龍門大橋東引橋移動模架結構設計分析

蔣贛猷，陳松松

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

移動模架也稱為移動模架造橋機，是支承在已施工完成的墩柱承臺等結構物上，且自帶模板支撐體系的橋梁現場澆筑施工裝備。由于移動模架施工便捷，且能克服不良地形、復雜地勢等施工條件，已被廣泛應用至鐵路橋及鐵路橋的等截面連續梁橋建設中[1]。廣西濱海公路龍門大橋為主跨1 098 m的懸索橋，兩側引橋均設計有移動模架現澆施工段。本文依托龍門大橋東引橋移動模架施工區段，對該區段采取的移動模架結構進行分析，并通過有限元軟件，對結構進行模擬驗算。

1 依托工程概況

龍門大橋工程是國道G228丹東至東興廣西濱海公路建設的控制性工程，東引橋采用50 m、80 m橋跨組合預應力混凝土連續箱梁方案，其中50 m橋跨為等截面連續箱梁，箱梁高3 m，單幅橋面寬16.25 m、梁底寬7.25 m，單幅共設計25跨。50 m橋跨箱梁段均為水上施工區域，水深達20 m，水下松散覆蓋層較厚，地質條件差。另外，引橋墩柱高度較高，凈空高，故采用DXZ50/2000下行式移動模架進行現場澆筑施工。

2 東引橋移動模架結構設計

2.1 移動模架結構介紹

東引橋移動模架施工段橋跨為50 m，設計最大重量為2 000 t，扣除墩頂箱梁實心部分，移動模架最大承載1 720 t。采用DXZ50/2000型下行式移動模架進行施工，最大承載能力為2 000 t。移動模架由包括主梁、導梁及底模桁架的主框架、墩旁托架、前后移位臺車、前中后三道輔助支腿、模板系統組成。移動模架整體結構如圖1所示。

相對上行式移動模架，龍門大橋東引橋采用的下行式移動模架具有抗臺風能力強，滿足臨海海域作業環境，結構相對簡單，無須在箱梁截面上設置預留吊桿，且與箱梁預應力施工沖突較少，施工相對便利，不占用箱梁頂面空間，施工吊裝作業方便等優點。

圖1 龍門大橋東引橋移動模架結構立面圖(mm)

2.2 設計創新點

龍門大橋東引橋移動模架針對該區段施工環境特點，結合以往移動模架設計制造經驗，對裝備的設計制造進行了以下創新：

(1)龍門大橋東引橋移動模架施工段存在小半徑平曲線，彎曲半徑為712 m。為適應小半徑平曲線的移動模架施工，項目將主梁與導梁、導梁中部連接設計為水平旋轉絞連接，利用水平旋轉絞配合導鏈使導梁進行旋轉打折，調整模架方向和位置以適應曲線施工；通過設計兩處旋轉絞，可保證單個旋轉折角最小(700 m平曲線半徑時為3°)，使墩旁托架倒運時能順利通過。

(2)移動模架施工過程需要進行反向施工，故將移動模架主梁設計為前后對稱的鋼箱梁結構，外模板為前后可調整安裝的分段式模板。反向施工時，只需將導梁及油缸倒運安裝，調整部分模板即可；倒退走行時，只需將縱移油缸反向安裝即可，極大地節省了導梁材料。

(3)移動模架使用時，左右幅兩套設備存在交叉施工的工況，故將墩旁托架橫梁、底模桁架均設計為可拆卸、旋轉結構，翼模板為可旋轉結構，通過拆卸、旋轉橫梁及底模桁架，模板進行翻轉，實現雙幅交叉施工作業。

3 東引橋移動模架結構模擬分析

3.1 移動模架荷載取值

移動模架模擬分析時，恒荷載分為移動模架自重(Q1)及混凝土荷載(Q2)。其中，移動模架主梁、附屬結構、配重塊、導梁、底模桁架、模板系統自重共940 t，轉換為線荷載平均分布在主梁上；墩旁托架及配套液壓電氣系統、移位臺車共62 t，不作用在移動模架主梁上，單獨對墩旁托架進行分析；混凝土荷載為58 m跨徑箱梁荷載，扣除墩頂箱梁實心段荷載后，由移動模架承載荷載大小為1 720 t。

可變荷載主要包括風荷載(Q3)、人群荷載及混凝土振搗荷載(Q4)。風荷載計算分為3類：(1)行走工作狀態下最大計算風壓，取7級風風壓，為0.35 kN/m2(瞬時風速為23.7 m/s)；(2)澆筑工作狀態下最大計算風壓，取10級風風壓，為0.8 kN/m2(瞬時風速為35.8 m/s)；(3)非工作狀態下最大風壓，取12級風風壓，為1.5 kN/m2(瞬時風速為49 m/s)。人群荷載及混凝土振搗荷載按規范要求進行取值。

3.2 移動模架模擬分析計算工況

根據移動模架現場施工流程及施工條件，將移動模架計算工況分成4種。其中工況二采取風壓為10級風，工況三采取風壓為12級風，工況四采取風壓為7級風。具體如表1所示。

表1 移動模架模擬分析計算工況表

3.3 模型的建立

采用大型通用有限元分析軟件Midas Civil進行模擬計算。由于主梁通過液壓自鎖千斤頂向墩旁托架傳遞荷載，故在有限元計算時將整個結構分為上部支架和墩旁托架兩個部分進行計算，墩旁托架荷載由上部支架計算模型反力進行取值[2-3]。建立模型如圖2、圖3所示。

圖2 移動模架上部支架模型圖

圖3 移動模架墩旁托架模型圖

4 計算結果匯總

移動模架在工況一的情況下，主要荷載由移動模架主梁承載，荷載從主梁向安裝在墩柱上的墩旁托架傳遞，故模型建立時，對移動模架主梁與墩旁托架支撐點設置約束條件[4-5]。工況一計算結果如圖4～7所示。由圖4～7可知，工況一移動模架整機最大組合應力為192 MPa，最大剪切應力為97.1 MPa，最大撓度為79.1 mm，墩旁托架最大組合應力為216 MPa，各構件強度與剛度均滿足安全系數要求。

圖4 工況一整機組合應力云圖

圖5 工況一整機剪切應力云圖

圖6 工況一整機主梁變形云圖

圖7 工況一墩旁托架組合應力云圖

工況二、工況三與工況一邊界條件相同，荷載加載按表1進行。工況四邊界條件與前三種工況略有區別，移動模架過孔行走時，整機由已前移的兩組墩旁托架及主梁后方的后輔助支腿支撐，故邊界條件為移動模架導梁前段有兩處約束，主梁部分有4處約束，荷載加載按表1進行。各工況計算結果匯總于表2。由表2數據可知，各工況下移動模架的強度、剛度和穩定性滿足要求。

表2 各工況下移動模架模擬分析計算結果匯總表

5 結語

為提高移動模架在龍門大橋東引橋工程的適應性，使其能滿足現場施工的各項要求，項目對現場實際環境情況進行了詳細調查，對設計圖紙進行了深入研究，針對該項目的特殊情況對移動模架進行相應創新，選定合適的移動模架方案，并進行結構優化設計，使其能滿足現場各施工工序要求，且操作更高效、使用更安全、施工質量更容易控制。本文對移動模架進行結構模擬分析與驗證，計算結果證明，龍門大橋東引橋移動模架的強度、剛度、穩定性計算結果滿足要求，驗證了模架的安全性，可用于現場施工。目前，龍門大橋東引橋已順利完成15跨箱梁現場澆筑。