程项目;钢结构设计;稳定性随着科学技术的进步，我国建筑工程项目的相关技术也在不断优化与发展，同时也引进了一些新设备、新工艺，推动着建筑工程项目建设质量的提高。

钢结构设计是建筑工程项目设计中的重要组成部分，钢结构形式多种多样，但不管是哪种类型的钢结构，均需要考虑稳定性这一因素。

钢结构在强度、塑性、韧性、质量等方面均有着明显的优势，但刚度相对较低，因此需要进行稳定性计算分析。

1、建筑工程项目中常见的钢结构失稳现象1.1极值点失稳现象建筑工程项目中，偏心受压构件为钢材质，极值点达到一定水平之后便会丧失稳定性，也就是出现极限点失稳的现象。

建筑工程项目建设过程中，偏心受压现象频频发生，尤其是在对非对称结构进行处理、开展异形承载设计的时候，或者是建筑工程施工过程中使用高质量配件的时候，均会导致实际情况、设计内容之间存在不匹配的现象，从而导致极值点失稳现象的出现。

1.2分支点失稳现象钢结构设计中，分支点结构设计不够合理，便容易导致分支点失稳现象的出现，进而造成局部失稳。

直杆轴心改进、平板受压面发生屈曲，也属于分支点失稳的现象。

1.3跃越失稳现象跃越失稳与极值点失稳、分支点失稳之间存在着明显的不同，其不属于极值点、平衡分差点，而是从丢失平稳跳跃至另一稳定平衡的一种状态。

即跃越失稳是建立在极值点失稳、分支点失稳两种失稳结构基础上的结构，导致整体结构不稳定，严重影响建筑的安全性。

栈桥实验报告

实验名称：栈桥稳定性实验实验日期：2023年4月15日实验地点：XX大学土木工程实验室实验目的：1. 了解栈桥的基本结构和工作原理。

2. 掌握栈桥稳定性分析的方法和步骤。

3. 通过实验验证栈桥在不同荷载条件下的稳定性。

实验原理：栈桥是一种常见的港口工程结构，主要由栈桥本体、支座和基础组成。

其稳定性分析主要包括结构整体稳定性和局部稳定性。

本实验主要研究栈桥在垂直荷载作用下的整体稳定性。

实验材料：1. 栈桥模型：采用木质材料制作，尺寸为1m×1m×0.2m。

2. 荷载装置：采用电子秤和加载砝码。

3. 测量工具：水准仪、钢卷尺、千分尺等。

实验步骤：1. 栈桥模型搭建：按照设计图纸，将木质材料切割成相应尺寸，组装成栈桥模型。

2. 栈桥模型安装：将搭建好的栈桥模型放置在实验平台上，确保其水平。

3. 荷载施加：将电子秤放置在栈桥模型的一端，逐渐增加砝码，模拟实际荷载。

4. 测量数据：在荷载施加过程中，使用水准仪、钢卷尺、千分尺等工具测量栈桥模型各部位的高度、倾斜角度等数据。

5. 数据分析：根据测量数据，计算栈桥模型的稳定性系数，分析其在不同荷载条件下的稳定性。

实验结果与分析：1. 栈桥模型在无荷载作用下的稳定性：经过测量，栈桥模型在无荷载作用下的倾斜角度为0.1°，稳定性系数为1.2，说明栈桥模型具有良好的初始稳定性。

2. 栈桥模型在荷载作用下的稳定性：随着荷载的增加，栈桥模型的倾斜角度逐渐增大，稳定性系数逐渐减小。

当荷载达到一定值时，栈桥模型发生倾斜，稳定性系数降低至0.8以下，说明此时栈桥模型已处于不稳定状态。

3. 不同荷载条件下的稳定性分析：通过对不同荷载条件下栈桥模型的稳定性系数进行计算，得出以下结论：（1）在荷载较小时，栈桥模型具有良好的稳定性；（2）随着荷载的增加，栈桥模型的稳定性逐渐降低；（3）当荷载达到一定值时，栈桥模型发生倾斜，稳定性系数降低至0.8以下。

实验结论：1. 栈桥模型在无荷载作用下的稳定性良好，具有良好的初始稳定性；2. 栈桥模型在荷载作用下的稳定性与荷载大小密切相关，荷载越大，稳定性越差；3. 栈桥模型在荷载达到一定值时，会发生倾斜，稳定性系数降低至0.8以下。

钢结构设计中稳定性研究

钢结构设计中稳定性研究钢结构设计中，稳定性是一个非常重要的问题。

稳定性问题不仅会影响到钢结构本身的安全性能，也会影响到钢结构的设计、制造和施工等方面。

因此，在进行钢结构设计时，必须充分考虑稳定性问题。

稳定性是指在外力的作用下，物体或结构的形状、大小、位置等不发生明显的变化。

在钢结构设计中，稳定性问题通常包括两个方面。

一方面是结构的整体稳定性，另一方面是结构中不同部位的局部稳定性。

结构的整体稳定性主要考虑结构的屈曲能力。

屈曲是指在受到一定外力的作用下，杆件在全截面的弯曲破坏。

在计算结构的屈曲能力时，需要考虑到结构的几何形状、材料的弹性模量、截面的惯性矩等因素。

在实际工程中，常采用弹性分析和弹塑性分析等方法来计算结构的屈曲能力。

局部稳定性是指在结构的某些部位，由于受到集中力的作用而发生局部破坏的情况。

常见的局部稳定性问题包括柱件的稳定性和连接件的稳定性。

在设计中，需要采用合适的截面形状和尺寸，以及分析结构的受力情况，来保证结构的局部稳定性。

为了增强结构的稳定性，设计中常采用以下的措施：1.加强截面和支承。

增加截面的面积和惯性矩，或者加强支承的刚度和稳定性，可以有效提高结构的屈曲能力和局部稳定性。

2.选择高强度材料。

采用高强度的材料可以提高结构的整体强度和刚度，从而增强结构的稳定性。

但是需要注意，高强度材料可能会导致结构的塑性变形能力变差，从而导致结构的抗震性能变差。

3.加强连接件的刚度和稳定性。

连接件是结构中非常重要的组成部分，它们的刚度和稳定性将直接影响到整个结构的稳定性。

因此，在设计和制造连接件时，需采用合适的材料、加工工艺和检验方法，来确保连接件的质量和性能。

总之，在进行钢结构设计时，需要充分考虑稳定性问题，从而保证结构的安全性能和使用寿命。

同时，还应加强对于材料、构造和施工等方面的研究和监督，以便提高结构的质量和可靠性。

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钢栈桥屈曲稳定性分析研究
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。

验算内容最小屈曲特征值
最值Max
最
值
Max
工况19.29
工
况5
4.96
工况211.52
工
况6
6.79
工况35.84
工
况7
7.87
工况46.90
工
况8
10.7
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。