基于ANSYS Workbench的移动模架主、鼻梁旋转机构研究

赵秋红 王永健

【摘要】以重庆轨道交通十号线为例，考虑实际施工需要，分析施工中存在的重点、难点，根据移动模架的特点、工作原理，选择合适的施工方法。结合大型有限元软件ANSYS Workbench对施工中的关键部件（主要是主、鼻梁旋转机构）分析计算，通过对比计算结果，分析结构的可行性，为以后同类工程的施工提供借鉴。

关键词：重庆轻轨十号线；移动模架；主鼻梁旋转机构；有限元分析

中图分类号：U445.47 文献标识码：A

模架[4]总体上可分为上承式和下乘式两类，上、下乘式又可分为自行和非自行两种。结合实际施工条件和业主要求，重庆大桥十号线采用下乘自行式，具有安全可靠、施工效率高、经济耐用、施工质量好等特点[3]，在桥梁工程中已广泛应用。

1、工程概况

重庆轨道交通十号线线路全长

44.55km，共15孔40m和3孔30m混凝土等截面连续箱梁，位于最大平曲线半径R=700m，竖曲线半径R=5000m的曲线上。

2、工作原理

下乘自行式移动模架主要由模板系统、模板横梁、主梁、鼻梁、小车和牛腿组成。主要借助于模板系统、主鼻梁旋转机构，实现平曲线半径R=700m的箱梁浇筑。借助于主、鼻梁旋转机构实现竖曲线[1]半径R=5000m的箱梁浇筑

3、移动模架关键部件有限元分析

移动模架要实现竖曲线和平曲线浇筑，其中起关键作用的是主、鼻梁旋转机构。

工作原理：借助竖向液压缸实现竖向旋转，液压缸不参与受力，竖向机械锁是受力部件。水平旋转借助小车、主鼻梁连接件，绕主、鼻梁连接销轴旋转，水平机械锁锁定旋转角度，最终实现竖向和水平方向旋转，完成箱梁浇筑。

利用有限元软件ANSYS Workbench，通过计算可知，主鼻梁旋转机构最不利工况有两个：工况一：整体模架纵移过孔时，当主鼻梁旋转机构正好经过起支撑作用的前小车和牛腿时，会承受最大剪力的作用。

工况二：整体模架纵移过孔时，当主鼻梁旋转机构完全脱离起起支撑作用的前小车和牛腿时，由于鼻梁自重的影响，这时主鼻梁旋转机构会承受最大弯矩的作用。

工况一通过计算可知，主鼻梁旋转机构承受的最大剪力为110T，考虑到偏载的影响，鼻梁下弦杆分别分担80T和30T如下图所示

图1 主鼻梁旋转机构工况一应力云图

图2 主鼻梁旋转机构工况一变形云图

建立有限元模型，其中节点个数228418，单元个数112811。

最大应力 ，最大变形为12mm。一阶失稳处于鼻梁的斜撑处，一阶屈曲特征值为：8.2862，如图所示。

由于主、鼻梁旋转机构材料为Q345B，其材料的 ，满足强度要求变形量为12mm<80mm（L/500，L是跨径），变形量很小，满足刚度[3]要求；一阶屈曲特性值大于1，满足稳定性要求。

工况二通过计算可知主鼻梁旋转机构在鼻梁自重的作用下，鼻梁上下弦杆分别承受73T的拉力，6T的剪力和33.4KN.m的弯矩。

经过有限元计算可知最大应力 ，最大变形为4.7mm，一阶失稳处于鼻梁的下弦杆处，一阶屈曲特征值为：13.179。

由于主、鼻梁旋转机构材料为Q345B，其材料的 ，满足强度要求；变形量为4.7mm<80mm（L/500，L是跨径），变形量很小，满足刚度要求；一阶屈曲特性值大于1，满足稳定性要求。

ANSYS Workbench计算结果表明，主鼻梁旋转机构在最不利工况，仍满足刚度、强度和稳定性的要求，结果可行。

4、总结

根据重庆轻轨十号线施工条件，设计的下乘自行式移动模架完全满足实际施工需要，并对主鼻梁旋转机构在最不利工况下进行了有限元分析，分析结果表明，该旋转机构的强度、刚度和稳定性满足需要。

參考文献

1、史聪慧.下行式移动模架制40m铁路箱梁关键技术[J].铁道建筑技术，2006（5）.

2、GB50017—2003，钢结构设计规范[S]

3、张国华.下行式移动模架现浇32m客运专线双线箱梁施工技术.铁道标准设计.2007.59-63

4、王模公，下乘自行式移动模架结构与应用.建设机械技术与管理.2007.80-84