大跨桥梁的建设不断向跨湾跨海区延伸，钢栈桥及钻孔平台的应用越来越广泛[1-2]。钢栈桥是在深水桥梁施工过程中，为运输材料、设备、人员而修建的施工临时便桥，承担结构基础建设的全部工作，不同大型机械设备控制因素较多，且海湾区水文气象条件差，淤泥层厚，施工工况复杂，需要保障栈桥结构的安全性[3-5]。许多研究人员对钢栈桥的安全性进行研究，甄相国等[6]通过MIDAS有限元建模，分析重载作用下钢栈桥的受力及变形，验证了结构的安全性。姚琳[7]基于MIDAS对某铁路桥涵钢栈桥进行静动力分析，证明其能够满足重型挂车通行的需求。多种重型车辆荷载作用下钢栈桥安全性探索研究较少。本文结合新建福厦铁路安海湾大桥某施工钢栈桥及平台，采用Midas/Civil软件建立精细化FEM，对不同工况下钢栈桥结构的承载能力进行分析，验证多种重型车辆复杂工况下钢栈桥的安全性，为钢栈桥施工提供参考。1荷载简化计算模型1.1工程概况新建福州至厦门铁路FX-7标安海湾大桥某墩位施工栈桥，基本跨径为12 m，部分跨度为9 m，均按7~8孔一联布置，联与联之间设置双排制动墩，其余为单排非制动墩。横桥向布置8片贝雷片（加密区设置9片贝雷片）。施工栈桥横向布置如图1所示。图1施工栈桥横向布置（单位：mm）10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F1a1（a）栈桥主跨断面10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F1a2（b）栈桥加密区断面贝雷片之间通过竖向支撑架和水平支撑架连接。桥面板采用厚度10 mm的扁豆形花纹钢板和U肋组成钢桥面板。钢管桩墩顶分配梁采用2I45b。制动墩采用双排钢管桩，每排3根，纵横向间距为3.0 m×3.0 m；非制动墩采用单排桩，每排3根，间距为3.0 m。钢管桩采用φ630 mm×10 mm钢管。1.2荷载组合本工程钢栈桥位于安海湾大桥某墩位，设计荷载为公路Ⅰ级55 t汽车荷载，使用荷载为80 t履带吊机、100 t履带吊机及120 t挂车，车辆限速20 km/h，一跨12 m贝雷梁上的6级横向风荷载为4.04 kN，水流力为3 kN，不计冲击作用。本文主要研究施工钢栈桥在复杂荷载作用下结构受力情况。不同机械设备在钢栈桥上的工作状态分为5种工况，采用容许应力法设计。栈桥工作状态下的计算工况如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.T001表1栈桥工作状态下的计算工况工况荷载组合恒载基本可变荷载其他可变荷载Ⅰ结构自重公路Ⅰ级车辆工作状态下的水流力、风力Ⅱ结构自重120 t挂车Ⅲ结构自重80 t履带吊机墩顶吊装Ⅳ结构自重100 t履带吊机走行Ⅴ结构自重100 t履带吊机加密段墩顶吊装1.3不同工况下简化计算模型不同重型车辆荷载轮距和行走方式具有差异，将工况Ⅰ~Ⅱ的轮式车辆荷载简化为集中力形式，工况Ⅲ~Ⅴ的履带车辆荷载简化为均布力形式，分别作用于钢栈桥最不利位置。（1）工况Ⅰ：公路Ⅰ级车辆荷载考虑55 t重载汽车通行的不利位置，分别布置于栈桥的跨中和非制动墩顶，轮载分别为P1=15 kN，P2=30 kN，P3=70 kN。（2）工况Ⅱ：挂车考虑不利位置，分别布置于边跨跨中、制动墩墩顶和非制动墩墩顶，挂车每处轮载P=75 kN。（3）工况Ⅲ：80 t履带吊在墩顶进行吊装，边跨正吊时，均布荷载P1=35.4 kN/m；墩顶侧吊时，两侧履带均布荷载分别为P1=42.5 kN/m，P2=28.3 kN/m。（4）工况Ⅳ：100 t履带吊在栈桥上行走，均布荷载P1=30 kN/m。（5）工况Ⅴ：100 t履带吊在加密区段墩顶进行吊装，墩顶正吊时，均布荷载P1=34 kN/m；墩顶侧吊时，两侧履带均布荷载分别为P1=40 kN/m，P2=28 kN/m。不同汽车荷载简化如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F002图2不同汽车荷载简化（单位：m）2钢栈桥的基本参数和有限元基准模型本文采用MIDAS Civil建立钢栈桥的空间计算模型。主梁为321型标准贝雷桁架，每节钢桁架长3 m，高1.5 m，构件材料为16Mn钢。其余构件材料均采用Q235钢。弦杆、竖杆、斜杆、横梁、分配梁、钢管桩及连接系均采用梁单元，花窗采用桁架单元。