張昀路，鄧 揚(yáng)，李雨航，楊鈞杰

(1.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院, 北京 100044；2.東南大學(xué) 土木工程學(xué)院, 江蘇 南京 211189)

近幾十年來，隨著工業(yè)的長足進(jìn)步，人們對(duì)能源需求的日益增長，用于煤場、火電廠的大跨度輸煤棧橋也不斷增多。由于煤場較為復(fù)雜的地質(zhì)條件和煤場較大的堆載，導(dǎo)致棧橋的不均勻沉降。不均勻沉降致使棧橋桿件及連接處產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，對(duì)棧橋健康狀態(tài)產(chǎn)生消極的影響，進(jìn)而影響日常的使用與生產(chǎn)。因此有必要對(duì)大跨度棧橋在不均勻沉降下的力學(xué)行為及其受力性能的改善進(jìn)行研究。

目前，國內(nèi)外對(duì)棧橋力學(xué)分析方法主要有實(shí)測[1]和數(shù)值模擬[2-6]。實(shí)測是評(píng)估棧橋健康狀態(tài)最直觀的方法，藺小虎等[7]通過地面三維激光掃描技術(shù)與變形事實(shí)監(jiān)測技術(shù)對(duì)輸煤棧橋結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行了分析，但實(shí)測受成本、地理位置及棧橋自身的影響較大。數(shù)值模擬逐漸成為棧橋力學(xué)分析研究的主要方法。金松[8]采用SAP2000對(duì)棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行單一尺度空間模擬分析，并研究了風(fēng)荷載對(duì)棧橋桁架弦桿的應(yīng)力貢獻(xiàn)情況，明確了框口柱在恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載綜合作用下的受力狀態(tài)。楊偉[9]基于MIDAS/Gen軟件對(duì)某大跨度棧橋建立了多尺度有限元模型對(duì)棧橋卸載后的受力狀態(tài)進(jìn)行有限元分析。結(jié)構(gòu)表明：多尺度模型則可明顯觀測到牛腿節(jié)點(diǎn)處各板件的局部應(yīng)力, 并能夠體現(xiàn)牛腿鋼梁處受到的扭轉(zhuǎn)效應(yīng), 對(duì)分析牛腿節(jié)點(diǎn)安全具有重要意義。相較于單一尺度模擬，多尺度模擬在保證一定的計(jì)算效率下具有更高精度[10-16]。在不均勻沉降下，棧橋難以正常使用，需要進(jìn)行棧橋力學(xué)性能的提升。目前，對(duì)棧橋力學(xué)性能的提升主要有頂升糾傾和棧橋構(gòu)件的直接加固兩種方法。崔娟玲等[17]通過增大構(gòu)件截面和置換銹蝕構(gòu)件改善了棧橋的力學(xué)性能。趙來順等[18]對(duì)棧橋進(jìn)行頂升并實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制頂升的速度與高度，使棧橋得以正常使用。然而目前基于多尺度模擬對(duì)棧橋不均勻沉降力學(xué)分析及力學(xué)性能提升的研究仍稍顯不足，主要表現(xiàn)在：(1)目前，學(xué)術(shù)界對(duì)棧橋的多尺度全過程分析關(guān)注不夠；(2) 現(xiàn)階段通過數(shù)值模擬對(duì)棧橋的頂升糾偏，其過程和模型都較為簡化，難以模擬頂升過程中棧橋各個(gè)桿件的應(yīng)力狀態(tài)及其應(yīng)力變化趨勢。

本文以某燃煤電廠4#B輸煤棧橋?yàn)樵停捎肁NSYS建立了多尺度有限元模型，基于棧橋?qū)崪y數(shù)據(jù)開展了沉降破壞的全過程模擬，并與實(shí)測結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了螺栓破壞形態(tài)的假設(shè)。最后，在棧橋不均勻沉降穩(wěn)定后對(duì)棧橋整體進(jìn)行全階段的頂升，探究棧橋頂升過程中桿件的應(yīng)力變化趨勢以及最適宜的頂升高度。本研究旨在通過多尺度模擬來實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨度輸煤棧橋不均勻沉降力學(xué)分析及受力性能的改善。同時(shí)，為類似大跨度輸煤棧橋力學(xué)性能的分析及改善提供參考。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概述

