龙门大桥东引桥移动模架结构设计分析

蒋赣猷，陈松松

(广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200)

0 引言

移动模架也称为移动模架造桥机，是支承在已施工完成的墩柱承台等结构物上，且自带模板支撑体系的桥梁现场浇筑施工装备。由于移动模架施工便捷，且能克服不良地形、复杂地势等施工条件，已被广泛应用至铁路桥及铁路桥的等截面连续梁桥建设中[1]。广西滨海公路龙门大桥为主跨1 098 m的悬索桥，两侧引桥均设计有移动模架现浇施工段。本文依托龙门大桥东引桥移动模架施工区段，对该区段采取的移动模架结构进行分析，并通过有限元软件，对结构进行模拟验算。

1 依托工程概况

龙门大桥工程是国道G228丹东至东兴广西滨海公路建设的控制性工程，东引桥采用50 m、80 m桥跨组合预应力混凝土连续箱梁方案，其中50 m桥跨为等截面连续箱梁，箱梁高3 m，单幅桥面宽16.25 m、梁底宽7.25 m，单幅共设计25跨。50 m桥跨箱梁段均为水上施工区域，水深达20 m，水下松散覆盖层较厚，地质条件差。另外，引桥墩柱高度较高，净空高，故采用DXZ50/2000下行式移动模架进行现场浇筑施工。

2 东引桥移动模架结构设计

2.1 移动模架结构介绍

东引桥移动模架施工段桥跨为50 m，设计最大重量为2 000 t，扣除墩顶箱梁实心部分，移动模架最大承载1 720 t。采用DXZ50/2000型下行式移动模架进行施工，最大承载能力为2 000 t。移动模架由包括主梁、导梁及底模桁架的主框架、墩旁托架、前后移位台车、前中后三道辅助支腿、模板系统组成。移动模架整体结构如图1所示。

相对上行式移动模架，龙门大桥东引桥采用的下行式移动模架具有抗台风能力强，满足临海海域作业环境，结构相对简单，无须在箱梁截面上设置预留吊杆，且与箱梁预应力施工冲突较少，施工相对便利，不占用箱梁顶面空间，施工吊装作业方便等优点。

图1 龙门大桥东引桥移动模架结构立面图(mm)

2.2 设计创新点

龙门大桥东引桥移动模架针对该区段施工环境特点，结合以往移动模架设计制造经验，对装备的设计制造进行了以下创新：

(1)龙门大桥东引桥移动模架施工段存在小半径平曲线，弯曲半径为712 m。为适应小半径平曲线的移动模架施工，项目将主梁与导梁、导梁中部连接设计为水平旋转绞连接，利用水平旋转绞配合导链使导梁进行旋转打折，调整模架方向和位置以适应曲线施工；通过设计两处旋转绞，可保证单个旋转折角最小(700 m平曲线半径时为3°)，使墩旁托架倒运时能顺利通过。

(2)移动模架施工过程需要进行反向施工，故将移动模架主梁设计为前后对称的钢箱梁结构，外模板为前后可调整安装的分段式模板。反向施工时，只需将导梁及油缸倒运安装，调整部分模板即可；倒退走行时，只需将纵移油缸反向安装即可，极大地节省了导梁材料。

(3)移动模架使用时，左右幅两套设备存在交叉施工的工况，故将墩旁托架横梁、底模桁架均设计为可拆卸、旋转结构，翼模板为可旋转结构，通过拆卸、旋转横梁及底模桁架，模板进行翻转，实现双幅交叉施工作业。

3 东引桥移动模架结构模拟分析

3.1 移动模架荷载取值

移动模架模拟分析时，恒荷载分为移动模架自重(Q1)及混凝土荷载(Q2)。其中，移动模架主梁、附属结构、配重块、导梁、底模桁架、模板系统自重共940 t，转换为线荷载平均分布在主梁上；墩旁托架及配套液压电气系统、移位台车共62 t，不作用在移动模架主梁上，单独对墩旁托架进行分析；混凝土荷载为58 m跨径箱梁荷载，扣除墩顶箱梁实心段荷载后，由移动模架承载荷载大小为1 720 t。

可变荷载主要包括风荷载(Q3)、人群荷载及混凝土振捣荷载(Q4)。风荷载计算分为3类：(1)行走工作状态下最大计算风压，取7级风风压，为0.35 kN/m2(瞬时风速为23.7 m/s)；(2)浇筑工作状态下最大计算风压，取10级风风压，为0.8 kN/m2(瞬时风速为35.8 m/s)；(3)非工作状态下最大风压，取12级风风压，为1.5 kN/m2(瞬时风速为49 m/s)。人群荷载及混凝土振捣荷载按规范要求进行取值。

3.2 移动模架模拟分析计算工况

根据移动模架现场施工流程及施工条件，将移动模架计算工况分成4种。其中工况二采取风压为10级风，工况三采取风压为12级风，工况四采取风压为7级风。具体如表1所示。

表1 移动模架模拟分析计算工况表

3.3 模型的建立

采用大型通用有限元分析软件Midas Civil进行模拟计算。由于主梁通过液压自锁千斤顶向墩旁托架传递荷载，故在有限元计算时将整个结构分为上部支架和墩旁托架两个部分进行计算，墩旁托架荷载由上部支架计算模型反力进行取值[2-3]。建立模型如图2、图3所示。

图2 移动模架上部支架模型图

图3 移动模架墩旁托架模型图

4 计算结果汇总

移动模架在工况一的情况下，主要荷载由移动模架主梁承载，荷载从主梁向安装在墩柱上的墩旁托架传递，故模型建立时，对移动模架主梁与墩旁托架支撑点设置约束条件[4-5]。工况一计算结果如图4～7所示。由图4～7可知，工况一移动模架整机最大组合应力为192 MPa，最大剪切应力为97.1 MPa，最大挠度为79.1 mm，墩旁托架最大组合应力为216 MPa，各构件强度与刚度均满足安全系数要求。

图4 工况一整机组合应力云图

图5 工况一整机剪切应力云图

图6 工况一整机主梁变形云图

图7 工况一墩旁托架组合应力云图

工况二、工况三与工况一边界条件相同，荷载加载按表1进行。工况四边界条件与前三种工况略有区别，移动模架过孔行走时，整机由已前移的两组墩旁托架及主梁后方的后辅助支腿支撑，故边界条件为移动模架导梁前段有两处约束，主梁部分有4处约束，荷载加载按表1进行。各工况计算结果汇总于表2。由表2数据可知，各工况下移动模架的强度、刚度和稳定性满足要求。

表2 各工况下移动模架模拟分析计算结果汇总表

5 结语

为提高移动模架在龙门大桥东引桥工程的适应性，使其能满足现场施工的各项要求，项目对现场实际环境情况进行了详细调查，对设计图纸进行了深入研究，针对该项目的特殊情况对移动模架进行相应创新，选定合适的移动模架方案，并进行结构优化设计，使其能满足现场各施工工序要求，且操作更高效、使用更安全、施工质量更容易控制。本文对移动模架进行结构模拟分析与验证，计算结果证明，龙门大桥东引桥移动模架的强度、刚度、稳定性计算结果满足要求，验证了模架的安全性，可用于现场施工。目前，龙门大桥东引桥已顺利完成15跨箱梁现场浇筑。