模板与脚手架 移动模架数字化模拟预压技术的研究与应用 谈超 彭云涌 罗桂军 聂海柱 胡明德 中建五局土木Ｔ程有限公司 长沙４１００００ 摘要：预压是移动模架施工应用前的关键工序，通过预压来模拟混凝土浇筑工况，其目的主要是检验移动模架的结构 安全性及消除移动模架在拼装过程中存在的非弹性变形。实验采取沙袋和水复合加载的方式。对移动模架各区域进行 不同的模拟，并采用Ｍｉｄａｓ有限元分析软件对各主要构件进行荷载效率系数分析，其间，通过不断调整沙袋和水加载的 方式来提高荷载效率系数，实现对混凝土浇筑工况的精确模拟。最后，再采用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件对预压工况进行整 体建模分析，确定预压工况各级加载的应力及应变，以作为移动模架监控预警值和混凝土浇筑工况参考值，为后续混 凝土浇筑方案的确定提供理论依据。 关键词：预压技术；移动模架；数字化模拟；荷载效率系数；有限元分析 中图分类号：ＴＵ７５５．２ ９ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１４１４４／ｊ ｃｎｋｉ ｊｚｓｇ．２０１６ １ １，０３５ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｆｏｒｍｗｏｒｋ ＴＡＮ Ｃｈａｏ ＰＥＮＧ Ｙｕｎｙｏｎｇ ＬＵＯ Ｇｕｉｊｕｎ ＮＩＥ Ｈａｉｚｈｕ ＨＵ Ｍｉｎｇｄｅ ＣＣＦＥＢ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００００ １ 工程概况 武四 大桥化于湖北省鄂州市境内，全桥总长为 ＩＩ７１ ＩＴＩ，曲线 径１ ８００ ＩＴＩ，双向８车道布置，桥梁跨度 为４０ ｍ．上部结构为单箱五室鱼腹式现浇连续箱梁，梁 、／，４ ｆ舟２．５ ｍ，梁底曲线半径２ ９８９．１ ｃｍ。桥宽２１．５ １３１＿，最低墩 ’ｆ１ ｆｌ 、中支脏 ３．６ ＩＴＩ（ １） ｉｌ 为适应武 湖人桥“宽幅、低墩、大断面”的结构特 ｌ Ｉ点，本套移动模架采取ｔｖｌ￣－式移动模架，并采用闻内首创 图２移动模架横断面示意 的挂梁双折帝纵移过跨技术。该模架系统主要南主梁、 梁、 Ｉ 横梁、挂梁、前支腿、中支腿、ｌ￣ｌ／Ｊｘ车、后滑梁、龙门 ｍ等组成，并配冉棚应的液压电气系统（图２～网４）”。ｊ。 图３移动模架纵断面示意 图１武四湖大桥总体布置及断面示意 ２ 数字化模拟预压技术 ２．１沙袋和水精确分区 图４移动模架挂梁双折叠示意 根据武四湖火桥单箱五室鱼版型箱梁的结构特点，拟 在现场以中横梁和端横梁实心段为分界，对沙袋和水进行 一 作者简介：谈超（１９９０一），男，＞Ｊ￣４－４，助理－Ｉ－程师。 分区布置。 通信地址：湖南沙市中意一路１５８号中建大厦１２楼 ２．１．１腹板荷载计算 （４１００（３０）。 箱梁横截面如图５所示，设计配合比的ｃ５０混凝土密 收稿日期：２０１６－－０４－－２９ 度取２．４３ ｔ／ｍ ，分别计算中腹板附近（区域５）和边腹板附 ２Ｄ１６．１１．Ｂｕｕ帅ｇｉＩ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ１０ｎ圃 谈超 彭云涌 罗桂军 聂海柱 胡明德：移动模架数字化模拟预压技术的研究与应用 近（区域３）以及翼缘板附近（区域１）的横截面面积为： ２．３ ｌ、２．０３ ｌ ２、Ｏ．９２０ ８ ｍ 。由此可以计算各区域每延米箱 梁混凝土荷载如下： １）中腹板附近（区域５）：２．３１ Ｘ ２．４３×１＝５．６１ ｔ。 ２）边腹板附近（区域３）：２．０３１ ２×２．４３ Ｘ １＝４．９４ ｔ。 ３）翼缘板附近（区域１）：０．９２０ ８×２．４３ Ｘ １＝２．２４ ｔ。 １ ２ ． 戴一呻３ ，●■ ・ ４ ５ ６ 一 ， ● ．＿－ Ｔ 图５武四湖大桥箱梁横截面示意 图８预压堆载平面布置 ２．１．３确定蓄水加载高度 ２．１．２确定沙袋布置 根据沙袋实际分仓空间，通过在ＣＡＤ图中进行模拟， 遵循对称加载的原则，确定各仓内蓄水的高度线，如图９所 。 利用沙袋堆载精确模拟出箱梁横截面各腹板混凝土荷 载，剩余部分进行蓄水加载预压，以保证预压加载能够真 实模拟实际荷载情况。 考虑到若完全按照腹板及翼缘板设置堆载区域会在横 截面划分出５个仓室，不利于沙袋堆载作业和蓄水加载的进 行，沙袋过于分散，堆载费工费时。因此，综合考虑移动 模架吊杆的影响，将中腹板和边腹板附近荷载集中分区进 行沙袋堆载布置。 取沙袋密度为１．５ ｔ／ｍ ，由混凝土荷载反算得出沙袋堆 载区域的横截面积为ｐ】： １）中腹板、边腹板区域：（５．６１＋４．９４）÷１．５＝ ７．０３３ ｍ 。 图９各仓蓄水加载示意 ２．２预压工况有限元分析 采用Ｍｉｄａｓ有限元分析软件对各主要构件进行荷载效率 系数分析，通过不断调整沙袋和水加载方式来提高荷载效 率系数，实现对混凝土浇筑工况的精确模拟。再采用Ａｎｓｙｓ 有限元分析软件对预压工况进行整体建模分析，确定预压 工况各级加载的应力及应变，作为移动模架监控预警值和 ２）翼缘板区域：２．２４÷１．５＝１．４９２ ｍ２。 则确定标准段预压加载横截面布置如图６所示。 混凝土浇筑工况参考值，为后续混凝土浇筑方案的确定提 供理论依据。 图６标准段预压加载横截面布置 ２．２．１荷栽效率系数分析 根据荷载分布绘制出１ ００％预压荷载工况和实际混凝土 浇筑荷载的横截面分布情况，如图ｌ ０所示。 考虑到中横梁和端横梁处为混凝土实心段，该处沙袋 全断面进行堆载，则确定横梁段预压加载横截面布置如图７ 所示。 由上述分析得到沙袋堆载分仓蓄水预压平面布置如图８ 所示。 （ａ）预压荷载 （ｂ）实际浇筑荷载 图１Ｏ预压荷载和实际浇筑荷载模拟加载 根据预压工况（１ ００％）和首跨４８ ｍ浇筑工况的有限 元计算结果，选取二者主梁４０ ｍ跨跨中附近的最大竖向位 图７横梁段（Ａ一横２）预压加载横截面布置 移、受力最不利的２ 挂梁的弯矩、受力较大的ｌ 吊杆的拉力 圃ｔｔ￣ｌｌ Ｔ・第３８卷・第１１期 谈 超 彭云涌 罗桂军 聂海柱 胡明德：移动模架数字化模拟预压技术的研究与应用 以及中支点反力（合力）等荷载效应的对比，得到主梁、 挂梁、吊杆以及中支腿的荷载效率系数（表１）。 表１预压荷载效率系数 构件 效应项 预压荷载 效应值 ： １０．５ ｒｆｌｍ －３６４．２ ｋＮ－ｍ －２４１ ８ ｋＮ・ｍ ２９７．４ ｋＮ－ｍ 实际浇筑 效应值② １１．０１＂／３ｉ／１ －３５９．８ ｋＮ・ｍ －２０７．１ ｋＮ・ｍ ２９０．２ ｋＮ・ｍ 效率系数 ①建） Ｏ．９５ １．０１ １ １７ １．Ｏ２ 主梁 跨中最大位移 位置１弯矩 ２ 挂梁 位置２弯矩 位置３弯矩 图１ １三仓六区复合加载示意 应力测点选在移动模架关键受力位置，包括主梁弯 位置４弯矩 １ 吊杆 吊杆拉力 中支腿 中支点反力 一３４７．３ ｋＮ・ｍ ７２５．１ ｋＮ ７０３３３ ｋＮ －３３５．８ ｋＮ・ｍ ６０９．４ｋＮ ６８３４．５ｋＮ １．Ｏ３ １．１９ １．Ｏ３ 矩或剪力较大的截面；支座、跨中和悬臂段截面处（或附 近）的挂梁；移动模架吊杆；移动模架中支腿。主梁、挂 梁及支腿应力测试采用外贴式钢弦应变计；吊杆应力测试 采用穿心式压力传感器 ］。 