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摘 要：移动模架造桥机在施工前必须对其进行预压试验，来确认MSS45造桥机在施工过程中是否安全可靠以及为合理设置预拱度提供依据。本文在对MSS45造桥机的有限元分析的基础上，确定了造桥机各部位应力特征点及主梁挠度测点位置。试验结果表明，各测点的理论值与实测值较接近，造桥机安全可靠。
关键词：有限元；造桥机；预压；移动模架
Abstract： In order to confirm MSS45 bridge-building machine is safe and reliable in construction process and for setting up reasonable the arch degrees， need to provide a basis for the construction of the preliminary experiments before. This paper based on the finite element analysis MSS45 bridge-building machine result， made sure each part bridge-building machine feature point and main stress measuring deflection position. The test results show that the value of the point is close to the measured values， the bridge-building machine is safe and reliable.
Keywords： Finite element； Bridge-building machine； Preload； Movable Scaffolding System
0.引言
本文结合广东省南澳大桥工程，利用有限元软件ANSYS建立MMS45移动模架分析模型，根据理论分析结果来确定预压试验的应力及变形（挠度）测点，并将理论值与实测进行对比，最终确定了移动模架的安全储备。
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，主梁的最大应力为220MPa；竖向总变形云图如图1-3所示，主梁45米跨最大净挠度为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最大挠度处和两个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；在主梁第一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。最大应力分别为224MPa和226MPa，开模工况应力最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
中吊横梁的受力最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，最大应力为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
前横梁受力最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，最大应力为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最大工况，此时后吊梁Von Mises应力云图如图1-8所示，最大应力为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组横梁中的最大载荷为1300KN。
模板横梁Von Mises应力云图如图1-9所示，最大应力为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。最大应力为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。③最大变形：f3=H1-H5。根据最大变形值，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
本次预压试验主梁最实测大挠度为79.6mm，在规范[1]允许的范围内，主梁刚度满足要求，其它部位最大应力理论值与实测值如表1所列。
本次预压试验实测最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。
4.结语
通过对南澳大桥MMS45移动模架造桥机的有限元分析，在理论上确定了模架挠度和应力的最大值点，并以此为依据布置了预压试验的挠度和应力测点。
试验结果表明，在加载到满载时，移动模架各部位的实测应力值和主梁实测挠度值均与理论计算值较接近，结构具有一定的安全储备。
由于移动模架的非弹性变形在预压试验后基本可以消除，故在以后的梁体施工中，不再需要进行预压，但由于钢结构在使用过程中存在着疲劳变形，故在施工过程中还需要对移动模架本身的变形进行观测，从而为以后各跨梁的施工提供更为准确的数据。
参考文献
[1] JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S]
[2] 张宇峰、朱晓文.桥梁工程试验检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2009
关键词：有限元；造桥机；预压；移动模架
Abstract： In order to confirm MSS45 bridge-building machine is safe and reliable in construction process and for setting up reasonable the arch degrees， need to provide a basis for the construction of the preliminary experiments before. This paper based on the finite element analysis MSS45 bridge-building machine result， made sure each part bridge-building machine feature point and main stress measuring deflection position. The test results show that the value of the point is close to the measured values， the bridge-building machine is safe and reliable.
Keywords： Finite element； Bridge-building machine； Preload； Movable Scaffolding System
0.引言
本文结合广东省南澳大桥工程，利用有限元软件ANSYS建立MMS45移动模架分析模型，根据理论分析结果来确定预压试验的应力及变形（挠度）测点，并将理论值与实测进行对比，最终确定了移动模架的安全储备。
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，主梁的最大应力为220MPa；竖向总变形云图如图1-3所示，主梁45米跨最大净挠度为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最大挠度处和两个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；在主梁第一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。最大应力分别为224MPa和226MPa，开模工况应力最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
中吊横梁的受力最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，最大应力为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
前横梁受力最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，最大应力为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最大工况，此时后吊梁Von Mises应力云图如图1-8所示，最大应力为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组横梁中的最大载荷为1300KN。
模板横梁Von Mises应力云图如图1-9所示，最大应力为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。最大应力为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。③最大变形：f3=H1-H5。根据最大变形值，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
本次预压试验主梁最实测大挠度为79.6mm，在规范[1]允许的范围内，主梁刚度满足要求，其它部位最大应力理论值与实测值如表1所列。
本次预压试验实测最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。
4.结语
通过对南澳大桥MMS45移动模架造桥机的有限元分析，在理论上确定了模架挠度和应力的最大值点，并以此为依据布置了预压试验的挠度和应力测点。
试验结果表明，在加载到满载时，移动模架各部位的实测应力值和主梁实测挠度值均与理论计算值较接近，结构具有一定的安全储备。
由于移动模架的非弹性变形在预压试验后基本可以消除，故在以后的梁体施工中，不再需要进行预压，但由于钢结构在使用过程中存在着疲劳变形，故在施工过程中还需要对移动模架本身的变形进行观测，从而为以后各跨梁的施工提供更为准确的数据。
参考文献
[1] JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S]
[2] 张宇峰、朱晓文.桥梁工程试验检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2009