跨线桥梁0号块悬臂施工支架体系的受力分析

田　钦， 袁瑞杰， 丁　利

(南昌大学建筑工程学院，江西南昌 330031)

1　工程概况

涟水特大桥跨规划红日大道的桥跨布置为(48+80+48) m的连续梁，结构形式为现浇预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁为分离的单箱单室截面。0号块长8 m，底板宽6.4 m，两端悬出墩身2.9 m，梁高2.49 m，0号块混凝土数量为245 m3，重量约650 t，钢筋用量为95.5 kg(图1～图3)。

图1　0号块支模架布置正视(单位:cm)

图2　0号块支模架布置侧视(单位:cm)

图3　0号块支模架布置平面(单位:cm)

2　有限元分析模型

2.1　荷载取值

(1)钢筋混凝土的容重：26 kN/m3；人员、机具荷载标准值：2.5 kN/m2；底模板、内模支架模板：3.5 kN/m2；翼缘模板、侧模：2.5 kN/m2。施工阶段最不利荷载工况为混凝土浇筑完毕，但还未凝结，尚未达到强度。

(2)模型相关构件材料与截面情况如表1所示。

2.2　建模相关情况

由于该0号块支模架体系的钢管柱柱顶不平，不便设置满堂支架，故不进行0号块翼缘满堂支架的建模，直接将翼缘的荷载加至方木上。还由于墩身两边支架模型相同，且中间无相关联系，而荷载又对称分布，故将一半的支架作为一个整体，进行分析。模型内的单元全部采用梁单元。

支模架与墩身、承台接触的支撑部分采用刚结，6个自由度全部限制如图4所示。钢管柱与柱顶承重梁之间、柱顶承重梁与垫块之间、垫块与分配梁之间、分配梁与方木之间均采用弹性连接中的刚性类型。

表1　各结构构件的有限元单元类型

图4　支模架体系模型

3　荷载计算过程

将放置于支模架体系上的0号块按一定规则，通过7个截面分为7块(图5)。荷载布置采用梁单元荷载(单元)，在0号块架立于方木的长度范围内设置荷载,每一块提供的荷载(整体乘以1.25的系数)，荷载布置情况见图5，每块区域所承受荷载如表2所示。

图5　荷载布置示意

区域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条方木上的梁单元荷载=q1+q2=1 473.245 N/mm；

第2条方木上的梁单元荷载=q3=572.491 N/mm；

第三条方木上的梁单元荷载=q4=567.158 N/mm；

第四条方木上的梁单元荷载=q5=561.283 N/mm；

第五条方木上的梁单元荷载=q6=555.446 N/mm；

第六条方木上的梁单元荷载=q7=779.315 N/mm。

4　构件受力验算

验算依据JTJ 025-86《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》、GB 50429-2007《铝合金结构设计规范》。

4.1　钢立柱计算

如图6所示：钢立柱最大轴向压应力为98.27 MPa<[σ]=140 MPa，最大弯矩应力为96.47 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪应力为28.33 MPa<[τ]=85 MPa，均满足要求。在钢立柱的与柱顶承重梁或与承台刚性约束处出现应力较大的情况，而钢立柱整体其他部位受力较均匀，两端与中间部位均满足受力要求。

图6　钢立柱应力云图

4.2　柱顶承重梁计算

如图7所示：柱顶承重梁最大轴向压应力为49.53 MPa<[σ]=140 MPa，最大弯矩应力为69.02 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪应力为10.58 MPa<[τ]=85 MPa，均满足要求。柱顶承重梁在中间部位的跨度较大，承受最大弯矩，两端承重梁在钢管柱的支撑分隔下使跨径更小，整个梁体的组合应力呈对称状，梁体的各部分段均满足要求。

图7　柱顶承重梁应力云图

4.3　分配梁计算

如图8所示：分配梁最大轴向压应力为57.78 MPa<[σ]=140 MPa，最大弯矩应力为144.36 MPa<[σw]=145 MPa,最大剪应力为63.93 MPa<[τ]=85 MPa，均满足要求。分配梁为12根I25工字钢，由于间距各不相同，且假设方木的荷载为等效均布荷载，因为中间的工字钢的间距最大，其承受的力也最大，顺桥向，中间工字钢处于最不利工况，中间工字钢的承受力为承受跨径左右各一半的力，而由应力云图计算结果得出的最大弯矩值、剪力值均处在中间工字钢段。

图8　分配梁应力云图

4.4　方木计算

如图9所示：方木最大轴力向压应力50.04 MPa<[σ]=65 MPa，最大弯矩应力为115.55 MPa<[σw]=130 MPa，最大剪应力为12.98 MPa<[τ]=13.5 MPa，均满足要求。由于方木在横桥向的间距相等，所以把方木所承担上部的荷载等效为6个相等的集中荷载，而方木在顺桥向的间距，中间段最大，所以方木受力同样呈现出中间大两端较小的对称趋势，最危险点依旧出现在中间段。由图9的应力云图所示，中间段的弯矩值并没有超出允许值，而最大弯矩值出现在两端分配梁间距较小处的某根方木与分配梁的节点处，是因刚性约束所导致的应力集中现象。

图9　方木应力云图

5　结束语

通过Midas/civil建模对支架体系的受力进行验算，主要结论如下:

(1)钢立柱整体受力较均匀，柱顶承重梁的组合应力呈对称状，中间部位较大两端较小，分配梁的应力最大值均处于跨度最大的中间工字钢段。

(2)方木的跨中应力并不是理论最大值，支模架体系中的各部位弹性连接刚度对支模架体系受力有一定的影响，会导致连接支点处的应力集中现象。

(3)0号块支模架体系的施工中支模架的最大应力通常不是出现在跨中，而是出现在支点处。当支模架体系跨中应力有较多富余、支点应力超出应力允许值时，可不增加支模架各部件数目，只需对支点处进行局部加强。