本文闡述的電廠由四座煤場、一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站和四座棧橋構(gòu)成。其中煤場為圓形，最大半徑為63 m。4#B輸煤棧橋，橋長111.176 m，寬5.4 m，高50.048 m，該電廠的示意圖如圖1所示。棧橋選用Q235、Q345B鋼材，棧橋桿件的型號(hào)及材質(zhì)如表1所示。其選用的Q235&Q345B鋼材應(yīng)符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》[19](GB/T 700—2006)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)具有抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度和硫、磷含量的合格保證，橋面板采用6 mm厚Q235B花紋鋼板。棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站之間由兩個(gè)帶有加勁肋的鋼制支座上的8個(gè)M30的摩擦性高強(qiáng)螺栓連接，均采用Q345B鋼材。棧橋的屋面桁架采用I-56a和SC-1桿件，橋墩、橋面桁架等采用1-5號(hào)桿件，棧橋的示意圖如圖2所示，桿件的規(guī)格和材質(zhì)如表1所示。

表1 棧橋桿件型號(hào)

圖1 電廠平面布置示意圖

1.2 棧橋破壞情況及沉降分析

棧橋施工過程中，在現(xiàn)場開展了沉降測量，4#B棧橋的沉降測點(diǎn)①—測點(diǎn)⑥及T3轉(zhuǎn)運(yùn)站的測點(diǎn)①—測點(diǎn)④如圖3所示。經(jīng)過多次測量發(fā)現(xiàn)T3轉(zhuǎn)運(yùn)站、4#B棧橋與中心柱均有較大規(guī)模的沉降，中心柱處沉降總量已超過400 mm，棧橋整體結(jié)構(gòu)向中心柱方向傾斜，有較大的結(jié)構(gòu)安全隱患。依據(jù)現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)站、棧橋與中心柱的沉降使得結(jié)構(gòu)向中心柱方向傾斜，致使棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站連接處螺栓在沉降過程中全部斷裂，棧橋尾部皮帶支架連接處螺栓斷裂同時(shí)依據(jù)各個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)可知目前棧橋沉降趨于穩(wěn)定。

圖3 廠區(qū)沉降測點(diǎn)位置

中心柱的監(jiān)測于2020年1月1日開始至2020年5月29日結(jié)束，監(jiān)測周期為150 d。監(jiān)測期間，中心柱前期絕對(duì)沉降較小，2020年2月29日的絕對(duì)沉降為84 mm和88 mm。然而，在2020年3月14日當(dāng)天，中心柱沉降突然陡增至440 mm和421 mm，圖4為煤場中心柱沉降變化曲線。

圖4 煤場中心柱沉降變化曲線

為確保監(jiān)測絕對(duì)時(shí)間的統(tǒng)一，4#B棧橋的沉降觀測取2020年1月1日至2020年5月29日的沉降數(shù)據(jù)，監(jiān)測周期為150 d。從圖5棧橋沉降變化曲線可以看出，測點(diǎn)③和測點(diǎn)④沉降最大，測點(diǎn)①和測點(diǎn)⑥沉降最小，棧橋基礎(chǔ)的沉降目前仍在發(fā)展過程中，似乎未見沉降穩(wěn)定的跡象，進(jìn)一步分析4#B輸煤棧橋的沉降速率，可以看出棧橋基礎(chǔ)的沉降速率處于起伏交替變化的波動(dòng)過程中。從目前的沉降速率來看，基礎(chǔ)變形仍未穩(wěn)定，但整體變形較小，并沒出現(xiàn)如中心柱那樣的沉降突變, 棧橋沉降速率變化曲線如圖6所示。

圖5 棧橋沉降變化曲線

圖6 棧橋沉降速率變化曲線

通過對(duì)圖5棧橋沉降變化曲線和圖6棧橋沉降速率變化曲線進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)于2月2日至2月6日期間，棧橋和各轉(zhuǎn)運(yùn)站的絕對(duì)沉降均發(fā)生了較大的增幅，根據(jù)沉降實(shí)測數(shù)據(jù)，在該期間螺栓可能發(fā)生了破壞。因此針對(duì)沉降實(shí)測數(shù)據(jù)做出如下假設(shè)：(1) 螺栓于2月2日至2月6日期間發(fā)生破壞;(2) 當(dāng)一個(gè)支座的螺栓全部發(fā)生破壞時(shí)，拉力與剪力均會(huì)瞬間傳遞給另一個(gè)支座，使其也會(huì)隨之失效。

