1.MSS45移動模架造橋機有限元分析
1.1工程概況
廣東省南澳大橋東引橋跨徑45m的現澆箱梁施工采用MSS45移動模架造橋機現澆。該移動模架系統主要由牛腿、主梁、導梁、橫梁、后吊梁、中吊點橫梁、前支撐橫梁、外模及內模組成。
1.2MSS45移動模架造橋機各部位有限元分析及應力和變形觀測點設置
(1)主梁
用ANSYS軟件按照造橋機主梁的實際尺寸建立有限元計算模型如圖1-1所示，本次分析計算的工況為澆注45米跨首跨的工況。經計算，主梁在模架自重和45+9米混凝土共同作用下的Von Mises應力云圖如圖1-2所示，主梁的zui大應力為220MPa；豎向總變形云圖如圖1-3所示，主梁45米跨zui大凈撓度為90.7mm，位于橫梁8作用位置處。
根據主梁應力云圖，在兩個主梁底面沿梁縱向分別在zui大撓度處和兩個L/4處設置第1～6號應力測點；在主梁后支點位置的內側靠近下翼緣板的腹板上設置7號應力測點；在主梁后支點附近內側腹板的中部設置8號應力測點；在主梁*個開孔拐角處的內側腹板上設置9、10號應力測點。
根據圖1-3所示的主梁豎向總變形云圖，每片主梁沿長度方向均布11個撓度測點。
(2)牛腿
牛腿的分析分為合模澆筑和開模行走兩種工況，按照牛腿的實際建立有限元模型并分別進行分析，合模工況和開模工況牛腿的Von mises應力云圖分別如圖1-4、圖1-5所示。zui大應力分別為224MPa和226MPa，開模工況應力zui大值出現在內側斜撐上蓋板下部。
根據牛腿開模工況和合模工況應力云圖，在應力較為集中的部位設置應力觀測點。牛腿共布置7個應力測點。28號測點位于外側斜撐上蓋板上、29號測點位于外側斜撐下蓋板上，距端頭法蘭約50mm；30號測點位于牛腿軌道梁腹板上，盡量靠近內側斜撐；31號測點位于牛腿內側斜撐下蓋板上、32號測點位于牛腿外側斜撐上蓋板上，距端頭法蘭約50mm；33號測點位于牛腿外側斜撐下部腹板上，盡量靠近牛腿下橫梁；34號測點位于牛腿軌道梁與上橫梁三角連接處的腹板上。
(3)中吊橫梁
中吊橫梁的受力zui大工況是在移動模架造橋機在澆注中間跨時出現，此時中吊點橫梁所承擔的所有載荷約4900KN，中吊橫梁Von Mises應力云圖如圖1-6所示，zui大應力為217MPa，位于千斤頂支撐處的腹板上。
根據中吊橫梁應力云圖，中吊梁在應力較為集中的部位共布置4個應力測點，編號分別為39、40、41、42。
(4)前橫梁
前橫梁受力zui大工況為移動模架造橋機在牛腿縱移到前橫梁正下方時，此時前橫梁所受載荷約1000KN。前橫梁Von Mises應力云圖如圖1-7，zui大應力為128MPa，位于支腿支撐處的腹板上。
根據前橫梁應力云圖，在前橫梁應力較為集中的部位共布置4個應力測點，編號分別為35、36、37、38。
(5)后吊梁
后吊梁在開模狀態為受力zui大工況，此時后吊梁Von Mises應力云圖如圖1-8所示，zui大應力為216MPa，位于梁跨中下緣板。
根據后吊梁應力云圖，在后吊梁應力較為集中的部位共布置5個應力測點，編號分別為16、17、18、19、20。
(6)模板橫梁
根據第四聯至第十一聯箱梁結構圖建立的箱梁實體模型，可以計算出16組橫梁中的zui大載荷為1300KN。
模板橫梁Von Mises應力云圖如圖1-9所示，zui大應力為178MPa，位于橫梁中部耳板與下翼緣板接觸位置。
根據模板橫梁應力云圖，在模板橫梁應力較為集中的部位共布置5個應力測點，編號分別為11、12、13、14、15。
另外，為了觀測鼻梁與主梁連接部位鼻梁上的應力分布情況，在鼻梁端部設置7個應力測點，編號分別為21、22、23、24、25、26、27。zui大應力為218.9MPa，出現在下弦桿處。
2.移動模架預壓
2.1加載
因為移動模架采用梁式承力結構，并且拼裝完成后結構不再變動，故只需在首跨施工前進行預壓試驗。
預壓試驗選用的模擬荷載應具備計量方便、質地均勻、方便運輸和吊裝、成本低等特點，以及荷載在橫斷面上的分布要盡可能模擬箱梁的實際荷載分布需要，本試驗選擇砂袋和海水作為模擬荷載。加載與卸載均分級進行。撓度測量等級按三等水準測量控制，預壓重量取梁體﹢內模重量的110%。加載時分四級加載(0→50%→75%→100%→110%)，并分別記錄變形值H1、H2、H3、H4、H5和應力值。加載物的堆放布置嚴格模擬箱梁的實際施工狀態，每級荷載加至預期噸位，并且變形穩定后方可進行下一級加載。
2.2穩定標準
每級荷載加至預期噸位時，持荷時間24～48小時。如果加載至預期噸位后日變形或沉降量小于2.0mm時，表明移動模架撓度和彈性變形已基本到位，可進行下一級加載。否則，還應須持荷繼續進行預壓，直到各點日變形或沉降量小于2.0mm為止。
2.3卸載
如果加載至110%后日變形或沉降量小于2.0mm時，表明移動模架撓度和彈性變形已基本到位，可進行卸載。卸載過程分二級進行，即110%→67%→0。觀測卸載后各測量點高程H6和殘余應力值。
此時可以計算出各觀測點的變形：①非彈性變形：f1=H1-H6。通過預壓后，可認為移動模架的此變形已經消除。②彈性變形：f2=H6-H5。根據彈性變形值，在底模上設置預拱度，從而使移動模架變形后梁體線形滿足設計要求。③zui大變形：f3=H1-H5。根據zui大變形值，可判斷模架變形是否符合規范要求。
另外，根據H2、H3、H4的差值，可以大體看出持續荷載對移動模架變形的影響程度。
3.試驗結果分析
3.1結構剛度和強度分析
本次預壓試驗主梁zui實測大撓度為79.6mm，在規范[1]允許的范圍內，主梁剛度滿足要求，其它部位zui大應力理論值與實測值如表1所列。
本次預壓試驗實測zui大應力發生在鼻梁下弦桿處為218.9MPa，鼻梁材料Q345許用應力為230MPa，結構滿足強度要求。
3.2結構安全儲備分析
為了分析、評定移動模架系統的工作狀況，確定系統的安全儲備，對移動模架系統各部位的結構校驗系數 進行計算，計算結果如表1所列。
從表1中可以看出，移動模架系統各部位結構校驗系數均小于1，說明理論計算偏于安全[2]，結構具有一定的安全儲備，系統工作狀態良好。
