青岛海湾大桥50m移动模架行走牛腿结构有限元计算

摘要：MSS移动模架系统（move support system）是世界桥梁施工的先进工法，施工时无需在桥面下设置模板支架，而是采用两个支撑在牛腿上的钢结构主梁支承模板系统，两主梁通过牛腿支撑在承台上。本工程的50m跨箱梁墩高从7m～24m不等，根据工程情况，我公司的设计方案采用下行式移动模架系统，共设置三对牛腿，施工时只用其中二对牛腿，另一对牛腿在造桥机纵移前预先安装在下一孔桥墩承台上，以缩短施工周期。移动模架系统主要由牛腿、推进平车、主梁、鼻（导）梁、横梁、后横梁、外模及内模组成。造桥机现行强度计算采用许用应力法，对于用塑性材料制作的零件，其计算应力考虑零件尺寸、热处理和载荷特性的材料屈服极限； ：塑性材料零件的安全系数）。由于造桥机所有材料均为塑性材料Q345B和Q235B，工作载荷组合为组合Ⅰ，根据《起重机设计规范》的相关知识得到上述两种材料的需用应力分别为：230MPa和160MPa

关键词：海湾大桥，滑移模架有限元计算

1前言

牛腿采用横梁式钢箱结构，钢板材质为Q345B，为横梁、竖向支腿组合而成，通过竖向支腿支撑在承台上，并与墩柱通过螺旋丝杠和对拉丝杆抱紧固定。牛腿共设置三对，它的主要作用是支撑推进平车，将施加在推进平车上的荷载通过牛腿传递到承台上。每对牛腿左右共设有两台推进平车，每台平车上配有两台横向顶推液压缸、一台水平旋转液压缸、两台竖向顶升主液压缸和一台纵向顶推液压缸。主梁安放在推进平车上。推进平车与牛腿之间、牛腿与主梁之间共有四个滑动面，其中牛腿上表面与推进平车下表面分别镶有不锈钢板和塑料滑板，推进平车上滑动面安有聚四氟乙烯滑板，主梁下滑动面镶有不锈钢板,整个操作系统通过三向液压系统使主梁在横桥向、顺桥向及竖向正确就位。MSS50移动模架主要由内外模板、主梁、前后鼻梁、C型梁、前、后小车、牛腿、液压千斤顶等部分组成。由于整套设备在主梁与小车之间采用液压千斤顶连接，故在有限元计算时将整个结构分为上部支架和主梁横梁分别进行计算。根据《起重机设计规范》（GB3811-83），在计算时所采用的载荷组合类别是：组合I。Q345材料的许用强度为230MPa，Q235材料的许用强度为160MPa。有限元软件采用ANSYS软件进行计算

2 牛腿结构强度与刚度计算

MSS50移动模架上部支架部分由内外模板、主梁、前后鼻梁、模板横梁和螺旋顶等组成。在有限元建模时，由于主梁横梁与主梁通过四个螺旋顶连接，且四个螺旋顶各承担主梁横梁上的1/4荷载，可将内外模板及混凝土作为外载荷加在主梁横梁的计算模型上，再将其传递给螺旋顶的力求出，并将其作为上部支架部分的外荷载。主梁用板壳元来模拟，将鼻梁、模板横梁均采用空间梁单元来模拟，共划分板壳元49284个，梁单元1865个，节点95617个。

主要技术参数

2.1 合模浇注牛腿结构强度与刚度计算

牛腿有限元计算模型，由板单元模拟，共划分单元10243个，节点10246个。取单边主梁及混凝土对牛腿作用力为 ，计算结果如下：

牛腿垂向最大变形为8.85mm。

Von mises应力云图最大应力为：

最大应力出现在牛腿横梁于支腿的接触处。

由于材料为Q345，其材料的 ，故满足强度要求。

2.2开模行走时牛腿结构强度与刚度计算

有限元模型取单边主梁及混凝土对牛腿作用力为 ，计算结果如下：

牛腿垂向最大变形为9.48mm

Von mises应力云图最大应力为：

最大应力出现在牛腿横梁于支腿的接触处。

由于材料为Q345，其材料的 ，故满足强度要求。

2.3牛腿稳定性计算

用ANSYS软件的屈曲稳定性计算模块进行牛腿整体稳定性计算。和模浇注时将设备自重、上部支架自重、混凝土重作为外载荷加牛腿横梁上，通过计算得主梁失稳变形，一阶失稳变形的位置为牛腿支腿底部腹板，一阶特征值为：10.791，牛腿可满足稳定性要求。

开模行走时将设备自重、上部支架自重作为外载荷加牛腿横梁上，通过计算得主梁失稳变形，一阶失稳变形的位置为牛腿支腿底部腹板，一阶特征值为：19.827，牛腿可满足稳定性要求。

3结束语

结果表明,该滑移模架牛腿系统的强度、稳定性均能满足规范要求。通过由计算分析得到的滑移模架行走对牛腿部位的变形及应力分布,使设计人员对小半径曲线滑移模架的受力特性有进一步的了解,从而为滑动模架的设计、加工及应用提供参考依据。

注：本章内容的所有图表及公式以PDF形式查看