1.MSS45移動(dòng)模架造橋機(jī)有限元分析
1.1工程概況
廣東省南澳大橋東引橋跨徑45m的現(xiàn)澆箱梁施工采用MSS45移動(dòng)模架造橋機(jī)現(xiàn)澆。該移動(dòng)模架系統(tǒng)主要由牛腿、主梁、導(dǎo)梁、橫梁、后吊梁、中吊點(diǎn)橫梁、前支撐橫梁、外模及內(nèi)模組成。
1.2MSS45移動(dòng)模架造橋機(jī)各部位有限元分析及應(yīng)力和變形觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置
(1)主梁
用ANSYS軟件按照造橋機(jī)主梁的實(shí)際尺寸建立有限元計(jì)算模型如圖1-1所示，本次分析計(jì)算的工況為澆注45米跨首跨的工況。經(jīng)計(jì)算，主梁在模架自重和45+9米混凝土共同作用下的Von Mises應(yīng)力云圖如圖1-2所示，主梁的zui大應(yīng)力為220MPa；豎向總變形云圖如圖1-3所示，主梁45米跨zui大凈撓度為90.7mm，位于橫梁8作用位置處。
根據(jù)主梁應(yīng)力云圖，在兩個(gè)主梁底面沿梁縱向分別在zui大撓度處和兩個(gè)L/4處設(shè)置第1～6號(hào)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在主梁后支點(diǎn)位置的內(nèi)側(cè)靠近下翼緣板的腹板上設(shè)置7號(hào)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在主梁后支點(diǎn)附近內(nèi)側(cè)腹板的中部設(shè)置8號(hào)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在主梁*個(gè)開孔拐角處的內(nèi)側(cè)腹板上設(shè)置9、10號(hào)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。
根據(jù)圖1-3所示的主梁豎向總變形云圖，每片主梁沿長(zhǎng)度方向均布11個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)。
(2)牛腿
牛腿的分析分為合模澆筑和開模行走兩種工況，按照牛腿的實(shí)際建立有限元模型并分別進(jìn)行分析，合模工況和開模工況牛腿的Von mises應(yīng)力云圖分別如圖1-4、圖1-5所示。zui大應(yīng)力分別為224MPa和226MPa，開模工況應(yīng)力zui大值出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)斜撐上蓋板下部。
根據(jù)牛腿開模工況和合模工況應(yīng)力云圖，在應(yīng)力較為集中的部位設(shè)置應(yīng)力觀測(cè)點(diǎn)。牛腿共布置7個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。28號(hào)測(cè)點(diǎn)位于外側(cè)斜撐上蓋板上、29號(hào)測(cè)點(diǎn)位于外側(cè)斜撐下蓋板上，距端頭法蘭約50mm；30號(hào)測(cè)點(diǎn)位于牛腿軌道梁腹板上，盡量靠近內(nèi)側(cè)斜撐；31號(hào)測(cè)點(diǎn)位于牛腿內(nèi)側(cè)斜撐下蓋板上、32號(hào)測(cè)點(diǎn)位于牛腿外側(cè)斜撐上蓋板上，距端頭法蘭約50mm；33號(hào)測(cè)點(diǎn)位于牛腿外側(cè)斜撐下部腹板上，盡量靠近牛腿下橫梁；34號(hào)測(cè)點(diǎn)位于牛腿軌道梁與上橫梁三角連接處的腹板上。
(3)中吊橫梁
中吊橫梁的受力zui大工況是在移動(dòng)模架造橋機(jī)在澆注中間跨時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)中吊點(diǎn)橫梁所承擔(dān)的所有載荷約4900KN，中吊橫梁Von Mises應(yīng)力云圖如圖1-6所示，zui大應(yīng)力為217MPa，位于千斤頂支撐處的腹板上。
根據(jù)中吊橫梁應(yīng)力云圖，中吊梁在應(yīng)力較為集中的部位共布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為39、40、41、42。
(4)前橫梁
前橫梁受力zui大工況為移動(dòng)模架造橋機(jī)在牛腿縱移到前橫梁正下方時(shí)，此時(shí)前橫梁所受載荷約1000KN。前橫梁Von Mises應(yīng)力云圖如圖1-7，zui大應(yīng)力為128MPa，位于支腿支撐處的腹板上。
根據(jù)前橫梁應(yīng)力云圖，在前橫梁應(yīng)力較為集中的部位共布置4個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為35、36、37、38。
(5)后吊梁
后吊梁在開模狀態(tài)為受力zui大工況，此時(shí)后吊梁Von Mises應(yīng)力云圖如圖1-8所示，zui大應(yīng)力為216MPa，位于梁跨中下緣板。
根據(jù)后吊梁應(yīng)力云圖，在后吊梁應(yīng)力較為集中的部位共布置5個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為16、17、18、19、20。
(6)模板橫梁