贝雷桁梁构件限值如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.T002表2贝雷桁梁构件限值杆件材料截面形式理论容许承载限值/kN位移限值/mm弦杆16Mn］［10560.0L/400=30竖杆16MnI8210.0斜杆16MnI8171.5建立计算模型时，波浪力和水流力作用于钢管桩上，上部贝雷桁架横向整体移动对其应力影响不大，在上部结构分析中，可以不考虑波浪力和水流力的作用。根据不同工况下车辆布载位置的不同，分别计算工况Ⅰ~Ⅴ在最不利位置的情况。不同工况不同加载位置计算模型如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F003图3不同工况不同加载位置计算模型3结果与分析3.1贝雷梁对5种工况进行数值模拟分析，得到不同工况下贝雷梁的最大内力和位移，比较同一工况不同荷载位置的内力和位移，得出不同工况的最不利位置。工况Ⅰ的最不利位置出现在跨中；工况Ⅱ的最不利位置为制动墩顶；80 t履带吊在边跨正吊和墩顶侧吊时，工况Ⅲ履带吊边跨非制动墩边跨正吊时最不利；100 t履带吊行走至边跨、跨中及非制动墩顶时，履带吊行走至跨中时最不利；100 t履带吊起重物在制动墩边跨正吊、制动墩边跨侧吊、非制动墩顶正吊及非制动墩顶侧吊时，履带吊在制动墩边跨侧吊时出现最大内力和位移。弦杆、竖杆、斜杆最大内力值分别为227、191、134 kN，满足各杆件理论容许承载限值；100 t履带吊行走至跨中和100 t履带吊制动墩顶侧吊时，贝雷梁最大位移为16.4 mm，满足位移限值，满足施工要求。弦杆最大利用率出现在工况Ⅳ，为40.54%，竖杆、斜杆最大利用率出现在工况Ⅴ，分别为90.95%、78.13%。不同工况最大内力位移如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F004图4不同工况最大内力位移贝雷梁各杆件分析结果如表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.T003表3贝雷梁各杆件分析结果杆件工况内力值/kN利用率/%位移值/mm弦杆Ⅰ12021.43-9.3Ⅱ18933.75-16.2Ⅲ13323.75-8.8Ⅳ22740.54-16.4Ⅴ21438.21-16.4竖杆Ⅰ8440.00-9.3Ⅱ15071.43-16.2Ⅲ14569.05-8.8Ⅳ16880.00-16.4Ⅴ19190.95-16.4斜杆Ⅰ6236.15-9.3Ⅱ10259.48-16.2Ⅲ11064.14-8.8Ⅳ11969.39-16.4Ⅴ13478.13-16.43.2其他构件（1）分配梁、承重梁及连接系。桥面板分配梁各工况下的最大应力为124 MPa145 MPa，承重梁及连接系各工况下最大应力75 MPa145 MPa，满足施工要求。分配梁应力分布如图5所示。承重梁及连接系应力分布如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F005图5分配梁应力分布（单位：MPa）10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F006图6承重梁及连接系应力分布（单位：MPa）（2）钢管桩。工况Ⅴ单排桩的最大荷载分别为579、377、404 kN。工作状态下，履带吊回转和离心水平力取36 kN，6级风荷载为4.04 kN，共40.04 kN，钢管桩计算长度为18.65 m，底部固结，6级风荷载作用在钢管桩顶，水流力作用在距离桩顶4.1 m处。钢管桩工作状态如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2022.06.010.F007图7钢管桩工作状态（单位：kN）（a）模型 （b）弯矩 （c）反力经计算得λ=85，折减系数φ=0.75，单根钢管桩轴力为N=674 kN，弯矩为M=131 kN·m，最大应力为σ=90.2 MPa145 MPa，钢管桩稳定性符合施工要求。4结语本文以安海湾大桥某墩位钢栈桥结构为研究对象，建立MIDAS/CIVIL模型，分析多种重型车辆荷载工况。履带吊起吊或行走按最不利位置划分，非制动墩边跨侧吊制动墩边跨侧吊跨中行走；边跨正吊墩顶侧吊。履带吊正吊或侧吊位置应选择墩顶对称加载，避免边跨位置起吊；起吊位置选择制动墩优于非制动墩。工况Ⅳ钢栈桥弦杆内力最大，弦杆利用率较低，仍有优化空间，100 t履带吊行走至跨中时，竖杆及斜杆的利用率最大；100 t履带吊制动墩边跨侧吊时，竖杆、斜杆的利用率最大，竖杆、斜杆内力值为设计控制要点。贝雷桁架和其他构件通过有限元分析验算，均小于最大承载能力，验证了钢栈桥结构在多种重型车辆荷载作用的可靠性，为钢栈桥设计施工提供参考。