有限元在悬浇挂篮结构强度计算中的应用

张学会

(黑龙江交通发展股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000)

1 工程概况

某连续梁桥为跨径组合为(41+64+41)m，主梁采用挂篮悬臂现浇法施工，墩顶0#段采用托架现浇施工，边跨现浇段采用支架现浇施工。根据构造及施工工艺要求，边跨共划分7个节段(含边现浇段)，中跨共划分11个节段。各梁段均为整幅结构形式，根据梁段重均衡的原则，挂篮悬浇节段长度分为4.5 m、5.5 m两种类型，最大节段重约为141.1 t。中间墩墩顶0#块长12 m，1#、2#块长4.5 m，过渡墩墩顶现浇梁段长7.42 m，边跨及跨中合龙段长2 m。为施工需要设计菱形挂篮。连续梁桥总体布置见图1。

图1 总体布置图(单位：m)

2 挂篮结构设计有限元计算分析

2.1 建立挂篮结构的有限元计算模型

本文运用Midas/Civil 2020软件对挂篮的主要部分—主桁架、横向联系结构、上横梁、下横梁、下纵梁、吊带等进行仿真建模。挂篮计算模型见图2。该计算模型由531个节点和549个单元组成。

图2 挂篮有限元模型

2.2 底纵梁验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的底纵梁受力情况如图3,图4所示。

图3 纵梁弯曲应力

图4 纵梁剪切应力

由图3，图4所示，底纵梁最大弯曲应力为151.3 MPa，最大剪应力为30.9 MPa，均满足规范强度要求。

2.3 内外滑梁验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的内外滑梁受力情况如图5，图6所示。

由图5，图6可知，内外滑梁最大弯曲应力为19.3 MPa，最大剪应力为54.5 MPa，均满足规范的强度要求。

2.4 底托梁验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的底托梁受力情况如图7，图8所示。

图8 底托梁剪切应力

由图7，图8可知，底托梁最大弯曲应力为63.2 MPa，最大剪应力为36.7 MPa，均满足规范的强度要求。

2.5 前上横梁验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的前上梁受力情况如图9，图10所示。

图9 前上横梁弯曲应力

图10 前上横梁剪切应力

由图9，图10可知，前上横梁最大弯曲应力为162.5 MPa，最大剪应力为54.1 MPa，均满足规范的强度要求。

2.6 菱形桁片验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的菱形桁片受力情况如图11所示。

图11 菱形桁片组合应力

由图11可知，菱形桁片最大组合应力为174.9 MPa，均满足规范的强度和稳定性要求。

2.7 门架验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的门架受力情况如图12所示。

图12 连结杆组合应力

由图12可知，门架最大组合应力为247.2 MPa，均满足规范强度和稳定性要求。

2.8 吊带及吊杆验算

在最不利荷载工况作用下，挂篮结构的吊带及吊杆受力情况如图13所示。

由图13可知，吊带最大轴向应力为112.5 MPa，吊杆最大轴向应力为345.2 MPa，满足规范强度要求。

图13 吊杆轴向应力

3 结 论

通过对挂篮的主要构件强度进行有限元分析，主要结论如下。

底纵梁最大弯曲应力为151.3 MPa，最大剪应力为30.9 MPa，均满足规范强度要求；内外滑梁最大弯曲应力为19.3 MPa，最大剪应力为54.5 MPa，均满足规范的强度要求；底托梁最大弯曲应力为63.2 MPa，最大剪应力为36.7 MPa，均满足规范的强度要求；前上横梁最大弯曲应力为162.5 MPa，最大剪应力为54.1 MPa，均满足规范的强度要求；菱形桁片最大组合应力为174.9 MPa，均满足规范的强度和稳定性要求；门架最大组合应力为247.2 MPa，均满足规范强度和稳定性要求；吊带最大轴向应力为112.5 MPa，吊杆最大轴向应力为345.2 MPa，满足规范强度要求。