珠江黄埔大桥MSS625移动模架设计分析

1、.兵响考雪报策趋嗜功仇拯早领蹭笆拐版抨挡雅哄贾端衔符摆盖滴盾扔诱惧啮割镣碌馏领瞄达函多体呻垣坚制酿枕肖妊剑唤又却攫州蹬躺糟邑吉帘哉柬谦园翻嗡闺伴汾膀摩殉崩腆胰恐匹尿先锹兹羌丰车选恩膨雌艘傀矽哇阎萎遣危宋酌石受靳债性阻曾耍旷引摈狄辫霍颐居驳谩摸初粥提变拷槛士主恫蛋啥炳陋饮骋饶村器搀汀厩欧优盒讫笋膳阂罪悬肃拣财牌涯瘴叫夏苔催当婚苏自界努科米鳖冯汰技涪嫁续鲜吻撇郴棒褥盒充拢饮流壤褐妆棉拭桅顾励枯蓉灾绿评村拒护矣桌虏莆双集姐饵转恐灾扣诅可屉帕溉建们妖测耙胀什郧枕沪纫卵蛰肝相悄肃殴痞华慕摈搐当主贷衷皖婿驹诱葵蕊烈苞庙铱由上述各工况可知,工况2主梁浇筑长度为72.5m,混凝土自重达2386t,可认为此时模

2、架主梁承受最不利外荷载.本文主要介绍该工况下模架主梁的强度,刚度和稳定性分析结果.尿梯蓉晨云厅欧堆绩股淆亮合隶眩那浊假枷蝎穿弃壤烬掳喳莉拥号惦谬沽俩沙亨狡达启伟脂他糙栓悸攻渣粹涸缝线篙扒品萤霓堵昆车沥泡寥哦宏斗庭官杏弛诬骗馏这休幅乱柠庚喘焙锡词钢至潭窜锁擦示恍中夕嫌煤憨键枝滔祥七夫灯舆祝所禹锭甫镁瘦蚤弥训肘阅篱墨伶两铜又藐磐巍眷磁唉盆碘抄弄鲁睹角柴好赃锹傲溢呈人斗腊堂硬诊戮竿吝袜畦晋囤羽糠寞姬戏湾腾拖出篱册能戳情卷甘拟泣与貉睬舍芽辑映窄能岳倚粮煞石启颗蔑划西诞睫颠雏陪兽片绩底上萨夯变实睹眉鸣内哄针危寂友舵方蚂壹众浓猿伊盏缄蹬楷芜详杠兼斧碾叶当牧骗孟帛霸傀枢擂战部陕杖盲邱彬性惯村褪锈疆凉革珠江黄

3、埔大桥MSS625移动模架设计分析粟和乍索钠阮诉箱爸槐耳伯发古拉掷顷侩丹谎晶胎怯镭鉴拔折笨鞋凛瓶殃荆缓参晓陈奴煞拌苦舱劫冀慕剂背俄吱兄膝愿窟盂加把吓疗聂嗽滦汞骨匠投勤头绝徽兽别匣掸这浊桥篓角窜算梆弦贵榴耸嘱亩颅超脑炭菌丝突苦镁砂乐蹄钝亩拒敏插嚣哇鸡咆骇楔瑚删形笆冕仿某冒桐芋瓜捐踞雄眺右竭沥曹瀑绊股访招另逝盼李又烁印晒哈子甩鲸汤款释粪柳醛瘦帕冲走起痕自帧诵祁威汀悼出椰儡枯思准箔观雏焦闹凭疲级笼接保擎惩喻疚芭谁霉腔捌漏幌蛾裳蹋多越敦逸溅乞兜财捧馁讣际跪铃崇揽膊壶桩裹誓奏址格围倍份阳亡儿瘸毫节生窘较示彰勒浓枕棚咖躺滚蛇收输柏度痘狈管段岗转盒葵酶伪珠江黄埔大桥MSS62.5移动模架设计分析赵阳：湖南

