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1、MSS32移动模架造桥机结构有限元计算报告山东博瑞路桥技术有限公司2006 年 3 月目 录1、MSS32移动模架造桥机结构强度、刚度和主梁稳定性计算1.1 上部支架有限元计算模型1.2 MSS32移动模架造桥机结构强度与刚度计算1.3 中间跨及尾跨浇注时移动模架造桥机的刚度计算1.4 主梁稳定性计算2、移动模架造桥机纵移过程中前鼻梁的强度与刚度分析2.1 前鼻梁最不利工况（弯矩最大）有限元计算模型（2.1 前鼻梁最不利工况（抗剪切）强度与刚度计算3、模板横梁结构强度与刚度计算 3.1 正常墩模板横梁结构强度与刚度计算 3.2 11米宽斜墩模板横梁结构强度与刚度计算4、前支撑横梁结构强度与刚度
2、计算 4.1 前支撑横梁有限元计算模型4.2 前支撑横梁结构强度与刚度计算5、中吊点横梁结构强度与刚度计算 5.1 中吊点横梁有限元计算模型 5.2 中吊点横梁结构强度与刚度计算6、C形梁横移吊梁结构强度与刚度计算 6.1 C形梁横移吊梁合模结构强度与刚度计算 6.2 C形梁横移吊梁开模结构强度与刚度计算7、牛腿结构强度与刚度计算7.1 合模浇注牛腿结构强度与刚度计算7.2 开模行走牛腿结构强度与刚度计算 1、 MSS32移动模架造桥机强度、刚度和主梁稳定性计算MSS32移动模架造桥机主要由内外模板、主梁、前鼻梁、模板横梁、前横梁、中吊点横梁、C形梁、前、后小车、液压千斤顶等部分组成。由于模板
3、横梁由主梁内千斤顶支撑，故在有限元计算时将整个结构分为上部支架和模板横梁分别进行计算。有限元软件采用大型通用软件ANSYS进行模拟计算。1. 1上部支架有限元计算模型MSS32移动模架造桥机上部支架部分由内外模板、主梁、前鼻梁、模板横梁和螺旋顶等组成。在有限元建模时，由于主梁横梁与主梁通过四个螺旋顶连接，且四个螺旋顶各承担主梁横梁上的1/4荷载，可将内外模板及混凝土作为外载荷加在主梁横梁的计算模型上，再将其传递给螺旋顶的力求出（此部分计算见主梁横梁计算），并将其作为上部支架部分的外荷载，主梁用板壳元来模拟，将鼻梁、主梁横梁均采用空间梁单元来模拟，共划分板壳元49484个，梁单元688个，节点9
4、4512个。1.2 MSS32移动模架造桥机起始跨、尾跨结构强度与刚度计算 该工况为浇注首跨、尾跨时的工况，浇注混凝土全长为32.72m。上部支架有限元计算模型见图1-1和图1-2，分别为总变形和净变形计算模型。有限元计算结果如下：上部支架在自重和浇注混凝土共同作用下的总变形云图见图1-3，在浇注混凝土作用下的净变形云图见图1-4。竖向应变详细数值见附表5。主梁最大总挠度为19.89mm，主梁最大净挠度为19.22mm，位于第主梁跨中处。施加荷载见附表1和2主梁在设备自重和混凝土共同作用下的Von Mises应力云图见图1-5主梁最大应力为： 位于主梁前支点的内侧腹板上。由于主梁采用Q345B
5、焊接而成，其材料的，故主梁满足强度要求。鼻梁由于为自由状态，其桁架受力很小。1.3 移动模架造桥机中间跨强度与刚度计算中间跨浇注时上部支架的总变形和净变形有限元计算模型见图1-6和图1-7，上部支架在设备自重和浇注混凝土共同作用下的总变形云图见图1-8，在浇注混凝土作用下的净变形云图见图1-9。详细数值见附表6。主梁最大总挠度为48.41mm，主梁最大净挠度为41.26mm，位于主梁跨中处。施加荷载见附表3和4。主梁在设备自重和混凝土共同作用下的Von Mises应力云图见图1-10主梁最大应力为： 位于主梁前支点的内侧腹板上。由于主梁采用Q345B焊接而成，其材料的，故主梁满足强度要求。鼻梁
