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现浇梁式桥支架脱模用自锁式卸荷块的力学特性研究

2020-12-28 469 上传者：管理员

摘要：针对现浇支架梁式桥中传统的砂箱、千斤顶、硫黄砂浆、绳锯切割法等落模装置存在的诸多不利问题，设计了一种自锁式卸荷块，并采用Solidworks2016软件建立三维有限元模型，进行细部分析计算，得到其规格尺寸及力学性能均满足规范要求。该装置不仅操作方便、安拆成本低、精度和安全性高，兼顾落架功能，而且还可以调整支架预拱度，具有很好的适用性和经济效益。

关键词：
力学特性
支架
桥梁检测
脱模
自锁式卸荷块
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1、引言

目前，现有桥梁现浇支架方案中大部分采用钢楔块或砂筒作为支架落架装置，钢楔块施工中采用焊接连接上下承重结构，高空焊接质量难以保证，卸落时需切割，导致支架结构遭到破坏二无法周转重复利用，且存在失稳的安全隐患；砂筒落架装置需采用干细砂压实，往往施工中砂砾容易受潮，落架时难以掏出砂砾，不利于支架装置卸落，操作不便。

针对现有技术中存在的若干落模问题，设计了一种自锁式支架卸荷块，该卸落块装配简单，结构牢固可靠，在施工中落架时仅需拧松精轧螺纹钢端头的螺母即可实现上支座的下落，从而达到脱模的目的，方便快捷，十分安全，并且重复利用率高，具有很好的经济性。

2、卸落块结构设计

设计可承受200t支架反力的卸落块，如图1所示。卸落块由上、下、左、右4个支座组成，且4个支座的断面均为等腰梯形，左支座与右支座的下等腰面分别与下支座的左等腰面、右等腰面紧密贴合；左支座和右支座均开有供穿插对拉螺杆的通孔，并且通过在所述对穿螺杆两端锁入螺母将左支座与右支座固定。

同时，为增强卸落块的承载性能，可在4个支座的支撑板内夹层焊接加劲肋。落梁时，仅需活动扳手缓缓拧松拉杆端头的螺母，即可使左右撑座沿下支座的腰面向两侧滑动，从而带动上支座下落达到落架的目的。该装置相比传统的卸落设备（砂筒、千斤顶、硫黄砂浆、绳锯切割法等），可拧紧和松脱两头螺母调整支架模板体系的标高，具有精度和安全性高、稳定性好、安拆操作简便、成本低、适应性强等优点。

图1200t自锁式卸落块设计图

3、有限元分析

采用Solidwork2016软件建立卸落块三维空间有限元模型（见图2），并进行细部计算。验算考虑卸荷块本体能否被压坏及精轧钢是否拉断，边界条件的处理上，模型简化为将中部的精轧螺纹钢T形螺母去掉，于相应部位添加滑动约束，只约束DX方向的平动自由度；同时在卸落块底部添加固定约束，约束卸落块底部DX、DY、DZ3个方向的平动自由度。

卸落块4个支座构件之间的连接定义为无穿透，摩擦因数设置为0.15；该计算为小变形分析，有限元网格划分选择基于曲率的网格，尽量使得有限元分析结果更加精确，贴合实际。

3.1荷载计算与组合

卸荷块自重：由Solidworks2016软件自动计算，Z方向的系数取值“-1”。

支架传递荷载：考虑支架预压时总重为全部荷载的120%;200t卸荷块为240t。该荷载已考虑支架所受荷载的作用组合系数[1,2,3]。

卸落块的荷载组合为以上二者叠加。

3.2有限元计算结果

如图3所示，根据分析计算结果，最大应力为175.8MPa

图2简化的卸落块三维模型图

图3200t卸落块应力计算结果

最大变形量为0.063mm（见图4）。

卸荷块的反力计算结果为：轴向Fx=2.88×105N；水平向Fy=2.35N；竖向Fy=17.2N（见图5）。

图4200t卸落块变形计算结果

图5200t卸落块反力计算结果

4、卸荷块对拉精轧钢承载力计算

卸落块的自锁装置采用对穿PSB785级JL32精扎螺纹钢（抗拉强度设计值Rm=980MPa)[5]，端头套与之配套的T形螺母拧紧。精轧螺纹钢所受反拉力为：Fx=2.88×105N，依据有限元计算的反力结果对其进行承载力验算：

公式1

公式2

式中，S为精轧螺纹钢的有效截面面积，mm2;d为JL32精扎螺纹钢的直径，mm；σ为精轧螺纹钢的截面拉应力，MPa;F为精扎螺纹钢所受拉力，N。

将已知数值代入式（2），得到：σ=358.099

5、结论

由以上计算可以得出以下结论：

1）自锁式卸落块的材料强度及安全满足规范要求；

2）精扎螺纹钢的抗拉强度满足规范要求，且富于很多，对施工的安全性有利。

综上所述，设计的自锁式卸落块规格尺寸及力学性能方面满足规范的要求，结构合理。依据上述结构尺寸和计算原理，可考虑制作适应不同支撑重量的卸荷块，经济效益显著。

参考文献：

[1]GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].

[2]GB50068-2018建筑结构可靠性设计统一标准[S].

[3]JTGF90-2015公路工程施工安全技术规范[S].

[4]GB50017-2017钢结构设计标准[S].

[5]GB/T20065-2016预应力混凝土用螺纹钢筋[S].

余进.现浇梁式桥支架脱模用自锁式卸荷块的力学特性分析[J].工程建设与设计,2020(24):54-55.

基金:中铁十一局集团有限公司科技研究开发项目(2018B-01)

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