钢结构立柱

钢结构立柱（共9篇）

钢结构立柱 篇1

1 工程概况

为扩大生产规模，某船用柴油机厂拟对现有钢结构厂房进行改扩建，其中新建装配二车间是在既有的装配车间和机加工车间之间利用既有厂房的立柱增加屋盖(见图1：立面图)。新建装配二车间主跨30m，副跨18m，长度126m，单层钢结构，面积约6 450m2。车间内设40t行吊2台，利用既有钢结构柱作为行吊的承重柱，为不影响原有车间的生产，需要在既有钢结构柱加焊牛腿。

2 牛腿焊接可行性分析

1)首先，进行力学检算，建立力学模型，以原装配车间单榀屋架为研究对象，利用3D3S软件绘制出屋架的N图、Q图、M图。原装配车间钢立柱截面H450×300×8×14，屋架截面H (700-500) ×180×8×10，跨度18m，榀间距6m，在不考虑吊车作用力的情况下，取屋面恒荷载0.3kN/M2, 6M长吊车梁带钢轨重量取10kN。(图2：单榀屋架受力示意图，图3：屋架的N图，图4：屋架的Q图，图5：屋架M图)。

为方便计算, 假设在焊接吊车梁牛腿时, H钢立柱与焊接牛腿接触的翼缘不参与受力, H钢按T型钢考虑, 吊车梁牛腿实焊处T型钢截面应力为拉应力:

σt，牛腿处T型钢截面处应力

Mmax，牛腿处弯矩，为33.2KN·M

W，弯曲截面系数，T型钢T450×300×8×14弯曲截面系数Wmax=1396.99cm3, Wmin=414.1 cm3

FN，牛腿处截面压力，为46.6kN

A，牛腿处危险处截面积，型钢T450×300×8×14截面积为75.76 cm2

σt远小于Q345钢材屈服强度310MPa，同时既有柱的施焊处已经设有加筋板，也保证了翼缘板、腹板的局部稳定性。

2)为了不影响既有车间生产，在既保证牛腿与既有柱现场焊接质量，又能提高现场施工进度的情况下，牛腿与既有柱焊接选用单面焊双面成型的焊接工艺。

3)为防止焊接连接处在焊接过程中出现层状撕裂等焊接缺陷，避免产生局部应力，在牛腿现场焊接工艺上采用预热(约150～250℃)、缓冷和锤击等方法。

4)为避免因新增牛腿结构焊接而引起的结构变形，采用

以下焊接顺序:

即先焊接牛腿腹板，再依箭头方向顺次施焊，避免既有柱翼缘板因局部受热失稳而变形。

5)在施工过程中采取相应安全防护措施，同时要求行吊距操作处最小距离为10m，以此保证施工和既有车间安全生产。

6)充分考虑原有行吊的运行状态。操作平台搭建时要求在保证施焊顺利的条件下尽量缩减横向空间，避免和行车滑触线接触，以保证安全生产。

7)做好现场测量，在正式施焊前先试焊一单件，对比钢柱施焊前后尺寸变化，并进行焊缝探伤分析，合格后再通焊。

3 施工工艺流程

3.1 流程图

既有结构测量(包括既有柱、牛腿标高和垂直度)→既有柱附近围护结构拆除→既有柱新增牛腿部位表面清除防火涂料、油漆→新增牛腿找点、初步定位点焊→测量精确定位→修正牛腿→焊接牛腿。