根據(jù)第四聯(lián)至第十一聯(lián)箱梁結(jié)構(gòu)圖建立的箱梁實(shí)體模型，可以計(jì)算出16組橫梁中的zui大載荷為1300KN。
模板橫梁Von Mises應(yīng)力云圖如圖1-9所示，zui大應(yīng)力為178MPa，位于橫梁中部耳板與下翼緣板接觸位置。
根據(jù)模板橫梁應(yīng)力云圖，在模板橫梁應(yīng)力較為集中的部位共布置5個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為11、12、13、14、15。
另外，為了觀測(cè)鼻梁與主梁連接部位鼻梁上的應(yīng)力分布情況，在鼻梁端部設(shè)置7個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，編號(hào)分別為21、22、23、24、25、26、27。zui大應(yīng)力為218.9MPa，出現(xiàn)在下弦桿處。
2.移動(dòng)模架預(yù)壓
2.1加載
因?yàn)橐苿?dòng)模架采用梁式承力結(jié)構(gòu)，并且拼裝完成后結(jié)構(gòu)不再變動(dòng)，故只需在首跨施工前進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。
預(yù)壓試驗(yàn)選用的模擬荷載應(yīng)具備計(jì)量方便、質(zhì)地均勻、方便運(yùn)輸和吊裝、成本低等特點(diǎn)，以及荷載在橫斷面上的分布要盡可能模擬箱梁的實(shí)際荷載分布需要，本試驗(yàn)選擇砂袋和海水作為模擬荷載。加載與卸載均分級(jí)進(jìn)行。撓度測(cè)量等級(jí)按三等水準(zhǔn)測(cè)量控制，預(yù)壓重量取梁體﹢內(nèi)模重量的110%。加載時(shí)分四級(jí)加載(0→50%→75%→100%→110%)，并分別記錄變形值H1、H2、H3、H4、H5和應(yīng)力值。加載物的堆放布置嚴(yán)格模擬箱梁的實(shí)際施工狀態(tài)，每級(jí)荷載加至預(yù)期噸位，并且變形穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一級(jí)加載。
2.2穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)
每級(jí)荷載加至預(yù)期噸位時(shí)，持荷時(shí)間24～48小時(shí)。如果加載至預(yù)期噸位后日變形或沉降量小于2.0mm時(shí)，表明移動(dòng)模架撓度和彈性變形已基本到位，可進(jìn)行下一級(jí)加載。否則，還應(yīng)須持荷繼續(xù)進(jìn)行預(yù)壓，直到各點(diǎn)日變形或沉降量小于2.0mm為止。
2.3卸載
如果加載至110%后日變形或沉降量小于2.0mm時(shí)，表明移動(dòng)模架撓度和彈性變形已基本到位，可進(jìn)行卸載。卸載過(guò)程分二級(jí)進(jìn)行，即110%→67%→0。觀測(cè)卸載后各測(cè)量點(diǎn)高程H6和殘余應(yīng)力值。
此時(shí)可以計(jì)算出各觀測(cè)點(diǎn)的變形：①非彈性變形：f1=H1-H6。通過(guò)預(yù)壓后，可認(rèn)為移動(dòng)模架的此變形已經(jīng)消除。②彈性變形：f2=H6-H5。根據(jù)彈性變形值，在底模上設(shè)置預(yù)拱度，從而使移動(dòng)模架變形后梁體線形滿足設(shè)計(jì)要求。③zui大變形：f3=H1-H5。根據(jù)zui大變形值，可判斷模架變形是否符合規(guī)范要求。
另外，根據(jù)H2、H3、H4的差值，可以大體看出持續(xù)荷載對(duì)移動(dòng)模架變形的影響程度。
3.試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度分析
本次預(yù)壓試驗(yàn)主梁zui實(shí)測(cè)大撓度為79.6mm，在規(guī)范[1]允許的范圍內(nèi)，主梁剛度滿足要求，其它部位zui大應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值如表1所列。
本次預(yù)壓試驗(yàn)實(shí)測(cè)zui大應(yīng)力發(fā)生在鼻梁下弦桿處為218.9MPa，鼻梁材料Q345許用應(yīng)力為230MPa，結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。
3.2結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備分析
為了分析、評(píng)定移動(dòng)模架系統(tǒng)的工作狀況，確定系統(tǒng)的安全儲(chǔ)備，對(duì)移動(dòng)模架系統(tǒng)各部位的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù) 進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所列。
從表1中可以看出，移動(dòng)模架系統(tǒng)各部位結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)均小于1，說(shuō)明理論計(jì)算偏于安全[2]，結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲(chǔ)備，系統(tǒng)工作狀態(tài)良好。
