中交一公局厦门工程有限公司 福建 厦门 361021
摘要：松下跨海特大桥全桥总长左幅为1279m，右幅为1425m，箱梁采用移动模架施工，全部为水上高空作业，安全风险大；桥址处位于福建省强风区，现场施工较困难。
本文对移动模架牛腿及墩柱开孔进行分析计算，验证其开孔尺寸及牛腿结构的合理性，确保现场施工安全、顺利。
关键词：强风、移动模架、牛腿、墩柱开孔
1.工程概况
1.1简介
长平高速CPA3合同段起于长乐市松下镇大祉村，终接拟建的福州至平潭铁路的公铁合建特大桥，起点桩号为K19+900，终点桩号为K22+590.510，路线全长2.691km。主要包括榕岭大桥1座（292m）、大祉大桥1座（135.5m）、路基531m、东林大桥（307m）以及松下跨海特大桥1座（右幅：1425m、左幅：1279m）,其中松下跨海特大桥是CPA3合同段中重要的控制性工程。
松下跨海特大桥桥梁结构形式为左幅2×(5×58m)+3×(4×58m)（共5联22跨）、右幅2×(5×58m)+3×(4×58m)+（46.742+49.5+49.5m）（共6联25跨）下部整体式承台+薄壁墩+上部预应力混凝土连续箱梁。松下跨海特大桥上部结构为双幅、单箱单室斜腹板预应力混凝土箱梁，位于半径 1350m 的圆曲线上、缓和曲线上、直线上。箱梁通过梁体旋转形成桥面 2%-4％渐变横坡和超高。
1.2气候条件
本工程位于福建省东部滨海海域，海岛、礁屿星罗棋布，海岸线曲折，潮水影响地域较广，高潮水位6-7m，低潮水位1-3m，潮差3-7m。
风向季节性变化明显且稳定，桥址工程区域百年重现期十分钟平均最大风速44.8m/s，全年平均风速8.42米/秒，7-9月多台风，10月至次年2月沿海多大风，占全年的50%左右，为世界三大风区之一。
2.牛腿设计及墩柱开孔
MSS58下行式移动模架系统主要由牛腿、推进平车、主梁、导梁、横梁、后横梁、中横梁、前横梁、外模及内模组成。每一部分都配有相应的液压或机械系统。
牛腿是由箱形梁组拼成的三角形空间结构，通过φ40的高强度精轧螺纹钢筋将牛腿与桥墩紧贴一起。由牛腿把模架承受的压力传递给桥墩。牛腿伸入桥墩的承剪梁在牛腿的下部，牛腿的上部只在侧向抱紧桥墩。单侧牛腿组拼后重量27.3吨。
图2 牛腿断面图
根据模架设计图纸，牛腿上部设有横移滑道，小车可在横移油缸的作用下在其上部作横移动作。牛腿下部有承剪梁，伸入到桥墩所开的洞内并垫20mm橡胶板（带夹织物橡胶板）。桥墩开洞下底面距桥面设计高程13870mm，墩柱开孔尺寸为800*1200*380mm，具体尺寸及荷载布置如下图。
图3 墩柱开孔尺寸及荷载图
3.荷载分析
移动模架荷载分为3个部分
（1）模架自重。
由于前中后横梁存放于已浇筑混凝土上，牛腿、加工机件、控制平车及精轧螺纹钢等作用于桥台上，其自重约167吨，故计算自重仅950吨。
浇筑混凝土总量：（58+10）m跨约2428吨。
施工临时荷载：20t/68m=0.29t/m。
4.牛腿结构刚度及强度分析
4.1合模浇筑牛腿结构刚度及强度分析
浇筑58m连续梁首跨时，浇筑混凝土全长为68m，此时模架前端对牛腿的作用力最大。单个牛腿受力为1127吨，牛腿浇筑有限元模型如下，用板单元和梁单元模拟，计算结果为：牛腿垂向最大变形为8.247mm，最大应力为，位于牛腿轨道梁2上下翼缘板处，由于牛腿材料为Q345B，容许应力为[σ]=230MPa,故满足要求。
图6 合模浇筑牛腿应力图
4.2合模浇筑牛腿稳定性分析
用ANSYS计算分析模块对合模浇筑状态牛腿稳定性进行分析，其结果如图，牛腿轨道梁腹板失稳的一阶特征值为：4.906，满足稳定性要求。
图7 合模浇筑牛腿一阶失稳变形图
4.3开模时牛腿结构刚度、强度及稳定分析
开模时当设备重心在牛腿上，单个牛腿受力最大约520吨，开模时计算如下：牛腿垂向最大变形为29.755mm，最大应力为，位于牛腿轨道梁2上下翼缘板处，由于牛腿材料为Q345B，容许应力为[σ]=230MPa,故满足要求。牛腿轨道梁腹板失稳一阶特征值为：5.108，满足要求。
图10 开模时牛腿应力图 图11 开模时牛腿一阶失稳变形图
4.4牛腿精轧螺纹钢受力分析
牛腿精轧螺纹钢受力考虑首跨68m浇筑工况，以及开模行走工况，两种工况简图如下。
图13开模行走示意图
当浇筑首跨混凝土时，牛腿单个支点受力为1127t，支点受力平均分配到两个主千斤顶。单个主千斤顶受力为F=1127/2=563.5t，千斤顶距离墩柱的距离如上图所示，分别为1.156m，3.344m则牛腿与墩柱接触位置最大弯矩为：
M=F×L=563.5×1.156+563.5×3.344=2535.75t*m
图14墩柱开孔尺寸及荷载图
根据下行式移动模架设计图纸，墩柱开孔尺寸为800*1200*380mm，承受荷载为竖向荷载1000吨，牛腿与墩身的接触面积为450×680=306000mm2。为保证墩柱在承受较大荷载后不出现损坏，现将开孔尺寸增大为1000*1200*600mm，并在开孔处埋设厚度为25mm的钢板，钢板尺寸为900*450mm，牛腿放置于钢板上，与墩身的接触面积为450×900=405000mm2。
局部受压区截面尺寸分析
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2012相关章节（5.7局部承压构件）对其截面尺寸进行分析。
配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区截面尺寸应满足下列要求
5、结语
通过对移动模架牛腿及墩柱开孔进行有限元分析计算验证其安全性及合理性，并经过现场实际施工，验证其正确性；同时经过验算分析指导其现场施工，合理控制开模距离以及做好墩柱开孔局部补强措施，为现场提供理论依据。
参考文献
[1]《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2011）
[2]张彬.桥梁工程施工速学手册(M).北京：中国电力出版社，2009.
[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2012）
[4]蒋志强.混凝土箱梁桥变截面移动模架关键技术研究(D).西安：长安大学，2015年
[5]肖浩,林利芬.基于AYSYS的移动模架的结构优化及应用(J).机械工程师,2017年,04期
[6]卢磊，男，1986年10月出生，本科，工程师；
[7]朱忠辉，男，1984年9月出生，本科，工程师；
[8]熊子多，男，1989年9月出生，本科，工程师。
论文作者:卢磊,朱忠辉,熊子多
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/28
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