有限元分析软件配合三角形挂篮施工工法
【技术领域】
[0001]本发明涉及预应力分析方法技术领域，具体涉及有限元分析软件配合三角形挂篮施工工法。
【背景技术】
[0002]随着我国城镇化进程的快速推进，市政工程基础设施的建设得到了持续发展。市政工程主要服务于城镇人口集中区域，交通较为繁忙，其道路不宜因施工而被长期占用，因此市政工程具有“短、平、快”的建设性质，从而导致预应力混凝土连续梁桥的施工机具一一挂篮趋向于轻型化和便捷化，三角形挂篮便是其中典型的代表。
[0003]但是现有的挂篮设计实践中，由于结构分析的复杂性，现有的计算冗长，虽然设计者在主观上希望结构设计尽可能优化，但一方面缺乏有效的计算方法，另一方面，缺乏系统的方法指导桥梁结构设计和改进结构设计，使得结构的设计优化主要依靠累计的工程经验，使得现有的设计过程带有较大的主观性，且工作量大，设计周期长，因而，迫切希望对现有的设计计算机方法进行改进优化，在降低计算量的前提下，按照桥梁结构实际施工加载顺序来进行结构变形和受力分析。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供了本发明涉及预应力分析方法技术领域，具体涉及一种三角形轻型挂篮及其施工有限元分析方法。
[0005]为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]有限元分析软件配合三角形挂篮施工工法，所述有限分析方法具体包括如下步骤:
[0007]SSl.采用0#块支架法对墩梁现浇施工并且对墩梁进行临时固结；
[0008]SS2.利用有限元软件对三角形轻型挂篮优化设计安装；
[0009]SS3.采用有限元软件对安装好的三角形轻型挂篮进行分析预压结构的合理性；
[0010]SS4.对挂篮的底、侧模进行调整；
[0011]SS5.对挂篮的底、腹板绑扎钢筋预应力孔道进行施工；
[0012]SS6.对挂篮的内模进行安装；
[0013]SS7.对挂篮的顶板绑扎钢筋的预应力孔道进行施工；
[0014]SS8.对桥梁浇筑混凝土，然后制作试块，并且对混凝土养生；
[0015]SS9.对桥梁预应力张拉、孔道压浆；
[0016]SS10.将挂篮前移就位，然后对合拢段进行施工。
[0017]进一步的，在所述步骤SS4至SSlO中对施工过程的数据进行收集，根据收集的施工数据建立有限元分析模型，并采集实测数据，将模型中的模拟值与采集到的实测数值进行对比来修改控制参数，然后再重新按施工过程逐阶段模拟，从而给出标高和中线调整值。
[0018]进一步的，所述步骤SS2中挂篮的拼装包括行走轨道的安装及主桁架及其配件的安装，所述行走轨道的安装为在大桥两个外侧腹板的上方靠近竖向预应力筋位置放置行走轨道；在竖向预应力筋须伸出桥面120?140mm左右以保证能销固行走轨道，同时保证行走轨道中心线间距为622 mm (偏差< 2mm)以及两轨面保持水平(高差不平度< Imm)，复核无误后利用锚具将行走轨道锚固；所述主桁架及其配件的安装方法是先将活动支座在行走轨道上按设计位置安装好，再将主桁架的主梁吊放在工作位置，其后部用枕木支平支稳，保证主梁的平直，而后用精乳螺纹钢锚固。安装立杆后用4部3t倒链葫芦将其四个方向拉住，而后依次安装水平连接系、后斜杆及前斜杆，一组主桁安装好后安装另一组桁片。
[0019]进一步的，所述步骤SS3预压方式为采用混凝土块和砂袋作为预压荷载，砂袋进场前进行称重，并严禁浸水。荷载试验分5级加载，即按最终箱梁节段为基数，所述最终箱梁节段1#块175.5T，分别按30%、60%、80%、100%和120%加载，并在120%加载完成后稳定24h后再进彳丁卸载。
[0020]进一步的，所述挂篮的行走包括行走准备、挂篮行走及挂篮锚固三个步骤；所述行走准备为在箱梁节段应力束张拉、压浆完成后，完成外模、内模滑梁下落与底篮。
[0021]进一步的，步骤SS4中对挂篮的调整包括测点布置、数据观测、数据分析及模板调整。。
[0022]本发明有益效果在于:本发明中三角形挂篮轻型便捷，三角形挂篮的构造简单、各杆件受力明确且结构自重较轻，移动周期短，非常适合市政工程连续梁桥悬臂现浇施工。利用有限元软件对挂篮的设计进行验算，并根据验算结果进行快速调整和优化。利用有限元软件模拟挂篮的预压并与实测结果进行对比，为预压结构提供理论依据。利用有限元软件模拟分析，并通过每节段箱梁的实际测量数据对挂篮状态进行及时调整，有效地控制了大桥的线形，充分贯彻了“事前控制、事中调整、事后总结”的管控手段。