3.2 新增牛腿安装标高的控制

新增牛腿标高，直接在已有钢柱标记，往上引一固定尺寸得一点，将同轴线新增牛腿均固定在该同水平位置。

3.3 新增牛腿构件复查

现场焊接作业前由现场质检员依据GB50205-2001《建筑钢结构焊接技术规程》对检查焊接构件的坡口、间隙、钝边等做现场检查。

3.4 焊缝周围区域的清除

清理既有柱焊接部位30mm范围内的防火涂料、油漆、铁锈、油污、水分、灰尘等杂物。

3.5 新增牛腿安装垂直度的控制

先使牛腿腹板中线与原有柱翼缘板中线完全重合，用经纬仪复核其垂直度，调整后再通焊固定。

3.6 新增牛腿安装水平度的控制

在牛腿整体焊接前，先点焊上翼缘板于柱身已测得标记处，用水平尺复核其水平度及时调整后再通焊固定。

3.7 新增牛腿安装过程的控制

在牛腿、既有钢柱的整个焊接过程中，设有专职测量人员，对牛腿的垂直度和标高、水平度进行监测。

4 新增牛腿焊接施工方案

4.1 机械设备选用

电焊机的选用：本工程的焊接方法为手工电弧焊，焊条规格最大为φ5.0mm，选用ZX7-400型手工直流电弧焊机，采用直流反接。焊机完好，接线正确，电流表、电压表完好，电源线安全可靠。选用塑性韧性好、含氢量低及抗裂性能好的E5015碱性焊条(即低氢焊条)，且焊前烘烤，施焊过程采用保温桶防潮。

4.2 技术措施

牛腿与既有柱现场焊接是本工程施工的重点和难点，为了不影响两侧车间正常生产，在保证施工质量、又能提高施工进度的前提条件下，制定合理的焊接技术工艺是关键。先清理既有柱焊接部位的油漆、铁锈、油污、水分、灰尘等杂物。

1)上下翼缘板与立柱焊接

(1)采用手工电弧焊，牛腿上下翼缘板均开单边V型坡口，底面采用垫板，分3层焊接。具体型式如下图：

(2)第1层打底用φ=3.2的焊条, 焊接参数在满足要求的条件下尽量减小;第2、3层选用直径为φ=5.0的焊条。焊接间隙b=6, 坡口角度α=45°，钝边P=2，焊角尺寸hf=8。当焊接第2层时，焊接方向应与第1层方向相反，以此类推。每层焊接接头应错开15～20mm。

(3)工艺参数

第1层焊接第2、3层焊接

焊速100～160mm/min焊速100～160mm/min

2)腹板与立板焊接

(1)开K型坡口，对称焊，具体型式如下：

(2)坡口角度为α=45°，钝边P=2, h1=h2=4，焊角尺寸hf=8。

(3)工艺参数

焊速60～120mm/min

3)焊接顺序

先焊接钢牛腿腹板且上下预留50mm不焊，再焊接上翼缘且从两边向中间焊接(下翼缘与上翼缘板同时施焊，两名焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致)，最后补焊，顺序如下图所示。

4)垫板、引弧板，引出板装配要求：

(1)焊接垫板材质为Q345B，两端伸出各60mm。引、熄弧板的材质和被焊母材相同，坡口型式与被焊焊缝相同，焊接完成后用火焰切割去除引弧板和引出板，并修磨平整。

(2)钢衬垫的定位焊在接头坡口内焊接。定位焊焊缝与最终的焊缝相同，所有焊材与正式施焊的质量要求相同。

5 结论

通过第三方现场对焊缝进行检测和监理检查，牛腿与柱的焊缝均合格，达到一级焊缝要求，既有钢结构立柱未发生变形。本工程通过理论计算后，无需对既有柱进行加固，避免了工程盲目投入，节约了工程成本，又确保了安全，为今后类似加焊牛腿工程提供了经验参考。

参考文献

[1]严正庭, 等.最新钢结构实用设计手册.南宁:广西科学技术出版社, 2003, 8.

[2]龙驭球, 包世华主编.结构力学教程 (Ⅰ) .北京:高等教育出版社, 2000, 7.

