1.MSS45移动模架造桥机有限元分析
1.1工程概况
广东省南澳大桥东引桥跨径45m的现浇箱梁施工采用MSS45移动模架造桥机现浇。该移动模架系统主要由牛腿、主梁、导梁、横梁、后吊梁、中吊点横梁、前支撑横梁、外模及内模组成。
1.2MSS45移动模架造桥机各部位有限元分析及应力和变形观测点设置
(1)主梁
用ANSYS软件按照造桥机主梁的实际尺寸建立有限元计算模型如图1-1所示，本次分析计算的工况为浇注45米跨首跨的工况。经计算，主梁在模架自重和45+9米混凝土共同作用下的Von Mises应力云图如图1-2所示，主梁的zui大应力为220MPa；竖向总变形云图如图1-3所示，主梁45米跨zui大净挠度为90.7mm，位于横梁8作用位置处。
根据主梁应力云图，在两个主梁底面沿梁纵向分别在zui大挠度处和两个L/4处设置第1～6号应力测点；在主梁后支点位置的内侧靠近下翼缘板的腹板上设置7号应力测点；在主梁后支点附近内侧腹板的中部设置8号应力测点；在主梁*个开孔拐角处的内侧腹板上设置9、10号应力测点。
根据图1-3所示的主梁竖向总变形云图，每片主梁沿长度方向均布11个挠度测点。
(2)牛腿
牛腿的分析分为合模浇筑和开模行走两种工况，按照牛腿的实际建立有限元模型并分别进行分析，合模工况和开模工况牛腿的Von mises应力云图分别如图1-4、图1-5所示。zui大应力分别为224MPa和226MPa，开模工况应力zui大值出现在内侧斜撑上盖板下部。
根据牛腿开模工况和合模工况应力云图，在应力较为集中的部位设置应力观测点。牛腿共布置7个应力测点。28号测点位于外侧斜撑上盖板上、29号测点位于外侧斜撑下盖板上，距端头法兰约50mm；30号测点位于牛腿轨道梁腹板上，尽量靠近内侧斜撑；31号测点位于牛腿内侧斜撑下盖板上、32号测点位于牛腿外侧斜撑上盖板上，距端头法兰约50mm；33号测点位于牛腿外侧斜撑下部腹板上，尽量靠近牛腿下横梁；34号测点位于牛腿轨道梁与上横梁三角连接处的腹板上。
(3)中吊横梁
中吊横梁的受力zui大工况是在移动模架造桥机在浇注中间跨时出现，此时中吊点横梁所承担的所有载荷约4900KN，中吊横梁Von Mises应力云图如图1-6所示，zui大应力为217MPa，位于千斤顶支撑处的腹板上。
根据中吊横梁应力云图，中吊梁在应力较为集中的部位共布置4个应力测点，编号分别为39、40、41、42。
(4)前横梁
前横梁受力zui大工况为移动模架造桥机在牛腿纵移到前横梁正下方时，此时前横梁所受载荷约1000KN。前横梁Von Mises应力云图如图1-7，zui大应力为128MPa，位于支腿支撑处的腹板上。
根据前横梁应力云图，在前横梁应力较为集中的部位共布置4个应力测点，编号分别为35、36、37、38。
(5)后吊梁
后吊梁在开模状态为受力zui大工况，此时后吊梁Von Mises应力云图如图1-8所示，zui大应力为216MPa，位于梁跨中下缘板。
根据后吊梁应力云图，在后吊梁应力较为集中的部位共布置5个应力测点，编号分别为16、17、18、19、20。
(6)模板横梁
根据第四联至第十一联箱梁结构图建立的箱梁实体模型，可以计算出16组横梁中的zui大载荷为1300KN。
模板横梁Von Mises应力云图如图1-9所示，zui大应力为178MPa，位于横梁中部耳板与下翼缘板接触位置。
根据模板横梁应力云图，在模板横梁应力较为集中的部位共布置5个应力测点，编号分别为11、12、13、14、15。
另外，为了观测鼻梁与主梁连接部位鼻梁上的应力分布情况，在鼻梁端部设置7个应力测点，编号分别为21、22、23、24、25、26、27。zui大应力为218.9MPa，出现在下弦杆处。
2.移动模架预压
2.1加载
因为移动模架采用梁式承力结构，并且拼装完成后结构不再变动，故只需在首跨施工前进行预压试验。
预压试验选用的模拟荷载应具备计量方便、质地均匀、方便运输和吊装、成本低等特点，以及荷载在横断面上的分布要尽可能模拟箱梁的实际荷载分布需要，本试验选择砂袋和海水作为模拟荷载。加载与卸载均分级进行。挠度测量等级按三等水准测量控制，预压重量取梁体﹢内模重量的110%。加载时分四级加载(0→50%→75%→100%→110%)，并分别记录变形值H1、H2、H3、H4、H5和应力值。加载物的堆放布置严格模拟箱梁的实际施工状态，每级荷载加至预期吨位，并且变形稳定后方可进行下一级加载。
2.2稳定标准
每级荷载加至预期吨位时，持荷时间24～48小时。如果加载至预期吨位后日变形或沉降量小于2.0mm时，表明移动模架挠度和弹性变形已基本到位，可进行下一级加载。否则，还应须持荷继续进行预压，直到各点日变形或沉降量小于2.0mm为止。
2.3卸载
如果加载至110%后日变形或沉降量小于2.0mm时，表明移动模架挠度和弹性变形已基本到位，可进行卸载。卸载过程分二级进行，即110%→67%→0。观测卸载后各测量点高程H6和残余应力值。
此时可以计算出各观测点的变形：①非弹性变形：f1=H1-H6。通过预压后，可认为移动模架的此变形已经消除。②弹性变形：f2=H6-H5。根据弹性变形值，在底模上设置预拱度，从而使移动模架变形后梁体线形满足设计要求。③zui大变形：f3=H1-H5。根据zui大变形值，可判断模架变形是否符合规范要求。
另外，根据H2、H3、H4的差值，可以大体看出持续荷载对移动模架变形的影响程度。
3.试验结果分析
3.1结构刚度和强度分析
本次预压试验主梁zui实测大挠度为79.6mm，在规范[1]允许的范围内，主梁刚度满足要求，其它部位zui大应力理论值与实测值如表1所列。
本次预压试验实测zui大应力发生在鼻梁下弦杆处为218.9MPa，鼻梁材料Q345许用应力为230MPa，结构满足强度要求。
3.2结构安全储备分析
为了分析、评定移动模架系统的工作状况，确定系统的安全储备，对移动模架系统各部位的结构校验系数 进行计算，计算结果如表1所列。
从表1中可以看出，移动模架系统各部位结构校验系数均小于1，说明理论计算偏于安全[2]，结构具有一定的安全储备，系统工作状态良好。
