基于Solidworks的剛構橋邊跨現澆段托架及模板檢算

洪流 陳慧東

【摘要】：針對涼水井大橋邊跨現澆段的設計、施工過程，介紹Solidworks軟件在剛構橋施工中的應用。

【關鍵字】：剛構橋、邊跨現澆段、托架、solidworks

中圖分類號： U448.23文獻標識碼： A

一、工程概況

涼水井大橋左幅橋型布置為（6×40m）連續“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）連續箱梁+ (4×40m)連續“T”梁，總長680.4m；右幅橋型布置為（5×40m）連續“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）連續箱梁+（4×40m）連續“T”梁，總長640.4m。

邊跨現澆段長4.12m，中線梁高2.9m。腹板厚度由0.5m漸變至1.0m，頂板厚度由0.3m漸變至0.7m，底板厚度由0.3m漸變至0.65m，梁端實心段長2.0m，設有1.2m寬、1.55m高橢圓形人洞。設計方量51.06m3。

二、施工方案

1、施工方法簡介

涼水井大橋主橋箱梁邊跨現澆段采用托架現澆的施工工藝進行施工。托架結構形式如下圖所示。

圖1 邊跨現澆段托架構造圖

托架主要由預埋件、牛腿、底層橫梁、碗扣式腳手架、頂層橫梁、縱梁及底模組成。牛腿桿件均為I40b工字鋼，頂、底層橫梁及縱梁均為I32b工字鋼。牛腿斜桿與縱梁及預埋件之間均為焊接。碗扣式腳手架高1.86m，由LG-120、HG-30、HG-60及頂、底托組成。立桿縱向步距0.3m、橫向步距為6×0.3m+6×0.6m+6×0.3m。腳手架設縱、橫向及水平剪刀撐。底模采用10mm鋼板。在縱梁下設0.1m鋼墊作為卸落塊。

三、托架檢算

1、檢算荷載

邊跨現澆段一般構造圖如圖2所示。

圖2 邊跨現澆段縱向剖面 圖3 邊跨現澆段底面

圖41-1截面 圖52-2截面

如圖4、圖5所示，將現澆段截面分為4部分，分別計算其面積，再根據縱向長度計算出鋼筋砼體積。將A、C部分荷載施加在圖3中S3上，B1+B2荷載施加在S1上，2.0m實心段荷載施加在S2上，1/2邊跨合攏段荷載施加在S4上。恒載計算如表1所示。

表1 檢算荷載（恒載）

鋼筋砼比重按2600kg/m3計算?；钶d有模板、機具、人員以、振搗荷載及邊跨合攏段吊架。其中邊跨現澆段翼緣板及外模板采用0#塊模板（比重按100kg/m2計算），內模采用1.5cm竹膠板（整個內模系統按5000kg計算），邊跨合攏段吊架按20000kg計算。計算活載如下表2所示。

表2 檢算荷載（活載）

則檢算荷載如下：

qS1=0.0161+0.0049+0.0028+0.0021=0.0259Mpa

qS2=0.1049+0.0049+0.0028+0.0021=0.1147Mpa

q左S3=0.1606+0.0049+0.0028+0.0021=0.1704Mpa

q右S3=0.1642+0.0049+0.0028+0.0021=0.1740Mpa

qS4=0.0083+0.0028+0.0757=0.0868Mpa

2、檢算指標及模型

所有托架型鋼均按Q235檢算，相關指標如下：

①工字鋼桿件、鋼板屈服強度fy=235Mpa，抗剪強度fv=125Mpa

②許用正應力[σ1]=215MPa（工字鋼）、[σ2]=205MPa（腳手架）

③工字鋼、鋼板彈性模量E=206GPa；腳手架桿件彈性模量E=205GPa

④密度ρ=7850kg/m3

⑤重力加速度9.81m/s2

建立模型如圖6所示，其中碗扣式腳手架采用Φ48×3.5mm鋼管模擬，立桿與頂、底托之間剛結，所有橫桿與立桿之間鉸接，橫桿與立桿之間僅傳遞軸力，不傳遞彎矩。桿件重力由件自動施加。其中碗扣式腳手架采用橫梁單元建模，其余均采用實體單元。

圖6 邊跨現澆段托架檢算模型

3、檢算結果

3.1、強度檢算

圖7 托架型鋼米塞斯應力及剪應力云圖

由圖7所示，所有桿件最大等效應力為：σmax=60.0MPa＜fy=235MPa

所有桿件最大剪應力為：τmax=29.5MPa＜fv=125MPa

綜上所述，托架型鋼桿件強度滿足要求。

圖8 碗扣式腳手架軸力圖 圖9 碗扣式腳手架軸應力圖

由圖10所示，碗扣式腳手架桿件最大應力(壓彎組合)為

σmax=55.1MPa＜[σ2]=205MPa

腳手架強度滿足要求。

圖10 碗扣式腳手架軸向及彎曲應力云圖

3.2、剛度檢算

由圖11可知，托架最大位移dmax=1.744mm，發生在縱梁外伸端，則

dmax=1.744mm＜L0/400=740/400=1.85mm

托架剛度符合要求。

圖11 托架位移云圖

3.3、穩定性檢算

牛腿斜撐可按壓桿校核其整體穩定性。I40b截面慣性半徑imin=iy=2.71cm，A=94.07cm2。壓桿長度系數μ按兩端不可轉動、但可相對移動，取值1。斜撐長度為L=3.466m，則長細比

λ=μL/i=3.466÷0.0271=128

圖12 牛腿斜撐支座反力

斜撐材質為Q235，許用應力[σ1]=215Mpa，彈性模量E=206GPa，則

λ＞λ1，則斜撐壓桿臨界力為

由圖12可知，斜撐最大支座反力Fmax=1.87×105N，則

Fmax=1.87×105N＜Pcr=1.17×106N

牛腿斜撐整體穩定性滿足要求。

四、模板系統檢算

邊跨現澆段梁段編號為A19及A20，長度分別為2.12m、2.0m。其中A19段側模、翼緣板模板及A20段側模均采用0#塊模板。邊跨現澆段底模采用10mm鋼板，在托架檢算中已一并計算。

A20段翼緣板模板采用15mm竹膠板；橫肋采用10×10cm木方（杉木），凈距20cm；縱肋采用2[10槽鋼，凈距60cm；支撐架采用碗扣式腳手架，立桿采用LG-180、LG-120，立桿縱橫步距均為0.6m，橫桿采用HG-60，豎向步距0.6m。

A19段內模模板采用15mm竹膠板；豎肋采用10×10cm木方，凈距20cm；背楞采用 2[10槽鋼，共設3道，間距0.5m。A19段頂板模板均采用15mm竹膠板、縱肋采用10×10cm木方、橫肋采用 2[10槽鋼；支撐架采用扣件式鋼管腳手架（Φ48.3x3.6焊管）。

1、A20段翼緣板模板檢算

A20段翼緣板模板系統構造如下圖13所示：

圖13 A20段翼緣板模板系統構造

1.1、檢算荷載

鋼筋砼比重按2600kg/m3計算，計算得檢算荷載如下表3所示，桿件重力由軟件自動施加。

表3 A20段翼緣板檢算荷載