钢结构立柱 篇2

（高旺河桥）

立 柱 专 项 施 工 方 案

合肥市公路桥梁工程有限责任公司 浦乌路扩宽改造工程Ⅰ标项目部

二O一一年十月一日

立柱专项施工方案

一、编制依据

1、浦乌路扩宽改造工程Ⅰ标合同段工程设计施工图纸

2、工程地质勘察报告

3、浦乌路扩宽改造工程Ⅰ标合同段工程招标文件

4、国家现行市政安装工程施工与验收规范及质量检验评定标准。

二、工程概况

1、拟改扩建高旺河桥梁工程位于浦乌路（三桥高速连接线~梨园路）城市化改造工程第Ⅰ标段高旺河处。浦乌路跨高旺河老桥于1999年竣工通车，为3×20m=60m先张法预应力简支空心板梁桥，属中桥。老桥现状横断面为0.5m（防撞护栏）+24.7m(机动车道）+0.5m(防撞护栏），上部结构为先张法预应力空心板梁，梁高85cm。老桥桥台采用轻型桥台，下部为Ф120cm钻孔灌注桩基础，桥台桩长19m，桩基持力层为-2层粉质粘土，台后设置有8m长搭板；桥墩采用桩柱接盖梁桥墩，立柱直径1m，下部为Ф120cm钻孔灌注桩基础，桥墩桩长28m，桩基持力层为⑤-2层中等风化砂质泥岩，桥墩桩基之间设有系梁，系梁高1m，宽0.8m。该桥使用状况良好，桥梁结构及附属构造基本无损坏，经验算老桥上部结构和下部结构基础均满足承载力和使用要求。

故本次设计拟保留原老桥，仅对老桥沥青面层铣刨后再加铺处理，拆除老桥防撞护栏和桥台伸缩缝，并于老桥两侧按扩宽的道路横断面进行加宽，在老桥两侧各新建一幅桥梁。新建桥梁按现状桥梁跨径，设置三跨20m先张法预应力简支空心板梁桥，其设计中心线位于老桥中心线东侧0.15m，桥跨中心桩号为K1+358，桥跨中心线与设计道路中心线正交。

2、全桥共有12个立柱，直径均为1m。

3、进度计划：2011年10月4日—2011年10月25日完成。

三、施工工艺

1、施工方法及技术措施（1）施工放样

施工前，应在桥墩（台）顶面放设出立柱纵横轴线控制桩，并据此使用墨斗弹出立柱外轮廓线，并对立柱外轮廓四个角点进行抄平，为模板安装垫平提供依据。

（2）绑扎钢筋

立柱钢筋严格按设计所要求的规格、尺寸、数量、位置进行下料制作、绑扎，偏差必须符合规范规定。按设计要求d≥25mm的钢筋必须采用机械连接，d＜25mm的钢筋采用焊接，采用单面搭接焊搭接长度不小于10d，双面搭接焊搭接长度不小于5d，焊接前应对钢筋进行预弯，以确保搭接后两钢筋轴线一致，且上下层接头应交错布置，同一断面的接头率≯50%，并应保证焊缝质量符合规范及验标规定。主筋应保证其净保护层不小于5cm。

（3）模板

模板制作及安装质量，直接影响立柱成型后外观质量，为了尽量减少拼缝并兼顾起吊能力，模板采用定型钢模板，安装首先在平地预拼装，消除错台，将不密贴的接缝用腻子填塞并抹平，并涂抹脱模剂，脱模剂必须涂抹均匀，不得流淌于桥墩（台）面上，经检查合格后，直接吊装。吊装前，应将桥墩（台）面不平处垫以木板或水泥垫块，保证模板底部的水平。由于墩高不是整数，在底部进行调整，调整节尽量放在底部使其埋入地面以下。当底部调整有困难时，可放在墩顶部进行调整，不可放在中间进行。

为了减少施工缝，立柱如条件允许应尽量采用一次整体浇筑成型，但由于立柱配筋较密，为了方便捣固及立模，对于高度≤15m的立柱可分1次浇筑，高度＞15m的立柱可分2次浇筑。模板安装完成后，必须经技术人员和监理检查，认可后方可进入下一道工序。模板安装高度较大时，应采用Ф8～12钢丝绳设置缆风。