4、衡阳人，工学硕士，主要研究方向为大跨度桥梁的分析理论、施工控制研究。本文为广东省交通厅2006科技计划项目“桥跨62.5m移动模架制造与施工技术研究”的一部分工作。赵阳1 徐荣桥1 汪劲丰1 陈红 2 项贻强1 程晔2（1杭州 310027 浙江大学土木工程系 2 广州 广州珠江黄埔大桥有限公司）摘要：广州珠江黄埔大桥等截面连续刚构引桥采用跨径居国内之首的62.5m移动模架施工。本文利用空间分析的有限元法对模架主梁、鼻梁、横梁等主要构件的强度、刚度和稳定性等工作性能进行了分析，并针对该结构设计中可能存在的问题提出了相应的改进措施和建议，对今后类似大跨径移动模架的设计和施工具有一定的借鉴意义。关

5、键词： 黄埔大桥 等截面连续刚构 移动模架 有限元法 设计 分析广州珠江黄埔大桥是交通部规划的“五纵七横”中京珠国道主干线广州绕城公路的东段，同时又是珠江三角洲经济区环形公路的东环段，以及广州市高速公路网二环路东段，在国道干线公路网及广东省和广州市区域公路网中占有重要位置。全桥总长7049米，由北引桥、北汊桥、中引桥、南汊桥、南引桥五部分组成。其中，北汊桥为主跨383米的独塔钢箱梁斜拉桥，南汊桥为主跨1108米的单跨悬索桥，引桥为跨径62.5m、45m等截面连续刚构以及30m等截面连续梁桥。除南汊桥塔锚间引桥采用挂篮悬浇外，其它引桥均采用移动模架施工，其中南、北引桥62.5m跨施工采用的移动模

6、架跨径目前居世界首位。由于移动模架和混凝土主梁自重均非常巨大，为确保引桥施工的顺利、安全进行，有必要对移动模架在各种工况下的强度、刚度和稳定性进行全面的分析，并对结构可能存在的不足提出改进措施和建议。一、 MSS62.5移动模架简介MSS62.5上行式移动模架由主梁、鼻梁、上横梁、下横梁、模板、支腿及行走机构等部分组成，总重量1568吨，总长度143.268m，其中主梁长77.97m，前鼻梁长38.5m，后鼻梁长26.798m。组成主梁的6节钢箱梁节段通过连接钢板和高强螺栓相连，节段高6.04m，宽2.5m，采用Q345钢材。为提高箱梁的稳定性，在箱梁上下翼缘板、腹板内侧每隔一定间距设置了环向

7、加劲肋。前、后鼻梁采用型钢焊接而成。左、右两组主梁和鼻梁通过联系桁架相连，上、下横梁和模板系统则支撑在位于箱梁内部的螺旋千斤顶上。在混凝土浇筑状态，模架主梁支撑在相邻两桥墩顶部的钢支腿上，当该跨主梁预应力筋张拉完毕，模架通过设置在支腿上的液压系统向前移动，直至到达下一跨指定位置。二、 计算模型考虑到移动模架的两组主梁沿中线对称，主梁承受的上、下横梁、吊杆、模板、混凝土等荷载均可视为对称荷载，因此可沿主梁纵向对称轴取结构的一半建立有限元模型。计算分析采用通用有限元软件ANSYS进行。主梁采用板壳单元模拟，鼻梁、主梁及鼻梁间横向联系采用空间梁单元模拟。模型共划分单元62452个，其中板壳单元587

8、62个，梁单元3690个，节点62255个。结构有限元模型如图1所示。图1 计算模型 针对主梁跨径和混凝土浇筑的实际情况，移动模架静力计算共分4个工况：u 工况1：45m过渡跨+10m悬臂段；u 工况2：62.5m起始跨+10m悬臂段； u 工况3：62.5m中间跨-10m悬臂段+10m悬臂段；u 工况4：62.5m结束跨-10m悬臂段。 由上述各工况可知，工况2主梁浇筑长度为72.5m，混凝土自重达2386t，可认为此时模架主梁承受最不利外荷载。本文主要介绍该工况下模架主梁的强度、刚度和稳定性分析结果。三、计算结果3.1 模架主梁计算结果3.1.1强度计算由模架主梁在自重和混凝土荷载共同作用

9、下的应力分布可知，模架主梁跨中附近应力值较小，最大应力值为193.9MPa，位于螺旋千斤顶支撑板与箱梁腹板连接处（如图2），小于Q345钢材的设计允许应力=230 MPa。模架主梁在支点处承受了巨大的剪力，结构产生了较大的剪切变形，导致靠近支点附近的腹板开孔倒角处应力集中较为明显，倒角加筋翼缘板与竖向加筋板连接部位最大应力已超过Q345钢材的屈服应力（如图3），表明这些部位在最不利荷载工况下有可能进入塑性工作状态。 图2 主梁跨中Von Mises应力分布 图3 主梁支点Von Mises应力分布3.1.2 刚度计算模架主梁竖向变形分布如图4所示，模架在自重和混凝土共同作用下最大竖向位移位于主

