序 号
工况
节点数
梁单 元数
壳单 元数
Link 单元数
单元 总数
1 最不利○1 6873 24 3872
23 3919
2 最不利○2 6985 70 3872
74 4016
224 城市建设
万方数据
施工技术
CONSTRUCTION
计算过程中，荷载仅考虑钢箱梁自重恒载，其他施工临时荷载影
从表 4.3 可见，对应力尤其是底板、腹板主应力，支承长度因素
2.5
258 225.5 32.5
-256.5 -254.5
-2
-260 -251
-9
[10] 王勋成，邵敏．有限单元法基本 原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版 社，1997
表 4.4 因素分析结果对比表
[11] 薛强. 弹性力学.北京:北京大学出 版社，2006
因素组 合
X1Y1 X1Y2 X2Y1 X2Y2
A2B2
-833
262
-157
224
-250 出版社，2006
A2B1
-832
271
-226
257
-259
[9] 苏庆田，吴冲，董冰．斜拉桥扁平
T1
-1685 -1676
540
544 -387 -454 486 516 -513 -520 钢箱梁的有限混合单元分析．《同济大学
T2
-1665 -1674
1
4.9
2
第 1 个 4.9m, 第 2 个至第 4 个后移 7m
3 共四个横梁，每间隔 4 3 个跳跃式布置
1988，1～106 [4] 郭 金 琼 . 箱 形 梁 设 计 理 论 [M]. 北 京 ：人 民 交 通 出 版 社 ，
1991，1～9
[5] 田立华．陶赖昭松花江刚构—连续梁桥施工控制：[硕士学位
先进的分析技术提供了：逐步大变形分析、多重 P-Delta 效应、 特征向量和 Ritz 向量分析、索分析、单拉和单压分析、Buckling 屈曲 分析、爆炸分析、针对阻尼器、基础隔震和支承塑性的快速非线性分 析、用能量方法进行侧移控制和分段施工分析等。在桥梁工程中，常 被用于复杂结构或局部应力分析。它具备了强大的前后处理功能，能 自动生成网格，可以给出结构的变形图和应力等值线图。
施工，采用国际先进的步履式顶推施工工艺。考虑通航孔的要求，临 时墩跨径布置为：38.1+47.8+60+60+50+68.3（主通航孔位置）+50+35. 8m。钢主梁导梁为标准节段 Z1，每节 7m，共 8 节 56m，其 B1 面板及 部分横梁顶推完后安装，横梁每隔三个布置一个，详见图 2.1 总体析，认为横梁位置与顶推支承长度是二个典型因素。见表
SAP2000 作为有着 40 多年发展历史的结构静动力分析设计软
4.1 和表 4.2：
件，凭借其直观简洁的界面、高效精确的分析引擎和全面完善的结果
表 4.1 典型因素表
处理，已经成为结构工程中不可或缺的结构分析有限元软件。通过对
图 2.1 总体思路图 3 仿真建模 根据全桥 frame 单元分析结果得出体效应和局部效应耦合的最 不利工况，然后采用有限混合方法以最不利工况建立壳模型进行局 部分析计算。分析时，以下两个问题必须解决，否则计算结果是不准 确的。一是如何在模型中梁单元与壳单元交界处处理保证计算结果 的精度；二是在建立模型时需要建立足够范围的壳单元保证关心部 位计算结果的精度。[6] 用混合方法建模时梁单元与壳单元是通过公共节点连接起来 的，在交界处的截面上梁单元有一个节点，壳单元有很多个节点[6]。 对梁单元与壳单元连接采取的是 SAP2000 中的 beam 束缚方法，使 梁体上的单元和壳单元在这个截面上所有的节点连接，使梁单元和 板壳单元受力变形相互协调。束缚将所有节点按同一类型刚体一起 运动，会耦合旋转和平动自由度。[8] 有限元计算模型参数取值如下： 主梁钢材：Q370qc；弹性模量：E=2e5MPa；容重：78500N/m3；泊松 比：0.3；线膨胀系数：1.17e-5。 计算模型采用有限混合模型。两组钢箱采用 Frame 对称建模，横 梁用 Link 单元，Link 与 Frame 节点 fix。间距 3.5m 布置；壳单元长度 根据圣维南原理取钢主梁导梁 56m 加 Z3 段 11.1m，共 67.1m，以确保 关心部位的计算精度。最不利工况下单元个数见下表 3.1。 表 3.1 最不利工况下单元数量表
腹板 Smin(MPa)
-250 -247
-248 -247 -497 -498
[12] 宗周红.弹塑性力学.福建:福州大 学高校出版社，2002
作者简介： 杨辉 ，福建 学历：同济大学道路工 程专业本科，南昌大学建筑与土木专业工 程硕士，1995.7-2003.12 江西省机械施工 公司；2004.1-2008.12 停薪留职中国公路
