跨線橋梁0號塊懸臂施工支架體系的受力分析

田　欽， 袁瑞杰， 丁　利

(南昌大學建筑工程學院，江西南昌 330031)

1　工程概況

漣水特大橋跨規劃紅日大道的橋跨布置為(48+80+48) m的連續梁，結構形式為現澆預應力混凝土變截面連續箱梁，箱梁為分離的單箱單室截面。0號塊長8 m，底板寬6.4 m，兩端懸出墩身2.9 m，梁高2.49 m，0號塊混凝土數量為245 m3，重量約650 t，鋼筋用量為95.5 kg(圖1～圖3)。

圖1　0號塊支模架布置正視(單位:cm)

圖2　0號塊支模架布置側視(單位:cm)

圖3　0號塊支模架布置平面(單位:cm)

2　有限元分析模型

2.1　荷載取值

(1)鋼筋混凝土的容重：26 kN/m3；人員、機具荷載標準值：2.5 kN/m2；底模板、內模支架模板：3.5 kN/m2；翼緣模板、側模：2.5 kN/m2。施工階段最不利荷載工況為混凝土澆筑完畢，但還未凝結，尚未達到強度。

(2)模型相關構件材料與截面情況如表1所示。

2.2　建模相關情況

由于該0號塊支模架體系的鋼管柱柱頂不平，不便設置滿堂支架，故不進行0號塊翼緣滿堂支架的建模，直接將翼緣的荷載加至方木上。還由于墩身兩邊支架模型相同，且中間無相關聯系，而荷載又對稱分布，故將一半的支架作為一個整體，進行分析。模型內的單元全部采用梁單元。

支模架與墩身、承臺接觸的支撐部分采用剛結，6個自由度全部限制如圖4所示。鋼管柱與柱頂承重梁之間、柱頂承重梁與墊塊之間、墊塊與分配梁之間、分配梁與方木之間均采用彈性連接中的剛性類型。

表1　各結構構件的有限元單元類型

圖4　支模架體系模型

3　荷載計算過程

將放置于支模架體系上的0號塊按一定規則，通過7個截面分為7塊(圖5)。荷載布置采用梁單元荷載(單元)，在0號塊架立于方木的長度范圍內設置荷載,每一塊提供的荷載(整體乘以1.25的系數)，荷載布置情況見圖5，每塊區域所承受荷載如表2所示。

圖5　荷載布置示意

區域di/mmVi/mm3Gi/kNqi/(N·mm-1)135.348852343.517230.160931442714.5825238.929191633.606238.982473756758.6625329.716885731.185179.02907081572.49125429.736777752.96176.22157696567.1575529.726663538.331173.251996606561.2825629.76550076.413170.301986738555.446742.209113894.814236.961265164779.315

第1條方木上的梁單元荷載=q1+q2=1 473.245 N/mm；

第2條方木上的梁單元荷載=q3=572.491 N/mm；

第三條方木上的梁單元荷載=q4=567.158 N/mm；

第四條方木上的梁單元荷載=q5=561.283 N/mm；

第五條方木上的梁單元荷載=q6=555.446 N/mm；

第六條方木上的梁單元荷載=q7=779.315 N/mm。

4　構件受力驗算

驗算依據JTJ 025-86《公路橋涵鋼結構及木結構設計規范》、GB 50429-2007《鋁合金結構設計規范》。

4.1　鋼立柱計算

如圖6所示：鋼立柱最大軸向壓應力為98.27 MPa<[σ]=140 MPa，最大彎矩應力為96.47 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪應力為28.33 MPa<[τ]=85 MPa，均滿足要求。在鋼立柱的與柱頂承重梁或與承臺剛性約束處出現應力較大的情況，而鋼立柱整體其他部位受力較均勻，兩端與中間部位均滿足受力要求。

圖6　鋼立柱應力云圖

4.2　柱頂承重梁計算

如圖7所示：柱頂承重梁最大軸向壓應力為49.53 MPa<[σ]=140 MPa，最大彎矩應力為69.02 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪應力為10.58 MPa<[τ]=85 MPa，均滿足要求。柱頂承重梁在中間部位的跨度較大，承受最大彎矩，兩端承重梁在鋼管柱的支撐分隔下使跨徑更小，整個梁體的組合應力呈對稱狀，梁體的各部分段均滿足要求。

圖7　柱頂承重梁應力云圖

4.3　分配梁計算

如圖8所示：分配梁最大軸向壓應力為57.78 MPa<[σ]=140 MPa，最大彎矩應力為144.36 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪應力為63.93 MPa<[τ]=85 MPa，均滿足要求。分配梁為12根I25工字鋼，由于間距各不相同，且假設方木的荷載為等效均布荷載，因為中間的工字鋼的間距最大，其承受的力也最大，順橋向，中間工字鋼處于最不利工況，中間工字鋼的承受力為承受跨徑左右各一半的力，而由應力云圖計算結果得出的最大彎矩值、剪力值均處在中間工字鋼段。

圖8　分配梁應力云圖

4.4　方木計算

如圖9所示：方木最大軸力向壓應力50.04 MPa<[σ]=65 MPa，最大彎矩應力為115.55 MPa<[σw]=130 MPa，最大剪應力為12.98 MPa<[τ]=13.5 MPa，均滿足要求。由于方木在橫橋向的間距相等，所以把方木所承擔上部的荷載等效為6個相等的集中荷載，而方木在順橋向的間距，中間段最大，所以方木受力同樣呈現出中間大兩端較小的對稱趨勢，最危險點依舊出現在中間段。由圖9的應力云圖所示，中間段的彎矩值并沒有超出允許值，而最大彎矩值出現在兩端分配梁間距較小處的某根方木與分配梁的節點處，是因剛性約束所導致的應力集中現象。

圖9　方木應力云圖

5　結束語

通過Midas/civil建模對支架體系的受力進行驗算，主要結論如下:

(1)鋼立柱整體受力較均勻，柱頂承重梁的組合應力呈對稱狀，中間部位較大兩端較小，分配梁的應力最大值均處于跨度最大的中間工字鋼段。

(2)方木的跨中應力并不是理論最大值，支模架體系中的各部位彈性連接剛度對支模架體系受力有一定的影響，會導致連接支點處的應力集中現象。

(3)0號塊支模架體系的施工中支模架的最大應力通常不是出現在跨中，而是出現在支點處。當支模架體系跨中應力有較多富余、支點應力超出應力允許值時，可不增加支模架各部件數目，只需對支點處進行局部加強。