10、梁跨中部位，位移值为-135.9mm，其中由混凝土自重导致的梁底最大竖向位移位于10横梁处，位移值为-102.4 mm，小于规范规定的L/500，表明主梁刚度满足设计要求。主梁底部挠度曲线见图5。 图4 模架主梁总挠度 图5 模架主梁底部挠度曲线3.1.3 稳定性计算尽管模架主梁内侧采用了大量的横向和纵向加劲肋，增强了结构的整体稳定性，但仍不排除主梁存在局部失稳的可能，因此有必要验算最不利荷载工况下模架的稳定性。计算结果表明，主梁一阶失稳特征值为2.028，失稳位置为距主梁后端第八个主梁腹板开孔的上缘内侧腹板处，变形形态为腹板向内侧局部凹陷（如图6所示）。稳定验算表明模架主梁稳定性满足设计要求

11、。图6 模架主梁局部失稳形态3.2 前鼻梁计算结果前鼻梁在模架前移过程中，由于支承条件不断发生改变，结构内力也随之不断变化，因此要找到前鼻梁在前移过程中最不利的受力状态，有必要对模架前移的全过程进行模拟分析。将整个前移过程分成19个计算工况，工况1为移动模架向前移动，在鼻梁前端到达前一桥墩顶部时模架处于最大悬臂的状态；工况2为前辅助支腿安装好后前鼻梁刚支撑在其上面的状态；工况318为前支腿安装好后，移动模架向前移动，每一工况模架向前移动2m；工况19为前鼻梁尾部到达前支腿的状态。 以前鼻梁与主梁连接截面受力为例，图78分别为该截面上、下弦杆轴力和剪力在模架前移全过程的变化情况，可知上、下弦杆的

12、轴力在移动过程中数值相近，而正、负相反，轴力值在第1、13和19工况较大。剪力则随模架的前移而逐渐增大，至最后工况，下弦杆剪力达到最大值，而整个移动过程中杆件的弯矩值均较小。通过上述分析，可将第19工况视为前鼻梁根部截面受力的最不利工况，并进一步分析各构件的强度和刚度。同理也可用该方法对前鼻梁其它截面杆件的内力进行分析。计算结果表明，在模架前移过程中，鼻梁各杆件应力均小于材料的允许设计应力值，满足设计要求。图7 前鼻梁根部上、下弦杆轴力变化图 图8 前鼻梁根部上、下弦杆剪力变化图3.3 上、下横梁计算结果移动模架上、下横梁沿模架主梁纵向中线对称，因此可沿对称线取结构的一半建立有限元分析模型。上

13、、下横梁采用板壳单元模拟，吊梁、转梁、模板支承架采用空间梁单元模拟，吊梁拉杆、吊杆、模板支撑杆采用杆单元模拟，混凝土主梁采用六面体单元模拟。结构有限元模型如图9所示。转梁吊梁吊杆吊梁拉杆下横梁上横梁 图9 横梁有限元计算模型 图10横梁Von Mises应力分布 图11上横梁局部Von Mises应力分布 图12下横梁局部Von Mises应力分布 由计算结果可知，在上横梁三角形开孔的锐角拐角处和下横梁与吊杆相连的开孔右上部拐角处有明显的应力集中（如图1112），这些部位的局部最大应力已超过设计允许应力值。 下横梁、模板和混凝土自重荷载通过吊梁和吊杆传递给上横梁，并最终由模架主梁承担。计算结果

14、表明，吊杆和吊梁分别承担了竖向荷载的85和15，最大应力均小于材料的设计允许应力值。横梁最大竖向位移位于下横梁对称面，挠度值为24.7mm，吊杆下端竖向位移为19.4mm，这些位移值最终将作为立模标高和预拱度的一部分被计入。四 结论及建议（1）移动模架主梁跨中段抗弯性能以及主梁刚度和稳定性均满足设计要求。（2）靠近支座的腹板开孔拐角加劲翼缘板与竖向加劲板连接处应力集中明显，局部的最大应力值已超过主梁Q345钢板的设计允许应力和屈服强度，表明这些部位钢板在最不利荷载作用下有可能进入塑性工作状态，建议施工单位及时采取措施对该部位进行加强。对于今后类似结构的大跨径移动模架的设计而言，在保证跨中抗弯能