【具体实施方式】
[0023]下面本发明作进一步说明:
[0024]本专利所采用的三角形轻型挂篮由承重系统、模板系统、悬吊系统、锚固系统、行走系统、施工平台6个部分组成。所述承重系统是挂篮的主要受力结构，由两榀三角形主桁架和水平连接系组成。其中三角形主桁架是由主梁、前斜拉杆、后斜拉杆和立杆组成；两个斜拉杆在杆件底部通过销座与主梁销接，在杆件顶部通过高强螺栓及连接钢板栓接；两榀主桁架通过水平连接系连接成整体。模板系统主要由底模、侧模、端模和内模组成。底模由底模模板、底模纵梁和先、后下横梁组成，是直接承受节段混凝土重量并为立模、绑扎钢筋和混凝土浇筑等施工工序提供作业平台。侧模为桁架式整体钢模，由型钢焊成的侧模支架和其上铺焊钢板组成。内模由开启式内模架和在其上铺设的自制组合钢模组成。内模架采用型钢加工而成，下设滑套，可以利用手拉葫芦沿内滑梁移动就位。端模为高密度板，采用1cmXlOcm方木作为加劲肋。
[0025]悬吊系统由前上横梁、前长吊杆和后短吊杆等组成，主要作用是将模板系统、节段混凝土自重及其他施工荷载传递到挂篮承重系统及已经浇筑完毕的箱梁节段上。锚固系统设置在两榀主桁架的后端，通过后锚梁、精乳螺纹钢和千斤顶将承重系统固定在已经浇筑完成的箱梁节段上，用来平衡浇筑混凝土时产生的倾覆力矩。行走统包括轨道、前支座、反扣轮和牵引设备。挂篮行走时前支座在轨道顶面滑行，联结与后节点的反扣轮扣在工字钢翼缘行走。挂篮的行走靠2个10KN的手拉葫芦牵引挂篮前移，并带动底模平台和外侧模同时前移就位，而挂篮移动过程中的倾覆力由反扣轮传到轨道再传到箱梁竖向预应力筋上。每套挂篮设7个工作平台:前上横梁设吊杆长度调整平台I个；前下横梁下方、待浇筑梁段前设I个工作平台；后下横梁下方设后锚工作平台I个；外侧模外侧各设I个；两端设张拉工作平台各I个。工作平台上可根据施工安全的需要安装扶手、栏杆及防护网。
[0026]三角形轻型挂篮的计算，采用桥梁专用有限元软件Midas Civil配合模拟和分析。根据大桥的结构特点按几何形状、载荷分布、材料特性等方面，将其离散为若干个单元；在离散过程中把有限元模型的节点、单元的分界线或分界面设置在相应的不连续处。三角形轻型挂篮的主要杆件均采用A3钢材。其主桁架的主梁采用2140a型钢，斜拉杆采用2 [32b槽钢内部用两块宽为27.4cm的Q345钢板焊接，立杆为2 [40b槽钢，立杆平面连接系采用桁架结构，其上下弦杆采用I20a型钢，腹杆采用Z 100X63X10角钢；前上横梁采用2163型钢；前后下横梁采用2140a槽钢；底模纵梁采用130型钢；吊杆均采用Φ 32精乳螺纹钢。
[0027]挂篮自重为90T，箱梁节段自重按最重节段1#块176.5T选用。箱梁为预应力钢筋混凝土其重度取值为26kN/m3，根据每根底纵梁、内外滑梁对应承担的箱梁砼断面高度确定每根承重梁所承受的线荷载大小来确定，将1#块横断面划分为5个区域，每个区域的面积即为所施加在挂篮上的线荷载，则翼缘板为0.885kN/m，，外腹板为2.27kN/m，中腹板为
2.44kN/m，顶板为 1.67kN/m，底板为 2.09kN/m。
[0028]单榀主桁架前、后斜拉杆与立杆采用双螺栓连接，为减少误差，将其设定为刚域连接，并根据实际情况设定节点偏差量；吊杆所采用的精乳螺纹钢与前上横梁或前下横梁连接时释放多余约束，按仅受拉杆件计算
[0029]混凝土浇筑状态验算结果:主桁架的斜拉杆所受拉应力最大，σ _= 77.6MPa< [σ] = 140MPa，满足要求。从挂篮整体而言，前下横梁除由于施加荷载主桁架的累计变形值外，还由于前长吊杆的附加变形，所以前下横梁绝对位移较大，最大位移为fmax =12.0mm < L/400 = 13000/400 = 32.5mm ;底模纵梁相对前下横梁的相对最大位移为7mm，满足要求。
[0030]行走状态验算结果:前后下横梁在走行时只有两端吊点，底模荷载按均布荷载加载在前后下横梁上，经计算焊接箱形截面梁强度满足要求，行走状态下的的挂篮主要受变形位移的控制。其最大位移:fnax= 25.3mm < L/400 = 13000 + 400 = 32.5mm，满足要求。
[0031]挂篮的拼装包括如下步骤:
[0032]安装行走轨道。在大桥两个外侧腹板的上方靠近竖向预应力筋位置放置行走轨道。竖向预应力筋须伸出桥面120?140mm左右以保证能销固行走轨道，同时保证行走轨道中心线间距为622 mm (偏差&l