現(xiàn)澆梁式橋支架脫模用自鎖式卸荷塊的力學(xué)特性分析

余進(jìn)

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶400037）

1 引言

目前，現(xiàn)有橋梁現(xiàn)澆支架方案中大部分采用鋼楔塊或砂筒作為支架落架裝置，鋼楔塊施工中采用焊接連接上下承重結(jié)構(gòu)，高空焊接質(zhì)量難以保證，卸落時(shí)需切割，導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)遭到破壞二無(wú)法周轉(zhuǎn)重復(fù)利用，且存在失穩(wěn)的安全隱患；砂筒落架裝置需采用干細(xì)砂壓實(shí)，往往施工中砂礫容易受潮，落架時(shí)難以掏出砂礫，不利于支架裝置卸落，操作不便。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的若干落模問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種自鎖式支架卸荷塊，該卸落塊裝配簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)牢固可靠，在施工中落架時(shí)僅需擰松精軋螺紋鋼端頭的螺母即可實(shí)現(xiàn)上支座的下落，從而達(dá)到脫模的目的，方便快捷，十分安全，并且重復(fù)利用率高，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

2 卸落塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)可承受200t 支架反力的卸落塊，如圖1 所示。卸落塊由上、下、左、右4 個(gè)支座組成，且4 個(gè)支座的斷面均為等腰梯形，左支座與右支座的下等腰面分別與下支座的左等腰面、右等腰面緊密貼合；左支座和右支座均開有供穿插對(duì)拉螺桿的通孔，并且通過(guò)在所述對(duì)穿螺桿兩端鎖入螺母將左支座與右支座固定。

同時(shí)，為增強(qiáng)卸落塊的承載性能，可在4 個(gè)支座的支撐板內(nèi)夾層焊接加勁肋。落梁時(shí)，僅需活動(dòng)扳手緩緩擰松拉桿端頭的螺母，即可使左右撐座沿下支座的腰面向兩側(cè)滑動(dòng)，從而帶動(dòng)上支座下落達(dá)到落架的目的。該裝置相比傳統(tǒng)的卸落設(shè)備（砂筒、千斤頂、硫黃砂漿、繩鋸切割法等），可擰緊和松脫兩頭螺母調(diào)整支架模板體系的標(biāo)高，具有精度和安全性高、穩(wěn)定性好、安拆操作簡(jiǎn)便、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 200t 自鎖式卸落塊設(shè)計(jì)圖

3 有限元分析

采用Solidwork 2016 軟件建立卸落塊三維空間有限元模型（見(jiàn)圖2），并進(jìn)行細(xì)部計(jì)算。驗(yàn)算考慮卸荷塊本體能否被壓壞及精軋鋼是否拉斷，邊界條件的處理上，模型簡(jiǎn)化為將中部的精軋螺紋鋼T 形螺母去掉，于相應(yīng)部位添加滑動(dòng)約束，只約束DX 方向的平動(dòng)自由度；同時(shí)在卸落塊底部添加固定約束，約束卸落塊底部DX、DY、DZ 3 個(gè)方向的平動(dòng)自由度。

卸落塊4 個(gè)支座構(gòu)件之間的連接定義為無(wú)穿透，摩擦因數(shù)設(shè)置為0.15；該計(jì)算為小變形分析，有限元網(wǎng)格劃分選擇基于曲率的網(wǎng)格，盡量使得有限元分析結(jié)果更加精確，貼合實(shí)際。

3.1 荷載計(jì)算與組合

卸荷塊自重：由Solidworks 2016 軟件自動(dòng)計(jì)算，Z 方向的系數(shù)取值“-1”。

支架傳遞荷載：考慮支架預(yù)壓時(shí)總重為全部荷載的120%；200t 卸荷塊為240t。該荷載已考慮支架所受荷載的作用組合系數(shù)[1～3]。

卸落塊的荷載組合為以上二者疊加。

3.2 有限元計(jì)算結(jié)果

如圖3 所示，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，最大應(yīng)力為175.8MPa＜f=205MPa[4]，安全；最大應(yīng)力出現(xiàn)在左右支座的開孔位置。

圖2 簡(jiǎn)化的卸落塊三維模型圖

圖3 200t 卸落塊應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

最大變形量為0.063mm（見(jiàn)圖4）。

卸荷塊的反力計(jì)算結(jié)果為：軸向Fx=2.88×105N；水平向Fy=2.35N；豎向 Fy=17.2N（見(jiàn)圖 5）。

圖4 200t 卸落塊變形計(jì)算結(jié)果

圖5 200t 卸落塊反力計(jì)算結(jié)果

4 卸荷塊對(duì)拉精軋鋼承載力計(jì)算

卸落塊的自鎖裝置采用對(duì)穿PSB785 級(jí)JL32 精扎螺紋鋼（抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值Rm=980MPa）[5]，端頭套與之配套的T 形螺母擰緊。精軋螺紋鋼所受反拉力為：Fx=2.88×105N，依據(jù)有限元計(jì)算的反力結(jié)果對(duì)其進(jìn)行承載力驗(yàn)算：

式中，S 為精軋螺紋鋼的有效截面面積，mm2；d 為JL32 精扎螺紋鋼的直徑，mm；σ 為精軋螺紋鋼的截面拉應(yīng)力，MPa；F 為精扎螺紋鋼所受拉力，N。

將已知數(shù)值代入式（2），得到：σ=358.099＜Rm=980MPa，卸荷塊左、右支座對(duì)拉的精軋螺紋鋼承載力滿足服役性能要求。

5 結(jié)論

由以上計(jì)算可以得出以下結(jié)論：

1）自鎖式卸落塊的材料強(qiáng)度及安全滿足規(guī)范要求；

2）精扎螺紋鋼的抗拉強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，且富于很多，對(duì)施工的安全性有利。

綜上所述，設(shè)計(jì)的自鎖式卸落塊規(guī)格尺寸及力學(xué)性能方面滿足規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)合理。依據(jù)上述結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算原理，可考慮制作適應(yīng)不同支撐重量的卸荷塊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。