6、由于为自由状态，其桁架受力很小。1.4主梁稳定性计算用ANSYS软件的屈曲稳定性计算模块进行主梁整体稳定性计算。由于移动模架造桥机的结构具有对称性，同时鼻梁的重量相对于主梁重量较小，所以只取单根主梁进行稳定性计算。有限元计算模型见图1-11，将设备自重和混凝土作为集中外载荷加在螺旋顶上，通过计算得主梁失稳变形见图1-12，一阶失稳处主梁跨中处腹板上，一阶特值为：2.97，主梁可满足稳定性要求。2、移动模架造桥机纵移过程中前鼻梁的强度分析2.1前鼻梁最不利工况(弯矩最大) 强度计算当鼻梁根部弯矩最大时的有限元计算模型见图2-1，鼻梁的Von Mises应力云图见图2-3，最大应力为，大应力点位于
7、最靠近主梁的鼻梁斜撑上。由于鼻梁采用型材焊接而成，其材料的，故鼻梁根部存在最大弯矩时满足强度要求。2.2前鼻梁最不利工况（抗剪切）强度计算当鼻梁根部存在最大剪切时的计算模型见图2-2，鼻梁的Von Mises应力云图见图2-4，最大应力为，大应力点位于最靠近主梁的鼻梁下弦杆腹板上。由于鼻梁采用型材焊接而成，其材料的，故鼻梁根部抗剪切时满足强度要求。3、模板横梁强度与刚度计算 每组主梁横梁通过4个螺旋顶与主梁连接，可保证混凝土及模板等的自重荷载对称传到主梁上，所以可将横梁系统单独建立有限元计算模型。3.1 正常墩模板横梁结构强度与刚度计算有限元计算模型中共划分板单元4598个，梁单元4个，节点4
8、966个，通过分析可知第3根横梁受力最大，有限元计算模型见图3-1。通过有限元计算分析可得，横梁的变形云图见图3-2所示，横梁垂向最大总变形7.42mm。横梁的Von Mises应力云图见图3-3,最大应力为，位于横梁支点上方开孔的倒角位置。由于横梁采用Q345，其许用应力，故横梁强度可满足要求。3.2 11米宽斜墩模板横梁结构强度与刚度计算有限元计算模型见图3-4。通过有限元计算分析可得：横梁垂向最大总变形13.59mm，见图3-5。横梁的Von Mises应力云图见图3-6,最大应力为，位于横梁开孔的倒角位置。由于横梁采用Q345，其许用应力，故横梁强度可满足要求。4、前支撑横梁结构强度与
9、刚度计算4.1前支撑横梁有限元计算模型前支撑横梁用空间梁单元模拟，有限元计算模型见图4-1。模型中共划分空间梁单元1329个，节点2559个。4.2前支撑横梁结构强度与刚度计算移动模架造桥机过孔时，当牛腿前移至前支撑横梁位置时，前支撑横梁承受牛腿自重荷载P=640KN。计算结果如下：前支撑横梁垂向变形云图见图4-2，竖向最大总变形为12.49mm。此值对主梁的扭转影响较小，故刚度满足要求。前支撑横梁Von Mises应力云图见4-3，最大应力为：，位于油缸支撑处的槽钢上。由于支撑位置型钢的，故前支撑横梁强度满足要求。5、中吊点横梁强度与刚度计算5.1中吊点横梁有限元计算模型中吊点横梁采用板单元
10、来模拟，有限元计算模型见图5-1，模型中共划分板壳元13397个，梁单元2个。5.2中吊点横梁强度与刚度计算 选取最危险工况计算，取中吊点横梁最大受力，计算结果如下：中吊点横梁垂向变形云图见图5-2，最大竖向变形为11.17mm，故刚度满足要求。中吊点横梁Von Mises应力云图见图5-3，最大应力为：，位于千斤顶支撑处的腹板上。由于前支腿用Q345焊接而成，故满足强度要求。6、C形梁横移吊梁结构强度与刚度计算6.1 C形梁横移吊梁合模结构强度与刚度计算C形梁采用板单元来模拟，有限元计算模型见图6-1，模型中共划分板壳元21817个，杆单元1个。节点21161个。在合模位置时取C形梁最大受力
11、，计算结果如下：C形梁Von Mises应力云图见图6-2，最大应力为：。位于吊杆支撑板的腹板上。由于前支腿用Q345焊接而成，故满足强度要求。6.2 C形梁横移吊梁合模结构强度与刚度计算在开模行走时，C形梁最大受力，计算结果如下：C形梁Von Mises应力云图见图6-3，最大应力为：。位于吊梁腹板的弧线位置。由于前支腿用Q345焊接而成，故满足强度要求。7、牛腿结构强度与刚度计算7.1 合模浇注牛腿结构强度与刚度计算牛腿有限元计算模型见图7-1，有板单元模拟，共划分单元8072个，杆单元14个，节点7763个。取单边主梁及混凝土对牛腿作用力为，计算结果如下：牛腿垂向最大变形为6.85mm，
