有限元在懸澆掛籃結構強度計算中的應用

張學會

(黑龍江交通發展股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 工程概況

某連續梁橋為跨徑組合為(41+64+41)m，主梁采用掛籃懸臂現澆法施工，墩頂0#段采用托架現澆施工，邊跨現澆段采用支架現澆施工。根據構造及施工工藝要求，邊跨共劃分7個節段(含邊現澆段)，中跨共劃分11個節段。各梁段均為整幅結構形式，根據梁段重均衡的原則，掛籃懸澆節段長度分為4.5 m、5.5 m兩種類型，最大節段重約為141.1 t。中間墩墩頂0#塊長12 m，1#、2#塊長4.5 m，過渡墩墩頂現澆梁段長7.42 m，邊跨及跨中合龍段長2 m。為施工需要設計菱形掛籃。連續梁橋總體布置見圖1。

圖1 總體布置圖(單位：m)

2 掛籃結構設計有限元計算分析

2.1 建立掛籃結構的有限元計算模型

本文運用Midas/Civil 2020軟件對掛籃的主要部分—主桁架、橫向聯系結構、上橫梁、下橫梁、下縱梁、吊帶等進行仿真建模。掛籃計算模型見圖2。該計算模型由531個節點和549個單元組成。

圖2 掛籃有限元模型

2.2 底縱梁驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的底縱梁受力情況如圖3,圖4所示。

圖3 縱梁彎曲應力

圖4 縱梁剪切應力

由圖3，圖4所示，底縱梁最大彎曲應力為151.3 MPa，最大剪應力為30.9 MPa，均滿足規范強度要求。

2.3 內外滑梁驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的內外滑梁受力情況如圖5，圖6所示。

由圖5，圖6可知，內外滑梁最大彎曲應力為19.3 MPa，最大剪應力為54.5 MPa，均滿足規范的強度要求。

2.4 底托梁驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的底托梁受力情況如圖7，圖8所示。

圖8 底托梁剪切應力

由圖7，圖8可知，底托梁最大彎曲應力為63.2 MPa，最大剪應力為36.7 MPa，均滿足規范的強度要求。

2.5 前上橫梁驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的前上梁受力情況如圖9，圖10所示。

圖9 前上橫梁彎曲應力

圖10 前上橫梁剪切應力

由圖9，圖10可知，前上橫梁最大彎曲應力為162.5 MPa，最大剪應力為54.1 MPa，均滿足規范的強度要求。

2.6 菱形桁片驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的菱形桁片受力情況如圖11所示。

圖11 菱形桁片組合應力

由圖11可知，菱形桁片最大組合應力為174.9 MPa，均滿足規范的強度和穩定性要求。

2.7 門架驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的門架受力情況如圖12所示。

圖12 連結桿組合應力

由圖12可知，門架最大組合應力為247.2 MPa，均滿足規范強度和穩定性要求。

2.8 吊帶及吊桿驗算

在最不利荷載工況作用下，掛籃結構的吊帶及吊桿受力情況如圖13所示。

由圖13可知，吊帶最大軸向應力為112.5 MPa，吊桿最大軸向應力為345.2 MPa，滿足規范強度要求。

圖13 吊桿軸向應力

3 結 論

通過對掛籃的主要構件強度進行有限元分析，主要結論如下。

底縱梁最大彎曲應力為151.3 MPa，最大剪應力為30.9 MPa，均滿足規范強度要求；內外滑梁最大彎曲應力為19.3 MPa，最大剪應力為54.5 MPa，均滿足規范的強度要求；底托梁最大彎曲應力為63.2 MPa，最大剪應力為36.7 MPa，均滿足規范的強度要求；前上橫梁最大彎曲應力為162.5 MPa，最大剪應力為54.1 MPa，均滿足規范的強度要求；菱形桁片最大組合應力為174.9 MPa，均滿足規范的強度和穩定性要求；門架最大組合應力為247.2 MPa，均滿足規范強度和穩定性要求；吊帶最大軸向應力為112.5 MPa，吊桿最大軸向應力為345.2 MPa，滿足規范強度要求。