1.3 頂升性能提升方案

棧橋受沉降作用等因素的影響，使得力學(xué)性能受到較大的不利影響。為改善不均勻地基沉降后棧橋結(jié)構(gòu)的受力性能，可在棧橋中心柱柱頂對(duì)棧橋進(jìn)行頂升，消除中心柱與棧橋結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。

下面介紹本次棧橋的頂升流程[20-21]，主要包括以下三部分，第一步為通過在中心柱與棧橋的連接節(jié)點(diǎn)處添加PLC(可編程邏輯控制器)同步頂升裝置，并拆除原有支座與限位裝置；第二步為使用PLC同步頂升裝置頂升整體結(jié)構(gòu)到指定位置，并安裝永久頂升支座與限位裝置；第三步為撤去PLC同步頂升裝置，形成整體結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施步驟如下：

(1) 在支座所在平臺(tái)的鋼板上架設(shè)鋼梁，并在鋼梁上安裝臨時(shí)頂升裝置，此處需要根據(jù)施工現(xiàn)場所選用的頂升裝置的尺寸來確定鋼梁高度、鋼梁放置位置與臨時(shí)頂升裝置。在此之后，將原有支座與限位裝置拆下。其示意圖如圖7所示。

圖7 步驟一示意圖

(2) 采用PLC同步頂升裝置頂升棧橋主體結(jié)構(gòu)，并在原有支座下部安裝相應(yīng)高度的墊塊。之后安裝新型可調(diào)支座，此支座可人工控制調(diào)整高度，但其量程不宜過大，一般控制在±100 mm左右，若可調(diào)范圍較大，則需要更大的支座空間用于安裝，也會(huì)增大支座自重，其示意圖如圖8所示。

圖8 步驟二示意圖

在頂升時(shí)對(duì)千斤頂?shù)奈灰萍笆芰?、梁板的?yīng)力情況進(jìn)行監(jiān)控，從而確保頂升順利進(jìn)行。

(3) 將新支座調(diào)試完成，安裝原有限位裝置，調(diào)整好距離，撤去PLC同步頂升裝置，從而形成完整的體系。

2 有限元分析

2.1 多尺度模型的建立

本文采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行多尺度有限元模擬。首先采用BEAM188梁單元建立棧橋的整體模型，棧橋的橋面板、鋼管及角鋼為理想彈塑性構(gòu)件，泊松比選為0.3，彈性模量為2.06×105MPa，梁單元的整體模型如圖9(a)所示。為了探究不均勻沉降下棧橋的破壞機(jī)理，需要對(duì)棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站之間的支座采用實(shí)體單元進(jìn)行精細(xì)化建模。節(jié)點(diǎn)板、加勁肋采用8節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體單元SOLID185，選用理想彈塑性本構(gòu)，泊松比選為0.3。螺栓采用10節(jié)點(diǎn)四面體實(shí)體單元SOLID187進(jìn)行模擬。螺栓的彈塑屬性根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓，大六角螺母、墊圈技術(shù)條件》[22](GB/T 1231—2006)中的要求，選取為三折線模型。對(duì)于10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓，屈服強(qiáng)度為940 MPa, 極限強(qiáng)度為1 060 MPa。當(dāng)螺栓達(dá)到1 060 MPa時(shí)采用生死單元技術(shù)使得螺栓退出工作。該精細(xì)化模型包含173 234個(gè)實(shí)體單元，一號(hào)支座的1號(hào)—4號(hào)螺栓按逆時(shí)針順序排列，二號(hào)支座的5號(hào)—8號(hào)螺栓排列方式相同，精細(xì)化模型如圖9(b)所示。

