某城市立交桥施工膺架结构静力及稳定性分析-论文.pdf

'第40卷第28期山西建筑Vo1．40No．282014年10月SHANXIARCHITECTUREOct．2014·201·文章编号：1009—6825(2014)28—0201—02某城市立交桥施工膺架结构静力及稳定性分析韩伟华(长平高速公路建设管理处，山西长治046100)摘要：以某城市立交工程为例，对工程采用的施工膺架作了简介，从贝雷梁、横向支撑梁、钢管立柱等方面入手，使用大型有限元软件对整个施工膺架进行了全部结构的静力荷载响应与稳定性分析，指出施工膺架的最大沉降位移发生在1／8跨处：贝雷梁与钢管独柱问架设横向支撑梁，可以减少应力集中，有利于整个结构的受力。关键词：施工膺架，贝雷梁，钢管立柱，碗扣式脚手架，稳定性分析中图分类号：U448．17文献标识码：A0引言根据TB10002．3-2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范要求，整体支架验算荷载组合如表1所示。近年来，沿海城市大力发展城市立交工程，随着城市立交桥表1验算荷载组合表梁的大量建设，桥梁施工面临着复杂的地质条件及严苛施工环境组合编号验算状态荷载组合附注的挑战。施工膺架作为桥梁工程项目施工过程中的重要临时结组合I承载能力极限1．2(Dl+D2+D3+D41+1．4验算碗扣支架构，其使用功能和使用特点的特殊性，对设计者提出了较高的要(2．5Ll+2．5L2)求，尤其是其承载能力与稳定性，在地质不良的地区，对施工膺架组合2承载能力极限1．2(DI+D2+D3+D4+D5)验算贝雷梁1．4I2．5Ll+2．5L2)的可靠性进行独立的验算尤为重要，采取措施对现浇箱梁膺架基组合3承载能力极限1．2(DI+D2+D3++D5+D6)+验算横向支撑粱础进行处理，避免出现不均匀沉降及支架失稳的现象⋯。1．4(2．5L1+2．5L2)窦忠孝等对钢管混凝土中承式系杆拱桥的三角区混凝土拱组合4承载能力极限1．2(Dj+D2++啦++D6+验算钢管立柱D7)+1．4(2．5L1+2．5／．2)肋现浇施工支架体系进行了设计与施工，并对其可靠性计算进行注：D1为梁体自重；D2为碗扣支架自藿；D3为模板自重；D4为方木自重；D5为了研究；张立鹏等通过采用灰土处理结合表面硬化等方法进行I20a工字钢横向分配梁自重：D6为贝雷梁自重；D7为I50a工字钢横向支现浇连续箱梁支架基础处理，并采用有限元分析方法对支架进行撑梁自重；￡l为施工人员、机械重量；为混凝土振捣器重量设计计算，确保了在地质不良环境下箱梁施工支架结构体系的安根据施工现场条件，得到施工临时荷载为：全；王志亮等结合以往具体施工经验，设计出一种新的综合施1)施工人员、机械：2．0kN／m；2)混凝土振捣器：2．0kN／m；工方案避免了高位落梁，解决了现浇梁施工影响桥下公路交通的3)横向风力：1．0kN／m；4)纵向风力：0．4kN／m；5)模板重：难题，确保施工安全及工程质量；刘永祥详细地介绍一种新型2．0kN／m；6)方木重：2．0kN／m。由于1)，2)这两部分荷载直脚手架——轮扣式钢管脚手架满布支架，以及贝雷(工字钢)排架接查《城市桥梁设计荷载标准》规范得到的，考虑到现场施工的支架在桥梁中的实际应用。条件以及计算安全储备，本文将这两部分荷载均乘以2．5的放大本文采用有限元分析软件对某城市立交桥的施工膺架进行系数用于稳定性验算。了全部结构的静力荷载响应与结构稳定性分析。2．2贝雷梁1施工膺架概况贝雷梁的上、下弦杆截面采用2[10槽钢，腹杆截面采用l8某城市立交桥上部结构为现浇连续箱梁，箱梁为单箱三室断工字钢，贝雷梁在支承位置(端部两拼支承除外)竖杆进行加强，面，下部结构为桩柱式桥墩。补焊2[1O槽钢进行补强。贝雷梁各单元采用桁架单元，并在支主梁架设主要采用膺架施工，膺架采用钢管立柱作为贝雷梁撑位置处约束为固结，一片贝雷梁的有限元模型如图2所示。的支撑墩，并由横向支撑梁与贝雷梁组成桁架作为箱梁现浇支架。根据桥梁标高加工钢管立柱，并制作成排架结构形式，上部采用贝雷梁作为连续式支架。其中钢管立柱如图1所示。图2一片贝雷梁有限元模型B贝雷梁验算荷载采用表1中组合2，其计算结果如表2所示。表2中列出了上部贝雷梁的计算分析结果，贝雷梁的变形如图3所示。经计算可知，贝雷梁的最大变形发生在边跨处，为一4．92rt"lm(DZ)，贝雷梁的最大压应力为150．5MPa，最大拉应力为l16．7MPa。2．3钢管立柱图1钢管立柱示意图(单位：m)钢管立柱截面为00×12mm钢管，采用空间梁单元建立其2结构静力及稳定性分析模型，立柱底部约束为全部固结，钢管立柱与横向支撑梁结构的2．1荷载取值有限元模型如图4所示。收稿日期：2014—07．30作者简介：韩伟华(1981一)，男，硕士，工程师 第40卷第～期．202．20’一141z,0o山西建筑表2上部贝雷梁支架计算结果汇总表2．5碗扣式脚手架杆件弦杆竖杆斜杆上弦杆下弦杆加强竖标准竖2o0贝雷梁轴力组合组合跨中组合180kN应力轴力挠度杆组合杆组合轴力MPakN应力应力应力kN应力160+组合应力MPa戆MPaMPaMPal40+组合应力容许值计算值73．