基于有限元分析的柱式橋墩鋼模板仿真設(shè)計(jì)

楊 艷，陳裕波

(1.攀枝花學(xué)院 交通與汽車工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000；2.攀枝花市交通運(yùn)輸局，四川 攀枝花 617000)

1 工程概況

某礦上快速通道，全線共6座橋梁，橋梁設(shè)計(jì)均為20 m跨裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，橋墩均采用直徑160 cm柱式墩，最高墩高20 m。采用柱式鋼模板進(jìn)行墩混凝土施工，模板直徑為160 cm，模板按高度分為1 m和3 m 2種，如圖1 所示。每節(jié)分2塊制作[1]。面板采用厚度δ=5 mm鋼板，豎肋采用[63，每塊平模共9根，呈倒扣“[”型焊于面板上，間距為26.44 cm；橫肋采用[8，呈倒扣“[”型外焊于豎肋上， 2根1 m高模板，6根3 m高模板；法蘭及豎連接板采用厚度δ=12 mm鋼板。

圖1 不同高度模板圖

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

模板外力主要有新澆混凝土對(duì)模板側(cè)面壓力、振搗混凝土?xí)r對(duì)模板產(chǎn)生的側(cè)壓力及風(fēng)荷載[2]。

1)新澆注混凝土對(duì)模板側(cè)面壓力

對(duì)于豎直模板，新澆筑混凝土的側(cè)壓力是其主要荷載[3]。當(dāng)混凝土澆筑速度<6 m/h時(shí)，作用于側(cè)面模板的最大側(cè)壓力Pm的計(jì)算式為

Pm=Kρgh，

式中 q為混凝土的密度，q=2.65 t/m3；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；K為外加劑影響修正系數(shù)，摻緩凝外加劑時(shí)，K=1.2；h為有效壓頭高度，當(dāng)v/T≤0.035時(shí)，h=0.22+24.9v/T，當(dāng)v/T≥0.035時(shí)，h=1.53+3.8v/T，其中T為混凝土入模時(shí)的溫度，取T=10 ℃；v為混凝土的澆筑速度，v=5 m/h。

則Pm=107.02 kN/m2。

2)振搗混凝土?xí)r對(duì)側(cè)面模板的側(cè)壓力

振搗混凝土?xí)r對(duì)垂直面模板的側(cè)壓力Pl=4.0 kPa。

3)風(fēng)荷載

假定橫橋向風(fēng)荷載垂直作用于橋梁各部分迎風(fēng)面積的形心上，計(jì)算式為

Fwh=k0k1k3WdAwh，

求得Fwh=17.24 kN。

4)荷載組合

荷載組合I：1.2Pm+1.4Pl(用于模板承載力計(jì)算)；

荷載組合II：1.2Pm(用于模板剛度計(jì)算)；

荷載組合III：Fwh(用于模板穩(wěn)定性分析)。

3 建模及有限元分析

目前有限元分析軟件較多，有限元軟件Midas Civil結(jié)合中國國內(nèi)的規(guī)范、要求、習(xí)慣，在建模、分析、后處理、設(shè)計(jì)等多方面提供了很多便利的功能，已廣泛應(yīng)用于各大公路、鐵路、橋梁，是通用的空間有限元分析軟件。……