圖9 多尺度有限元模型

各個(gè)節(jié)點(diǎn)板是由螺栓進(jìn)行連接，所以在建模時(shí)需要考慮螺栓的接觸問題，以及螺栓預(yù)緊力的施加[23-24]。本次模擬通過目標(biāo)單元TARGE170和接觸單元CONTA174建立接觸對(duì)，模型共有24個(gè)接觸對(duì)。接觸面之間考慮摩擦，摩擦系數(shù)選取為0.35[25]。螺栓預(yù)緊力的施加，可先建立預(yù)緊面，軟件會(huì)自動(dòng)生成預(yù)緊力單元PRETS179，再通過SLOAD命令施加預(yù)緊力。把該工況作為第一荷載步計(jì)算，并在后續(xù)的計(jì)算中施加該預(yù)緊力。

當(dāng)采用不同單元進(jìn)行模擬時(shí)，由于不同單元之間的自由度不同，為了使得兩種單元的交點(diǎn)處滿足變形協(xié)調(diào)，需要建立約束方程來實(shí)現(xiàn)兩種單元之間的連接[11]。本文采用自由度剛性約束法(CERIG法)建立不同尺度模型邊界約束方程。此方法是通過主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間建立約束方程從而形成剛域，使該處節(jié)點(diǎn)滿足變形協(xié)調(diào)。本文采用梁單元為主節(jié)點(diǎn)，實(shí)體單元為從節(jié)點(diǎn)，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)多個(gè)從節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)模型的整體耦合。

2.2 荷載作用

大跨度輸煤棧橋主要受到恒載、活載、不均勻沉降作用。恒載包括結(jié)構(gòu)自重、棧橋橋面板重，結(jié)構(gòu)附加恒載主要包括橋面板與屋面板的附加恒載。活載包括棧橋橋面活載與棧橋屋面活載，其數(shù)值分別為6.0 kN/m2與1.5 kN/m2，所以在軟件中分別在橋面與屋面位置繪制虛面，并施加面荷載。對(duì)于不均勻沉降荷載，由于中心柱于2020年1月1日建立完畢，故本文模擬從2020年1月1日開始截止到2020年5月29日結(jié)束。在棧橋的六個(gè)測點(diǎn)施加不均勻沉降(如圖2所示)，以四種階段表達(dá)螺栓的破壞過程。第一階段為沒有施加不均勻沉降的階段，作為空白對(duì)照組；第二階段為組裝好后的整體沉降階段，第三階段為在沉降過程中的棧橋尾部突然斷裂階段，第四階段為在斷裂后整體的繼續(xù)沉降階段，以上幾個(gè)階段通過荷載步施加。對(duì)于第二階段，根據(jù)上述沉降實(shí)測數(shù)據(jù)預(yù)測螺栓在2月2日到2月6日之間破壞，選擇2020年2月2日的沉降數(shù)據(jù)。對(duì)于第三階段，選擇2020年2月6日的沉降數(shù)據(jù)，并在第二階段到第三階段以1 d為步長，均分成多個(gè)工況從而更好地反映螺栓的破壞。第四階段選取2020年2月6日到2020年5月29日之間的沉降實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)測量期間棧橋在不均勻沉降下的力學(xué)性能進(jìn)行全方位的模擬。各階段各個(gè)測點(diǎn)的沉降如表2所示，第四階段由于篇幅所致只羅列了5月29日的沉降數(shù)據(jù)。

表2 棧橋各測點(diǎn)沉降值

2.3 ANSYS模型驗(yàn)證

為確保所建多尺度模型與梁單元模型準(zhǔn)確，需要比對(duì)多尺度模型和梁單元模型的模態(tài)和振型。由于低階振型對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響較大，本次模擬主要考慮前六階模態(tài)。

計(jì)算出梁單元模型與多尺度模型前六階的自振周期及其誤差如表3所示，相對(duì)誤差最大僅為0.120%。這是因?yàn)槎喑叨饶Ｐ椭徊捎脙蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)建立精細(xì)模型，對(duì)棧橋整體結(jié)構(gòu)的振型頻率影響較小，且振型也較為相似，結(jié)果表明棧橋梁單元模型和多尺度模型的模態(tài)特性較好，故可以驗(yàn)證多尺度模型的準(zhǔn)確性與有效性。