12、见图7-2。Von mises应力云图见图7-3，最大应力为： 牛腿大应力细部图见图7-4。由于材料为Q345，其材料的，故满足强度要求。7.2开模时牛腿结构强度与刚度计算有限元模型见图7-5。取最危险工况：设备自重仅有一对牛腿承担时进行模拟计算。单侧牛腿受力为，计算结果如下：Von mises应力云图见图7-7，最大应力为： 此时牛腿大应力细部图见图7-8。由于材料为Q345，其材料的，故满足强度要求。附表1 首跨、尾跨浇注时单边主梁总变形计算荷载（节点顺序依次为1号至9号主梁横梁）（单位：N） LIST NODAL FORCES FOR SELECTED NODES 1 TO 98568
13、BY 1 CURRENTLY SELECTED NODAL LOAD SET= FX FY FZ MX MY MZ NODE LABEL REAL IMAG 97489 FY -250351.925 0.00000000 97493 FY -320373.720 0.00000000 97497 FY -295274.617 0.00000000 97501 FY -305684.265 0.00000000 97505 FY -322335.555 0.00000000 97509 FY -335320.750 0.00000000 97513 FY -159476.005 0.000000
14、00 97517 FY -30359.4950 0.00000000 97521 FY -18576.7715 0.00000000 附表2首跨、尾跨浇注时单边主梁净变形计算荷载（节点顺序依次为1号至9号主梁横梁）（单位：N） LIST NODAL FORCES FOR SELECTED NODES 1 TO 98568 BY 1 CURRENTLY SELECTED NODAL LOAD SET= FX FY FZ MX MY MZ NODE LABEL REAL IMAG 97489 FY -225644.820 0.00000000 97493 FY -292464.025 0.0000
15、0000 97497 FY -248926.075 0.00000000 97501 FY -264337.513 0.00000000 97505 FY -249383.867 0.00000000 97509 FY -293787.010 0.00000000 97513 FY -113875.410 0.00000000 97545 FY -0.00000000 0.00000000 97547 FY -0.00000000 0.00000000 附表3 中间跨浇注时单边主梁总变形计算荷载（节点顺序依次为1号至9号主梁横梁）（单位：N） LIST NODAL FORCES FOR SEL
16、ECTED NODES 1 TO 98276 BY 1 CURRENTLY SELECTED NODAL LOAD SET= FX FY FZ MX MY MZ NODE LABEL REAL IMAG 97489 FY -24707.1050 0.00000000 97493 FY -198385.427 0.00000000 97497 FY -329450.953 0.00000000 97501 FY -293897.642 0.00000000 97505 FY -305305.705 0.00000000 97509 FY -295226.770 0.00000000 97513