6475．193．472．84．92519l5O．584．7l05．4l20容许值5602105602l01702lOl71210100安全7系数．62862．9331．422横向支撑梁编号图6横向支撑梁组合应力计算结果采用4,48mm×3．5mm碗扣式常规脚手架，顺桥向间距图3贝雷梁变形图0．4m，横桥向问距0．4m，步距0．6m，支架最大高度为7m，材料为Q235钢。大白取a遵w帚．：验算荷载选用表1中7的组合1，选取最不利杆件(顶部立杆段)为计算对象，根据规范可计算得：N=+W=+’=146MPa~<。0157X489X105075X10一。．．．[Or]=205MPa。图4钢管立柱与横向支撑梁的有限元模型安全系数n。=1．404，故碗扣式脚手架强度验算满足要求。钢管立柱验算荷载采用表1中组合4，经计算可知，钢管立柱最大轴力发生在2号，7号立柱(结构两端内侧的第二根立柱)处，3结语最大值为1463．0kN。钢管立柱顶最大沉降也发生在2号，7号本文基于有限元分析软件对一个典型施工膺架进行了稳定立柱处，数值为5．519mm，钢管立柱顶最大水平位移发生在2号，性分析，得出以下结论：7号立柱处，结果为7．227ram(见图5)。钢管立柱的最大组合应1)本文计算分析的施工膺架在1／8跨处产生最大沉降位移，力=72．2MPa<[]：170MPa，安全系数为2．35，满足强度的由此可见整个施工膺架不仅要注意在跨中处设置足够的预拱度，要求。还应注意在1／8跨处设置足够的预拱度，以保证整体结构的平顺线形与使用功能。2)本文的贝雷梁与钢管独柱之间架设有横向支撑梁，可以减少应力集中，更有利于整个结构的受力。3)碗扣式脚手架在满足构造要求的同时，也要进行独立验算，本文所分析的碗扣式脚手架结构合理，可以满足结构功能。参考文献：图5钢管立柱水平变形图[1]王景元．软土地基现浇连续箱梁支架设计与施工技术[J]．钢管立柱间的侧向支撑加强了立柱各个方向的稳定性，避免中外公路，2008，28(3)：137—139．了失稳破坏。其稳定性验算为：=102．96MPa≤厂=170MPa，r，，1LJ窦忠孝，王中宽，尚武孝．南昌生米大桥拱肋三角区支架体长细比验算A=86．566≤[A]=150。系的设计与施工[J]．世界桥梁，2005(3)：42—45．2．4横向支撑梁l3j张立鹏，刘静礼．艾溪湖大桥现浇连续箱梁支架设计与施工横向支撑梁采用3拼I50a工字钢，采用桁架单元建立模型，技术[J]．公路，2011(9)：69-73．其位于钢管立柱与贝雷梁之间，起到传递上部结构荷载及架设贝L4J王志亮，杨勇．碗扣脚手架与军用墩组合应用于现浇PC雷梁的作用。将横向支撑梁沿顺桥向分别编号为1号～8号，其箱梁施工[J]．铁道建筑技术，2002(3)：34-36．中横向支撑梁的组合应力计算结果如图6所示。l5J刘永祥．轮扣式脚手架满布支架和贝雷(工字钢)排架支架横向支撑梁验算荷载采用表1中组合3。由计算结果可知，的应用研究[J]．中南公路工程，2003，28(1)：84．86．所有横向支撑梁应力均可满足强度要求，2号、7号横向支撑梁的【6JTB10oo2．3—2o05，铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结应力最大，且最小安全系数能够达到2．2—2．4。计算分析可知，构设计规范[s]．横向支撑梁的最大弯矩为556．79kN·m，最大剪力为777．2kN。L7JCJJ77-98，城市桥梁设计荷载标准[S]．StaticandstabilityanalysisofascafoldingstructureforcityoverpassHANWei．hua(ChangpingExpresswayAdministration，Changzhi046100，China)Abstract：Takingsomeoverpassprojectinsomecityastheexample，thepaperindicatesthescaffoldingadoptedintheproject，startfrombaileybeam，transversebeamandsteeltubecolumn，risethefiniteelementsoftwaretogetthestaticloadresponseandstabilityanalysisofthestructure．Pointoutthelargestdisplacementoftheconstructionscaffoldingoccursat1／8span．ItcanreducethestressconcentrationandalsoconducivetothewholestructureduetOthelateralsupportbeamsbetweenbaileybeamsandsteelcolumns．Keywords：scaffolding，baileybeam，steeltubecolumn，cuplokscaffolding，stabilityanalysis'