表3 結(jié)構(gòu)模態(tài)周期

3 有限元模擬計(jì)算結(jié)果

3.1 螺栓破壞過程的模擬

沉降荷載依據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)在測點(diǎn)位置上輸入6個(gè)測點(diǎn)2020年1月1日至2020年5月29日的沉降值，測點(diǎn)位置如圖3所示。棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站之間采用的是10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，連接類型為摩擦型連接。根據(jù)規(guī)范可查得該螺栓屈服強(qiáng)度為940 MPa，螺栓抗拉強(qiáng)度為1 060 MPa。因在螺栓臨近斷裂時(shí)，摩擦力已經(jīng)失效，故可按照普通螺栓抗拉與抗剪耦合進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)象把沉降過程分為三部分，一為組裝好后的整體沉降階段(T-BD)，二為在沉降過程中棧橋尾部突然斷裂階段(T-D)，三為在斷裂后整體繼續(xù)沉降階段(T-AD)。當(dāng)螺栓完全破壞進(jìn)入第三階段后通過生死單元技術(shù)處理螺栓，使棧橋繼續(xù)沉降。監(jiān)測期間各個(gè)螺栓的最大應(yīng)力Smax變化趨勢如圖10所示。

圖10 螺栓最大應(yīng)力曲線

當(dāng)螺栓的最大應(yīng)力大于1 060 MPa時(shí)，即認(rèn)為螺栓失效。由上述ANSYS分析可得螺栓于監(jiān)測開始的第34天(2月3日)開始破壞，二號(hào)支座的5號(hào)螺栓達(dá)到抗拉強(qiáng)度，螺栓失效。致使其應(yīng)力傳遞到其它螺栓，從而導(dǎo)致1—4、6—8號(hào)螺栓應(yīng)力突變。在監(jiān)測開始的第35天(2月4日)，由于不均勻沉降的繼續(xù)增加，使得2、4、6、7、8號(hào)螺栓失效，進(jìn)而導(dǎo)致1、3號(hào)螺栓應(yīng)力突變。在監(jiān)測開始的第36天(2月5日)，螺栓1、3達(dá)到抗拉強(qiáng)度，最終全部螺栓失效，棧橋進(jìn)入失效后沉降階段。經(jīng)過計(jì)算，1號(hào)支座在開始測量后的第35天失效，當(dāng)1號(hào)支座在開始測量的第35天失效時(shí)，拉力與剪力均會(huì)瞬間傳遞給2號(hào)支座，使得2號(hào)支座于沉降測量開始后的第36天也會(huì)隨之失效，1號(hào)螺栓沿螺栓桿長度方向的應(yīng)力云圖如圖11所示。

圖11 1號(hào)螺栓的應(yīng)力云圖(單位：MPa)

通過ANSYS多尺度有限元模擬并結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)所得螺栓破壞時(shí)機(jī)以及破壞過程均滿足假設(shè)結(jié)果。ANSYS多尺度有限元模擬可以較為精確地確定各個(gè)螺栓破壞的順序及時(shí)機(jī)，所得結(jié)果更利于后續(xù)對(duì)螺栓斷裂方面的研究和實(shí)際工程應(yīng)用。

3.2 棧橋的破壞過程

棧橋桿件的材質(zhì)主要為Q235和Q345B級(jí)鋼，其中Q235材質(zhì)主要用于棧橋屋面的桿件。在棧橋沉降過程中發(fā)現(xiàn)應(yīng)力比大的部位主要位于棧橋跨中的弦桿及橋墩與橋面板的交界處的桿件。取應(yīng)力比最大的棧橋跨中弦桿M1及橋墩處應(yīng)力比最大的桿件M2。在棧橋的沉降過程中，M1、M2桿件最大的應(yīng)力比均出現(xiàn)在了監(jiān)測開始的第36天(2月5日)。其應(yīng)力比分別為0.776和0.750，即沉降過程中桿件的最大應(yīng)力分別約為268 MPa和257 MPa，該階段應(yīng)力云圖如圖12所示。沉降過程中桿件應(yīng)力均小于屈服應(yīng)力，桿件均處于彈性階段。

圖12 監(jiān)測開始第39天棧橋的應(yīng)力云圖(單位：MPa)

