現澆梁式橋支架脫模用自鎖式卸荷塊的力學特性分析

余進

（中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶400037）

1 引言

目前，現有橋梁現澆支架方案中大部分采用鋼楔塊或砂筒作為支架落架裝置，鋼楔塊施工中采用焊接連接上下承重結構，高空焊接質量難以保證，卸落時需切割，導致支架結構遭到破壞二無法周轉重復利用，且存在失穩的安全隱患；砂筒落架裝置需采用干細砂壓實，往往施工中砂礫容易受潮，落架時難以掏出砂礫，不利于支架裝置卸落，操作不便。

針對現有技術中存在的若干落模問題，設計了一種自鎖式支架卸荷塊，該卸落塊裝配簡單，結構牢固可靠，在施工中落架時僅需擰松精軋螺紋鋼端頭的螺母即可實現上支座的下落，從而達到脫模的目的，方便快捷，十分安全，并且重復利用率高，具有很好的經濟性。

2 卸落塊結構設計

設計可承受200t 支架反力的卸落塊，如圖1 所示。卸落塊由上、下、左、右4 個支座組成，且4 個支座的斷面均為等腰梯形，左支座與右支座的下等腰面分別與下支座的左等腰面、右等腰面緊密貼合；左支座和右支座均開有供穿插對拉螺桿的通孔，并且通過在所述對穿螺桿兩端鎖入螺母將左支座與右支座固定。

同時，為增強卸落塊的承載性能，可在4 個支座的支撐板內夾層焊接加勁肋。落梁時，僅需活動扳手緩緩擰松拉桿端頭的螺母，即可使左右撐座沿下支座的腰面向兩側滑動，從而帶動上支座下落達到落架的目的。該裝置相比傳統的卸落設備（砂筒、千斤頂、硫黃砂漿、繩鋸切割法等），可擰緊和松脫兩頭螺母調整支架模板體系的標高，具有精度和安全性高、穩定性好、安拆操作簡便、成本低、適應性強等優點。

圖1 200t 自鎖式卸落塊設計圖

3 有限元分析

采用Solidwork 2016 軟件建立卸落塊三維空間有限元模型（見圖2），并進行細部計算。驗算考慮卸荷塊本體能否被壓壞及精軋鋼是否拉斷，邊界條件的處理上，模型簡化為將中部的精軋螺紋鋼T 形螺母去掉，于相應部位添加滑動約束，只約束DX 方向的平動自由度；同時在卸落塊底部添加固定約束，約束卸落塊底部DX、DY、DZ 3 個方向的平動自由度。

卸落塊4 個支座構件之間的連接定義為無穿透，摩擦因數設置為0.15；該計算為小變形分析，有限元網格劃分選擇基于曲率的網格，盡量使得有限元分析結果更加精確，貼合實際。

3.1 荷載計算與組合

卸荷塊自重：由Solidworks 2016 軟件自動計算，Z 方向的系數取值“-1”。

支架傳遞荷載：考慮支架預壓時總重為全部荷載的120%；200t 卸荷塊為240t。該荷載已考慮支架所受荷載的作用組合系數[1～3]。

卸落塊的荷載組合為以上二者疊加。

3.2 有限元計算結果

如圖3 所示，根據分析計算結果，最大應力為175.8MPa＜f=205MPa[4]，安全；最大應力出現在左右支座的開孔位置。

圖2 簡化的卸落塊三維模型圖

圖3 200t 卸落塊應力計算結果

最大變形量為0.063mm（見圖4）。

卸荷塊的反力計算結果為：軸向Fx=2.88×105N；水平向Fy=2.35N；豎向 Fy=17.2N（見圖 5）。

圖4 200t 卸落塊變形計算結果

圖5 200t 卸落塊反力計算結果

4 卸荷塊對拉精軋鋼承載力計算

卸落塊的自鎖裝置采用對穿PSB785 級JL32 精扎螺紋鋼（抗拉強度設計值Rm=980MPa）[5]，端頭套與之配套的T 形螺母擰緊。精軋螺紋鋼所受反拉力為：Fx=2.88×105N，依據有限元計算的反力結果對其進行承載力驗算：

式中，S 為精軋螺紋鋼的有效截面面積，mm2；d 為JL32 精扎螺紋鋼的直徑，mm；σ 為精軋螺紋鋼的截面拉應力，MPa；F 為精扎螺紋鋼所受拉力，N。

將已知數值代入式（2），得到：σ=358.099＜Rm=980MPa，卸荷塊左、右支座對拉的精軋螺紋鋼承載力滿足服役性能要求。

5 結論

由以上計算可以得出以下結論：

1）自鎖式卸落塊的材料強度及安全滿足規范要求；

2）精扎螺紋鋼的抗拉強度滿足規范要求，且富于很多，對施工的安全性有利。

綜上所述，設計的自鎖式卸落塊規格尺寸及力學性能方面滿足規范的要求，結構合理。依據上述結構尺寸和計算原理，可考慮制作適應不同支撐重量的卸荷塊，經濟效益顯著。