谈应用SM solver 软件进行挂篮三角形钢架结构验算

王粤丹

(上海浦东北蔡市政建筑有限公司，上海 201204)

上海市闻居路浦东运河主桥为跨越浦东运河而设，采用三跨变截面预应力混凝土连续梁桥，孔跨布置为62 m+105 m+62 m。主桥1号～13号箱梁节段采用挂篮法循环进行悬臂浇筑施工，悬浇箱梁节段长度为3 m～4 m，自重最大的1号块重量为1 908 kN。根据闻居路浦东运河桥的特点，悬臂浇筑采用全钢结构三角形轻型挂篮进行施工。挂篮的主承重架为三角形钢架，钢架采用热轧型钢通过焊缝连接组拼而成，结构受力明确，自重轻，刚度大，滑行移动方便。挂篮为主桥箱梁悬臂浇筑施工的主要设备，而三角形钢架又是整套挂篮体系中最重要的承载结构。如何验算和设计三角形钢架，并确保挂篮的安全性和适用性是施工单位的工作重点。本工程施工过程中，应用SM solver 2.0软件进行挂篮三角钢架结构的设计和验算，设计计算过程中形成的技术数据和图纸成为挂篮制作、安装以及后续主桥变截面箱梁悬臂浇筑施工的重要依据。

图1 闻居路浦东运河桥主跨结构示意图（单位：cm）

1 闻居路浦东运河桥主跨结构形式

闻居路浦东运河桥主跨结构示意图见图1。

2 三角挂篮作业工况及组成部件说明

以三角挂篮安装完成并组织进行1号块悬浇施工时的工况为例，说明本工程所使用的钢结构三角轻型挂篮作业工况以及挂篮各个组成部件的安装情况(见图2)，并按此工况时的最大荷载验算挂篮三角钢架。

图2 三角挂篮作业工况及组件安装示意图

3 挂篮三角钢架型钢选用及力学模型的建立

挂篮三角钢架主要杆件型钢表见表1。

表1 挂篮三角钢架主要杆件型钢表

挂篮三角钢架受力分析表见表2。

表2 挂篮三角钢架受力分析表

挂篮三角钢架力学模型示意图见图3。

图3 挂篮三角钢架力学模型示意图

由于挂篮三角钢架的杆件之间采用焊缝连接，因此杆件节点处设置为刚接。

4 在SM solver 2.0软件中输入相关数据

点击软件工具条或者命令菜单中的“节点”“杆件单元”“位移约束”“荷载条件”及“材料性质”命令组，在软件中构建与挂篮三角钢架力学模型相同的二维桁架并输入相应数据(见图4)。

图4 输入界面

图5 三角钢架位移、内力计算结果浏览框

图6 挂篮三角钢架弯矩和支座反力分布图

5 运用SM solver 2.0软件进行挂篮三角钢架结构验算

1)依次点击软件菜单分级命令“求解”→“位移内力”，软件自动生成计算结果浏览(见图5)。2)软件自动生成计算结果数据列表(见表3)。3)软件生成三角钢架杆件的内力和位移分布图，例如弯矩和支座反力分布情况见图6。

表3 软件计算结果数据表

6 根据SM solver 2.0软件计算结果对三角钢架的刚度、强度、稳定性进行分析

1)分析挂篮三角钢架杆件的材料刚度和强度:以底部双拼Ⅰ56b工字钢纵梁为例，查阅表3，底纵梁最大弯矩出现在C节点位置，为负弯矩，MC=－361 657.0 N·m。双拼Ⅰ56b工字钢截面抵抗矩WX=2×2 446.5 cm3，挂篮型钢(A3钢)弯曲容许应力［σW］=145 MPa，计算得到底纵梁型钢弯曲应力σW=MC/WX=73.9 MPa＜［σW］，材料强度符合规范要求。查阅表3，底纵梁最大挠度出现在G节点位置(挂篮前方末端)，fmax=－0.019 3 m。参照图3，DG段长度L=5.172 m，根据《钢结构设计规范·附录A》悬臂梁挠跨比v=fmax/2L=1/536＜［v］=1/400，材料刚度符合规范要求。2)分析挂篮三角钢架杆件的抗压稳定性:以承受轴向压力最大的双拼［36b槽钢立柱为例，根据软件计算结果，立柱承受轴向压力N3=－1 225 051 N，立柱的组合截面性质如下(暂不考虑加强缀板):a.面积 A=13 618.1 mm2;b.周长 S=2 114.4 mm;c.强轴 X轴惯性矩 IX=253 033 822.0 mm4;d.强轴 X轴旋转半径 RX=136.3 mm。立柱有效高度H=3 464 mm，长细比 λ=H/R=25.4，查阅《钢结构设计规范·附录C》，得到轴心受压立柱稳定系数φ=0.934。立柱承受最大压应力 σC=N3/(φ·A)=96.3 MPa。挂篮型钢(A3钢)抗压容许应力［σC］=140 MPa，σC＜［σC］，立柱稳定性满足规范要求。3)挂篮三角钢架其他杆件或者整个挂篮工作系统的其他钢结构组件的强度、刚度以及稳定性也都可以采用表3中数据，运用基本的结构力学和材料力学公式进行验算。

7 结语

结构力学求解器SM solver 2.0是一个面向工程技术人员的计算机辅助分析计算软件，其求解内容包括了二维平面结构(体系)的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学所涉及的一系列问题。本工程运用该款软件对挂篮三角钢架的材料性能和施工安全性进行验算，并依据验算结果完善挂篮的设计，最终制作出厂的钢结构三角轻型挂篮在本工程施工过程中使用效果良好，闻居路浦东运河主桥成桥质量也达到了业主的预期要求。

［1］GB 50017—2003，钢结构设计规范［S］.

［2］GB 50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范［S］.

［3］周水兴，何兆益.路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.