3.3 棧橋頂升過程的模擬

在不均勻沉降過程中，M1、M2桿件的最大應(yīng)力為268 MPa和257 MPa, 輸煤棧橋桿件均處于彈性階段。通過頂升可以減小桿件的應(yīng)變進(jìn)而改善桿件的應(yīng)力狀態(tài)。頂升棧橋以中心柱柱頂為頂升點(diǎn)，以螺栓失效后沉降階段為基礎(chǔ)并去除中心柱的約束，以10 mm每分鐘的速度勻速頂升至400 mm。頂升過程的示意圖如圖7、圖8所示。為研究頂升高度最合理的數(shù)值，在目前現(xiàn)有沉降狀態(tài)下(T-AD階段)將中心柱從0 mm開始勻速頂升至400 mm，并提取頂升后各個(gè)桿件的應(yīng)力數(shù)值。統(tǒng)計(jì)各頂升高度下應(yīng)力比分區(qū)如表4所示。

從表4中可以看出，在頂升后，桿件整體應(yīng)力有所減小，其中當(dāng)頂升250 mm左右時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小。取M1、M2桿件，頂升時(shí)M1、M2桿件的應(yīng)力比相較于頂升前有較大程度的降低，當(dāng)頂升250 mm時(shí)桿件的應(yīng)力比最小，如圖13所示，可以說明棧橋的頂升對(duì)桿件應(yīng)力狀態(tài)有較大的改善，對(duì)于結(jié)構(gòu)整體也是十分有利的。同時(shí)對(duì)比了不同頂升作用下，各桿件應(yīng)力相比于現(xiàn)狀應(yīng)力的趨勢如表5所示，可以看出，在頂升后，超過一半的桿件是向有利方向發(fā)展的。尤其當(dāng)頂升250 mm時(shí)，約有54%的結(jié)構(gòu)桿件趨向應(yīng)力大幅小，其余46%應(yīng)力比增大的部位主要位于中心柱部位即頂升時(shí)所選擇的位點(diǎn)，且應(yīng)力比均小于30%。而棧橋跨中的應(yīng)力狀態(tài)則有所改善，跨中的應(yīng)力比從現(xiàn)狀的60%將為40%以下。這里需要說明的是，桿件應(yīng)力趨勢有利表明，桿件變化應(yīng)力相比原應(yīng)力有所減小，主要表明一種應(yīng)力趨勢。另外，結(jié)構(gòu)頂升位移為從失效后沉降階段即從現(xiàn)狀開始進(jìn)行頂升。

表4 在頂升不同高度后的各應(yīng)力比區(qū)間桿件數(shù)

圖13 頂升過程中M1、M2桿件應(yīng)力比變化曲線

表5 各桿件在不同頂升高度下的應(yīng)力變化趨勢

4 結(jié) 論

本文以大跨度輸煤棧橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用多尺度有限元模擬對(duì)棧橋在不均勻沉降下的應(yīng)力狀態(tài)及頂升時(shí)的應(yīng)力變化趨勢進(jìn)行了分析，得出了以下主要結(jié)論：

(1) 采用ANSYS建立大跨度運(yùn)煤棧橋多尺度模型，在得到局部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的同時(shí)并降低了棧橋模型的建模難度與建模成本。在大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究方面，多尺度模擬有一定的科研和應(yīng)用價(jià)值。

(2) 結(jié)合棧橋沉降的實(shí)測數(shù)據(jù)，得出棧橋與轉(zhuǎn)運(yùn)站之間的螺栓于2月3日即第三階段開始破壞。當(dāng)螺栓達(dá)到抗拉強(qiáng)度，螺栓失效。致使其應(yīng)力傳遞到其它螺栓，從而導(dǎo)致其它螺栓應(yīng)力突變。最終在2月5日，全部螺栓達(dá)到抗拉強(qiáng)度并退出工作，棧橋進(jìn)入失效后沉降階段。上述結(jié)果驗(yàn)證了對(duì)棧橋破壞的假設(shè)。

(3) 對(duì)于棧橋的頂升，在頂升過程中，絕大部分桿件的應(yīng)力有所減少。當(dāng)頂升高度為250 mm時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力最小，且有超過1/2的結(jié)構(gòu)桿件趨向應(yīng)力變小。說明頂升可以有效減小整體結(jié)構(gòu)中桿件的應(yīng)力。