1、基于 Solidworks 的刚构桥边跨现浇段托架及模板检算【摘要】：针对凉水井大桥边跨现浇段的设计、施工过程，介绍Solidworks软件在刚构桥施工中的应用。 【关键字】：刚构桥、边跨现浇段、托架、solidworks 中图分类号： U448.23 文献标识码： A 一、工程概况 凉水井大桥左幅桥型布置为（640m）连续“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）连续箱梁+ (440m)连续“T”梁，总长680.4m；右幅桥型布置为（540m）连续“T”梁+（70.2m+130m+70.2m）连续箱梁+（440m）连续“T”梁，总长640.4m。 边跨现浇段长 4.12m，中线梁高 2.
2、9m。腹板厚度由 0.5m渐变至1.0m，顶板厚度由 0.3m渐变至 0.7m，底板厚度由 0.3m渐变至 0.65m，梁端实心段长 2.0m，设有 1.2m宽、1.55m 高椭圆形人洞。设计方量51.06m3。 二、施工方案 1、施工方法简介 凉水井大桥主桥箱梁边跨现浇段采用托架现浇的施工工艺进行施工。托架结构形式如下图所示。 图 1 边跨现浇段托架构造图 托架主要由预埋件、牛腿、底层横梁、碗扣式脚手架、顶层横梁、纵梁及底模组成。牛腿杆件均为 I40b工字钢，顶、底层横梁及纵梁均为I32b工字钢。牛腿斜杆与纵梁及预埋件之间均为焊接。碗扣式脚手架高1.86m，由 LG-120、HG-30、HG
3、-60 及顶、底托组成。立杆纵向步距0.3m、横向步距为 60.3m+60.6m+60.3m。脚手架设纵、横向及水平剪刀撑。底模采用 10mm钢板。在纵梁下设 0.1m钢垫作为卸落块。 三、托架检算 1、检算荷载 边跨现浇段一般构造图如图 2所示。 图 2 边跨现浇段纵向剖面 图 3 边跨现浇段底面 图 41-1截面 图 52-2截面 如图 4、图 5所示，将现浇段截面分为 4部分，分别计算其面积，再根据纵向长度计算出钢筋砼体积。将 A、C 部分荷载施加在图 3中 S3上，B1+B2荷载施加在 S1上，2.0m 实心段荷载施加在 S2上，1/2 边跨合拢段荷载施加在 S4上。恒载计算如表 1所
4、示。 表 1 检算荷载（恒载） 钢筋砼比重按 2600kg/m3计算。活载有模板、机具、人员以、振捣荷载及边跨合拢段吊架。其中边跨现浇段翼缘板及外模板采用 0#块模板（比重按 100kg/m2计算） ，内模采用 1.5cm竹胶板（整个内模系统按5000kg计算） ，边跨合拢段吊架按 20000kg计算。计算活载如下表 2所示。表 2 检算荷载（活载） 则检算荷载如下： qS1=0.0161+0.0049+0.0028+0.0021=0.0259Mpa qS2=0.1049+0.0049+0.0028+0.0021=0.1147Mpa q 左 S3=0.1606+0.0049+0.0028+0.
5、0021=0.1704Mpa q 右 S3=0.1642+0.0049+0.0028+0.0021=0.1740Mpa qS4=0.0083+0.0028+0.0757=0.0868Mpa 2、检算指标及模型 所有托架型钢均按 Q235检算，相关指标如下： 工字钢杆件、钢板屈服强度 fy=235Mpa，抗剪强度 fv=125Mpa 许用正应力1=215MPa（工字钢） 、2=205MPa（脚手架） 工字钢、钢板弹性模量 E=206GPa；脚手架杆件弹性模量 E=205GPa 密度 =7850kg/m3 重力加速度 9.81m/s2 建立模型如图 6所示，其中碗扣式脚手架采用 483.5mm 钢
6、管模拟，立杆与顶、底托之间刚结，所有横杆与立杆之间铰接，横杆与立杆之间仅传递轴力，不传递弯矩。杆件重力由件自动施加。其中碗扣式脚手架采用横梁单元建模，其余均采用实体单元。 图 6 边跨现浇段托架检算模型 3、检算结果 3.1、强度检算 图 7 托架型钢米塞斯应力及剪应力云图 由图 7所示，所有杆件最大等效应力为：max=60.0MPafy=235MPa 所有杆件最大剪应力为：max=29.5MPafv=125MPa 综上所述，托架型钢杆件强度满足要求。 图 8 碗扣式脚手架轴力图 图 9 碗扣式脚手架轴应力图 由图 10所示，碗扣式脚手架杆件最大应力(压弯组合)为 max=55.1MPa2=2