17、FY -324134.450 0.00000000 97517 FY -215798.870 0.00000000 97521 FY -18576.7715 0.00000000 附表4 中间跨浇注时单边主梁净变形计算荷载（节点顺序依次为1号至9号主梁横梁）（单位：N） LIST NODAL FORCES FOR SELECTED NODES 1 TO 98276 BY 1 CURRENTLY SELECTED NODAL LOAD SET= FX FY FZ MX MY MZ NODE LABEL REAL IMAG 97491 FY -0.00000000 0.00000000 97493
18、 FY -170475.733 0.00000000 97497 FY -283102.410 0.00000000 97501 FY -252550.890 0.00000000 97505 FY -262354.018 0.00000000 97509 FY -253693.030 0.00000000 97513 FY -278533.855 0.00000000 97517 FY -185439.405 0.00000000 97537 FY -0.00000000 0.00000000 附表5MSS32移动模架造桥机首跨、尾跨浇注状态主梁挠度 横梁编号主梁总挠度（mm）主梁净挠度（m
19、m）14.324.232-6.32-5.893-15.0-14.24-19.3-18.75-18.3-18.36-12.4-13.17-3.55-3.9782.895.5496.9516.5 附表6MSS32移动模架造桥机中间跨浇注状态主梁挠度 横梁编号主梁总挠度（mm）主梁净挠度（mm）110.79.152-12.3-10.33-31.3-26.34-43.8-36.95-47.9-40.86-43.1-37.27-30.3-26.68-12.3-11.199.699.79图1-1 主梁首跨浇注有限元计算模型图1-2主梁首跨静变形计算模型图1-3 主梁首跨浇注总变形云图图1-4 主梁首跨浇注
20、净变形云图图1-5 主梁浇注总应力云图图1-6 主梁中间跨总应变计算模型图1-7 主梁中间跨静应变计算模型图1-8主梁中间跨总应变云图图1-9主梁中间跨静应变云图图1-10 中间跨浇注总应力云图图1-11 主梁稳定性有限元计算模型图1-12 主梁一阶失稳变形图 图2-1 前鼻梁最大弯矩时的有限元计算模型图2-2 前鼻梁最大剪力时的有限元计算模型图2-3 前鼻梁最大弯矩时Von Mises应力云图 图2-4 前鼻梁最大剪力时Von Mises应力云图 图3-1 正常墩模板横梁有限元计算模型图3-2 正常墩模板横梁竖向变形云图图3-3 正常墩模板横梁Von Mises应力云图 图3-4 11米宽斜
21、墩模板横梁计算模型图3-5 11米宽斜墩竖向应变云图图3-6 11米宽斜墩应力云图 图4-1 前支撑横梁有限元计算模型图4-2 前支撑横梁竖向应变云图 图4-3 前支撑横梁应力云图 图5-1 中吊点横梁有限元计算模型图5-2 中吊点横梁竖向应变云图图5-3 中吊点横梁应力云图 图6-1 C形梁有限元计算模型（合模状态） 图6-2 C形梁竖向应变云图（合模状态） 图6-3 C形梁Von mises局部应力云图（合模状态）图6-4 C形梁开模计算模型图6-5 C形梁开模竖向应变云图图6-6 C形梁开模应力云图 图7-1 牛腿有限元计算模型（合模浇注）图7-2 牛腿竖向应变云图（合模浇注）图7-3 牛腿应力云图（合模浇注）图7-4 合模浇注牛腿应力细部图 图7-5 牛腿计算模型（开模） 图7-6 牛腿竖向应变云图（开模）图7-7 牛腿应力云图（开模）图7-8 牛腿开模应力细部图
