1.MSS45移動模架造橋機有限元分析
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移動模架造橋機現(xiàn)澆。該移動模架系統(tǒng)主要由牛腿、主梁、導(dǎo)梁、橫梁、后吊梁、中吊點橫梁、前支撐橫梁、外模及內(nèi)模組成。
1.2MSS45移動模架造橋機各部位有限元分析及應(yīng)力和變形觀測點設(shè)置
(1)主梁
用ANSYS軟件按照造橋機主梁的實際尺寸建立有限元計算模型如圖1-1所示，本次分析計算的工況為澆注45米跨首跨的工況。經(jīng)計算，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，在兩個主梁底面沿梁縱向分別在zui大撓度處和兩個L/4處設(shè)置第1～6號應(yīng)力測點；在主梁后支點位置的內(nèi)側(cè)靠近下翼緣板的腹板上設(shè)置7號應(yīng)力測點；在主梁后支點附近內(nèi)側(cè)腹板的中部設(shè)置8號應(yīng)力測點；在主梁*個開孔拐角處的內(nèi)側(cè)腹板上設(shè)置9、10號應(yīng)力測點。
根據(jù)圖1-3所示的主梁豎向總變形云圖，每片主梁沿長度方向均布11個撓度測點。
(2)牛腿
牛腿的分析分為合模澆筑和開模行走兩種工況，按照牛腿的實際建立有限元模型并分別進行分析，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)力觀測點。牛腿共布置7個應(yīng)力測點。28號測點位于外側(cè)斜撐上蓋板上、29號測點位于外側(cè)斜撐下蓋板上，距端頭法蘭約50mm；30號測點位于牛腿軌道梁腹板上，盡量靠近內(nèi)側(cè)斜撐；31號測點位于牛腿內(nèi)側(cè)斜撐下蓋板上、32號測點位于牛腿外側(cè)斜撐上蓋板上，距端頭法蘭約50mm；33號測點位于牛腿外側(cè)斜撐下部腹板上，盡量靠近牛腿下橫梁；34號測點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大工況是在移動模架造橋機在澆注中間跨時出現(xiàn)，此時中吊點橫梁所承擔的所有載荷約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個應(yīng)力測點，編號分別為39、40、41、42。
(4)前橫梁
前橫梁受力zui大工況為移動模架造橋機在牛腿縱移到前橫梁正下方時，此時前橫梁所受載荷約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個應(yīng)力測點，編號分別為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個應(yīng)力測點，編號分別為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)圖建立的箱梁實體模型，可以計算出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個應(yīng)力測點，編號分別為11、12、13、14、15。
另外，為了觀測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個應(yīng)力測點，編號分別為21、22、23、24、25、26、27。zui大應(yīng)力為218.9MPa，出現(xiàn)在下弦桿處。
2.移動模架預(yù)壓
2.1加載
因為移動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，故只需在首跨施工前進行預(yù)壓試驗。
預(yù)壓試驗選用的模擬荷載應(yīng)具備計量方便、質(zhì)地均勻、方便運輸和吊裝、成本低等特點，以及荷載在橫斷面上的分布要盡可能模擬箱梁的實際荷載分布需要，本試驗選擇砂袋和海水作為模擬荷載。加載與卸載均分級進行。撓度測量等級按三等水準測量控制，預(yù)壓重量取梁體﹢內(nèi)模重量的110%。加載時分四級加載(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格模擬箱梁的實際施工狀態(tài)，每級荷載加至預(yù)期噸位，并且變形穩(wěn)定后方可進行下一級加載。
2.2穩(wěn)定標準
每級荷載加至預(yù)期噸位時，持荷時間24～48小時。如果加載至預(yù)期噸位后日變形或沉降量小于2.0mm時，表明移動模架撓度和彈性變形已基本到位，可進行下一級加載。否則，還應(yīng)須持荷繼續(xù)進行預(yù)壓，直到各點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，表明移動模架撓度和彈性變形已基本到位，可進行卸載。卸載過程分二級進行，即110%→67%→0。觀測卸載后各測量點高程H6和殘余應(yīng)力值。
此時可以計算出各觀測點的變形：①非彈性變形：f1=H1-H6。通過預(yù)壓后，可認為移動模架的此變形已經(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，從而使移動模架變形后梁體線形滿足設(shè)計要求。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)荷載對移動模架變形的影響程度。
3.試驗結(jié)果分析
3.1結(jié)構(gòu)剛度和強度分析
本次預(yù)壓試驗主梁zui實測大撓度為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)力理論值與實測值如表1所列。
本次預(yù)壓試驗實測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)滿足強度要求。
3.2結(jié)構(gòu)安全儲備分析
為了分析、評定移動模架系統(tǒng)的工作狀況，確定系統(tǒng)的安全儲備，對移動模架系統(tǒng)各部位的結(jié)構(gòu)校驗系數(shù) 進行計算，計算結(jié)果如表1所列。
從表1中可以看出，移動模架系統(tǒng)各部位結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)均小于1，說明理論計算偏于安全[2]，結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲備，系統(tǒng)工作狀態(tài)良好。