通过在移动模架各位置布置的应力及应变监控点，测 得移动模架在１００％荷载预压工况下的各构件最大应力及变 形数据如表３所示。 表３预压工况主要部件测点实测 部件 Ｉ应力／ＭＰａ 变形／ｎｕｎ 由表１可以看出，在１００％工况预压荷载作用下，移动 模架各主要构件的效率系数（预压荷载效应／实际浇筑荷载 效应）均大于０．９５。 ２．２．２应力及应变分析 根据沙袋和水加载布置图，采用Ａｎｓｙｓ软件对移动模架 预压工况进行整体建模分析。 按部件计算，最大应力与变形如表２所示。 表２预压工况主要部件有限元分析计算结果 部件 应力，ＭＰａ 主粱 ２３０．６ －７２．４ 鼻梁 １３５．４ －２．３ 上横梁 ２００．５ —１Ｏ６＿２ 挂梁 １６９．３ －９９．６ 中支腿 １９Ｏ．１ —１１．６ 主梁 ２１９．９ 鼻梁 １２２．４ 上横梁 １９Ｏ．１ 挂梁 １８１．５ 中支腿 １８８．５ 对比有限元计算结果，其主要部件测点实测结果偏 大，偏差均在５％以内。 变形／ｍｍ －６８．３ —１．９ —１ＯＯ．５ －９５．７ —１Ｏ．８ ５ 结语 ３ 沙袋和水复合加载 本次预压结合拟定的混凝土浇筑顺序以及现场实际情 况，遵循尽量模拟实际浇筑过程的原则，制定了先在悬臂 段两侧对称加载、后加载剩余位置的总体加载顺序。 预压采用三级加载方式：０—６０％一ｌｏ０％一１ Ｉ５％， 本文探讨了一种移动模架数字化模拟预压技术，应用 ＣＡＤ软件对移动模架各区域进行加载布置，并采取Ｍｉｄａｓ、 Ａｎｓｙｓ有限元分析软件，分析移动模架各主要构件的荷载效 率系数和应力应变情况，实现对移动模架的精确加载。本 项目通过理论分析和现场试验，验证了该方法的可行性， 加载质量为：０ ｔ—ｌ ３８０ ｔ一２ ３０５ ｔ一２ ６５０ ｔ，每级加载 持荷时间应分别不小于４ ｈ、８ ｈ、２４ ｈ。卸载按与加载相 反的顺序进行，ｌｌ５％一ｌ００％一６Ｏ％一０，卸载质量为： ２ ６５０卜÷２ ３０５ ｐ１ ３８０ ｔ。 为今后类似工程施工提供了有益的借鉴。 Ⅱ参考文献 【１】刘三友．ＭＳＳ３２—９００型移动模架堆栽预压与预拱度设置卟铁道标准 设计．２０１０（４）：４１—４４． 按照数字化模拟中制定的“三仓六区复合加载法”进 行加载，首先堆载全部１ ３８０ ｔ的沙袋荷载（６０％），再按照 “Ｂ区 区”的顺序进行注水加载（图１１）。 【２】洪德松．移动模架造桥机工前预压施工工艺和预拱度设置技术ＩＪ］．中 外公路，２００７０）：１２４—１２７． ［３ 王新刚，３】李眷元，董明明．基于有限元分析￣ＭＳＳ４５移动模架造桥机 ４ 全过程动态监控 变形测点选在最能反映变形特征且便于观测的位置， 并尽可能分布均匀，能够反映模架预压期间的挠度变化规 律，如主梁首跨４０ ｍ段八分点截面、８ ｍ伸臂段端部截面及 导梁的跨中截面均布置变形测点；挂梁首跨４０ ｍ段的四分 点截面（或附近）、８ｍ伸臂段的端部截面（或附近）位置 等，采用位移计或精密水准仪测试。 预压试验研究 中国港湾建设，２０１１（６）：３４－３６． 【４】赵守营，王全．基于模架施工中的箱梁模架设计方案的讨论Ｕ】．工程 技术（文摘版），２０１６（４）：６７． 【５】李．移动模架法现浇铁路客运专线４０ｍ￣ｊ支箱梁施工技术Ｕ１． 科研，２叭５（６）：２３６—２３７． 【６】王志强．现浇混凝土梁模架砂槽加栽预压技术研究Ｕ】．山西建筑， ２０１５（１９）：８０—８２． ２０１６．１１．Ｂｕ ｉＩｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｌ『ｕｃｔｉ。ｎ圃