7、05MPa 脚手架强度满足要求。 图 10 碗扣式脚手架轴向及弯曲应力云图 3.2、刚度检算 由图 11可知，托架最大位移 dmax=1.744mm，发生在纵梁外伸端，则 dmax=1.744mmL0/400=740/400=1.85mm 托架刚度符合要求。 图 11 托架位移云图 3.3、稳定性检算 牛腿斜撑可按压杆校核其整体稳定性。I40b 截面惯性半径imin=iy=2.71cm，A=94.07cm2。压杆长度系数 按两端不可转动、但可相对移动，取值 1。斜撑长度为 L=3.466m，则长细比 =L/i=3.4660.0271=128 图 12 牛腿斜撑支座反力 斜撑材质为 Q235，许
8、用应力1=215Mpa，弹性模量 E=206GPa，则 1，则斜撑压杆临界力为 由图 12可知，斜撑最大支座反力 Fmax=1.87105N，则 Fmax=1.87105NPcr=1.17106N 牛腿斜撑整体稳定性满足要求。 四、模板系统检算 边跨现浇段梁段编号为 A19及 A20，长度分别为 2.12m、2.0m。其中A19段侧模、翼缘板模板及 A20段侧模均采用 0#块模板。边跨现浇段底模采用 10mm钢板，在托架检算中已一并计算。 A20 段翼缘板模板采用 15mm竹胶板；横肋采用 1010cm木方（杉木），净距 20cm；纵肋采用 210槽钢，净距 60cm；支撑架采用碗扣式脚手架，
9、立杆采用 LG-180、LG-120，立杆纵横步距均为 0.6m，横杆采用 HG-60，竖向步距 0.6m。 A19 段内模模板采用 15mm竹胶板；竖肋采用 1010cm木方，净距20cm；背楞采用 210槽钢，共设 3道，间距 0.5m。A19 段顶板模板均采用 15mm竹胶板、纵肋采用 1010cm木方、横肋采用 210槽钢；支撑架采用扣件式钢管脚手架（48.3x3.6 焊管） 。 1、A20 段翼缘板模板检算 A20 段翼缘板模板系统构造如下图 13所示： 图 13 A20段翼缘板模板系统构造 1.1、检算荷载 钢筋砼比重按 2600kg/m3计算，计算得检算荷载如下表 3所示，杆件重
10、力由软件自动施加。 表 3 A20段翼缘板检算荷载 1.2、检算指标 10 槽钢、碗扣式脚手架材质均按 Q235检算 Q235 屈服强度 fy=235Mpa；木方屈服强度 fm=64.4Mpa；15mm 竹胶板（5 层）屈服强度 fj=35Mpa。 Q235 抗剪强度 fv=125Mpa；木方抗剪强度 fmv=4Mpa Q235 许用正应力2=205MPa（脚手架） 。 10 槽钢弹性模量 E=206GPa；脚手架杆件弹性模量 E=205GPa；木方弹性模量 E=10Gpa；竹胶板弹性模量 E=1.5GPa。 Q235 密度 =7850kg/m3；木方密度 =400kg/m3；竹胶板密度=85
11、0kg/m3 重力加速度 9.81m/s2 1.3、检算模型 建立模型如图 14所示，其中碗扣式脚手架采用 483.5mm 钢管模拟，立杆与顶、底托之间刚结，所有横杆与立杆之间铰接，横杆与立杆之间仅传递轴力，不传递弯矩。 图 14 A20段翼缘板模板系统检算模型 1.4、检算结果 1.4.1、强度检算 图 15 面板、横肋及纵肋米塞斯应力云图（正面、背面） 图 16 面板、横肋及纵肋米塞斯应力云图（ISO 裁剪 35MPa） 因 fj=35Mpafm=64.4Mpa，由图 15、16 所示，面板及方木的最大等效应力均小于 35MPa，则 maxfj=35MPa 10 槽钢纵肋最大等效应力为 m
12、ax=36.7MPafy=235MPa 图 17 面板、横肋及纵肋剪应力云图（ISO 裁剪小于-4MPa、大于4MPa） 由图 17所示，所有木方最大剪应力（绝对值）均小于 4MPa，则 maxfmv=4MPa 所有10 槽钢最大剪应力为 max=11.2MPafv=125MPa 综上所述，面板、横肋及纵肋强度均满足要求。 图 18 碗扣式脚手架轴力图图 19碗扣式脚手架轴向及弯曲应力云图 由图 19所示，碗扣式脚手架杆件最大应力(压弯组合)为 max=44.3MPafy=235MPa 脚手架强度满足要求。 由图 18可知，碗扣式脚手架最大轴力 Nmax=14.83kN，查得脚手架可调托座设计承载力 N=40kN,则 Nmax=14.83kNN=40kN 可调托座承载力满足要求。 1.4.2、刚度检算 由图 20可知，模板系统最大位移 dmax=1.436mm，发生在方木外伸端，