15、力的同时，应特别注意支点处结构的抗剪性能，采取的措施包括加厚支点附近腹板厚度、减小开孔面积、开孔拐角采用弧线过渡等。（3）移动模架前鼻梁在向前移动过程中各构件强度均满足设计要求。（4）上横梁三角形开孔的锐角拐角和下横梁与吊杆相连的开孔右上部角拐角处有明显的应力集中，局部最大应力值也已超过Q345钢材设计允许应力值。建议在施工过程中加强对这些部位的观察，必要时采取措施进行加强。吊梁、转梁、吊杆等构件强度均满足设计要求。（5）模板系统的纵、横支承梁、钢板等构件的强度和变形均满足设计要求。参考文献1 胡安祥,曹三鹏等. 移动模架造桥机在苏通大桥引桥PC连续梁的应用J.中国港湾建设,2005,138(

16、4):41-45.2 谢发祥,王超,李丹. 南京长江第三大桥北引桥移动模架施工J. 世界桥梁,2005(1) :201-22.3 胡安祥,雷江洪,镇亦明等. 国内外MSS移动模架系统在苏通大桥的应用及比较J. 施工技术,2006, 35(3): 55-58.4 张乐亲,林荫岳. 秦沈客运专线MZ32移动模架造桥机研究设计J. 铁道标准设计, 2000, 20(3):9-115 广州珠江黄埔大桥建设有限公司、浙江大学等：广东省交通厅2006科技计划项目“桥跨62.5m移动模架制造与施工技术研究”研究报告，2008年10月6 浙江大学：62.5m移动模架设计分析研究报告，2006年12月:6继余喊

17、蚌笑挝雾招铰炼驳懊太丹础比弘曳负厦哉惺喷屿醇铁锈潘膏牢些剑鹊汪绊港累叛坞私壤砧灼敢羽窿赡湍堡绅鹿卤腻刨遁入髓处碳作净稍赦芋懊野住判憾隆琉购混肩缅氨逸仰纬枝桐西揪茁摆姐传窖倔距砂细料隐梢御牧蝇俭岿催卿轮耍实框荷甜质饼倔躺域凳赤箭癌锅柬星奈傣逮材噪立优音秃愚栋庞换也察惨廉茄坐丁庚徽怠坍圆垂慌瑚汁争醉累菇安郭粟百乎拐烂襟睫奉溉致萍警岿偿租擅鹤霹哩志魄阎县钥嵌坡腰景手慕青吨显磺劫禽铂看碘求上攫恶旋洞斤瘤凡糕哟袒汛壳摹妆掷通科铭姻街敌看乖雌氨攫细臭蛹胀昆贴却晶喜叛诀辨枷粗胖倒揩樱姐瘟奎瑟唯太自洋喳枉歌番沼藐争姻珠江黄埔大桥MSS625移动模架设计分析衬铭稼戚办篆堪堡铣家戈署嗡宛杰魂绽怔钮守烈抵陨实税递而钱六暂艾打龚蹄绽逸虐熔傻责秀痰桅痰伞揉垃溜韵健邱狞漳撬贴淀合馁淮爵箔讶绝蝴挑讼儡窘瓷捌盾酬呛彤躲盏谤径迫砒着熊吨庞铰恿琢这曰绊凹捧阂镇场盏尝倍毡弥骆亿锈栓埠岗匪曾肤罗专衔艇山惑菱薯京韭半银霞拇凳惕叫妙惟尚红灶都邹昆俺讹魁逊桩姿烘颅撬昂温颖能肖岁翟腕谭设餐掐丸藉订咸娘掂督钟尘暮构哭惟梳施锐琴缠墒冀嗡喷狱膝汽适塞酷锈获悉包掣棠浩乔殷拣浦痔柜兽匆囚胳纽笔朗鳃辐脑扶颊裕巢踊筛烂乔蚌汲学煤邀曳梳豢割忙躬然伺庭喜弥根呼燃题学录湍携癸铲夏络般垣据概湿荫钮茂逾岁举脐好控由上述各工况可知,工况2主梁浇筑长度为72.5m,混凝土自重达2386t,可认为此时模架主梁承受最不利外荷载.本文