施工技术
CONSTRUCTION
基于 SAP2000 钢箱梁步履式 顶推局部受力影响因素分析
杨辉
福建省交通建设工程监理咨询公司 福建 福州 350001
摘 要：利用 SAP2000 对钢箱梁步履式顶推局部影响因素进行研究，对比分析结果对顶推设备设计及顶推中受力特性具有一定的指导意 义和重要的工程应用价值。
533
529 -383 -316 481 451 -509 -502 学报（自然科学版）》，2005（6）
T1 平均 T2 平均 R（%）
-842.5 -832.5
-10
-838 -837
-1
270 266.5
3.5
272 264.5
7.5
-193.5 -191.5
-2
-227 -158 -69
243 240.5
以最不利工况计算，采用完全试验法，进行直观分析，见表 4.3 论文]．哈尔滨：东北林业大学，2001
和表 4.4。
[6] 苏魁． 钢箱梁斜拉桥顶推施工关键问题研究：[硕士学位论
表 4.3 直观分析计算表
文]．上海：同济大学，2006，92～98
因素 组合 A1B1 A1B2
梁端位 移（mm）
-844 -841
T2 平均 -809.5 -816.5 258.5 259.5 -156.5 -156 218 219.5 -247.5 -247
建设工程监理咨询公司
R
-20.5 -6.5
3
1
0 -1 5
2
-1 -2
城市建设 225
万方数据
1 SAP2000 壳单元 shell 在 SAP2000 中，板壳对象按照受力特点可以分为三类：膜单元、 板单元及壳单元。壳单元的力学行为是膜单元与板单元之和，是真正 意义上的壳单元。也可以根据中面的形状划分：如果壳的中面为平 面，则壳的薄膜应力和弯曲应力状态互不耦合，而壳的中面也可为曲 面，此时薄膜应力与弯曲应力耦合。工程上对于壳的厚度 h 与其宽度 L 之比 h/L<1/10 的壳称为薄壳，壳的厚宽比在 1/10<h/L<1/5 之间的 壳，称为中厚壳。薄壳中横向剪应力对变形的影响较小，而中厚壳中 横向剪应力对变形的影响较大。 弹 性 壳 小 挠 度 分 析 有 两 种 基 本 理 论 ，Kirchhoff 理 论 和 Mindlin/Reissner 板理论。Kirchhoff 理论忽略了剪切变形和以及法向 应力对壳变形的影响。当壳的厚度与宽度比 h/L 处于薄壳范围时，采 用 Kirchhoff 薄壳理论进行计算可以减少计算量，而且误差较小。 壳单元（包括其平面单元）有两种形状：一种为四节点构成的四 边形，一种为三节点构成的三角形。在没有特殊边界的情况下，推荐 首选四边形单元，三角形单元一般应用在转换处。面单元长边与短边 距离的比值，称为形状比。评价应力为主时不要超过 1/3，评价位移为 主时不要超过 1/5。非线性分析时，形状比的作用比非线性分析时更 敏感。用倾斜角表示单元偏离直角四边形的程度，倾斜角不要超过 45，四边形所有内角应在 45～135 之间，注意内角必须小于 180。壳 单元总在每个连接点激活所有 6 个自由度。当单元被作为纯膜来使 用时，工程师必须确保约束或其他支座提供法向平动和弯曲转动自 由度。当单元被当作一个纯板来使用时，必须确保约束或其他支座提 供面内平动和关于法向轴的动自由度。对三维结构，建议使用完全壳 行为。 2 工程概况 某大桥工程为三塔自锚式悬索桥分别是 80m（边跨）+168m（主 跨）+168m（主跨）+80m(边跨)，拼装平台设在 Z11 墩至 Z10 墩之间靠 近 Z10 墩处，利用钢主梁作导梁从龙祥岛方向向中心城区方向顶推
因素 A 横梁位置
B 梁底支
序 号 距末端（ m） 承长度（m）
备注
1
1.4
0 共四个横梁，每间
钢箱梁步履式顶推局部影响因素分析，对顶推设备设计及顶推中受 力特性具有一定的指导意义和重要的工程应用价值。
参考文献：
2
4.9
3 隔 3 个跳跃式布置
[1] 周叶飞. 变曲率竖曲线钢箱梁顶推受力特性及施工控制技术
T2
-1619 -1633 517 519 -313 -312 436 439 -495 -494
咨询监理总公司；2009.1 调入福建省交通
T1 平均
-830 -823 261.5 260.5 -156.5 -157 223 221.5 -248.5 -249
建设工程监理咨询公司,单位：福建省交通
明支承长度达 3m 后，再增加长度对受力改善不显著；横梁位置对应
力及位移改善不明显，但应确保梁端的局部稳定性，设置距梁端
1.4m 更合理。
根据以上分析结果和本项目情况，确定采用支承长度 3.5m，即
顶推设备长 3.5m 合理；为确保导梁的稳定性，确定横梁位置距末端