（4）混凝土浇筑

柱身和盖梁均采用C30商品混凝土浇筑，混凝土原材料、搅拌及运输均由商品混凝土公司提供质量保证。坍落度应控制在120～140mm范围内，每车砼进场后必须进行坍落度试验并做好记录，为了保证立柱外观质量、防止产生气泡和水泡，对坍落度不符合要求的砼不可投入使用，砼采用汽车泵输送，当砼自由倾落高度≥2.0m时，应设置串筒以防产生离析。

混凝土每层浇筑厚度不应大于300mm，应待下层振捣密实后方可浇筑上层，由于振捣作业空间小，必须挑选经验丰富并具有上岗证的工人进行振捣工作以保证混凝土被充分振捣密实。振捣上层时，应插入下层混凝土50mm以上。

振捣应做到“紧插慢拔”，待砼表面停止下沉、无气泡冒出、表面平坦并泛浆时徐徐拔除振捣棒。捣固时应避免碰撞模板及钢筋及其它预埋件。浇筑期间，应派专人检查模板，预埋件等稳固情况，当发现有松动变形，移位时，应及时处理。浇筑时，应填写混凝土浇注记录，并做好试件。

四、安全保证措施

1、贯彻“安全第一、预防为主”的安全生产方针，建立以项目经理为第一责任人，专职安全员负责安全生产的安全科，落实安全生产责任制，杜绝人员、设备的重大事故发生，确保工程顺利竣工。

2、安全生产目标：坚持“安全生产，预防为主”的方针，加强班组的管理，落实安全工作基础管理机制，加大反习惯性违章力度，消灭重大事故，避免一般事故，杜绝重大事故。坚持以安全文明生产为基础，各级领导为安全第一责任人，安全防护思想到位，坚持各级控制事故的逐级责任制，使安全工作“纵向到底，横向到边”。

3、安全生产管理措施：安全是施工质量、进度的前提，是生产的关键，在施工中坚持贯彻“安全第一，预防为主”的方针政策，努力做到安全生产，杜绝不安全事故的发生。认真制定值班制度、岗位责任制、机械设备操作规程等。积极开展安全活动，设立“安全活动日”，指定专职安全人员监督、检查。建立安全奖惩制度，对在安全上作出贡献人员进行重奖，对违反安全规程，造成责任事故人员重罚，每月进行安全活动评比，设立“百日安全奖”。大力加强安全教育，使安全意识渗透进每一位干部职工，真正做到安全生产。

4、开工前组织有关人员认真学习安全防护规程手册，项目经理是安全生产的第一责任人，项目部专职安全员，各施工班组设兼职安全员，经常到工作面进行检查，发现问题，及时处理，杜绝不安全因素。

5、严格遵守国家有关安全技术规程及工程招标文件规定的施工安全要求，针对本工程特点制定安全措施。

6、定期举行安全会议，检查安全措施落实情况。各作业班组在交接前后，均进行安全作业检查和总结。在主要进场道路口等设置醒目的安全告示牌。

7、加强劳保用品管理，按国家劳动保护法的规定，现场作业人员一律发相应的劳动保护用品。

8、加强安全教育，做到教育制度化、经常化，对职工进行安全技术培训，对工人进行三级安全教育。特殊工种持证上岗，不准无证操作，严格按操作规程操作。定期进行安全教育和安全大检查，发现隐患及时予以清除，定期进行班组安全活动，树立安全意识。

9、定期组织施工现场的安全检查，各安全领导人和各作业队的主要人均应参加，重点对施工用电、施工起重机械、施工设备安全放火等进行仔细的检查，对不安全因素制定具体的限期整改措施、落实到人。

钢结构立柱 篇3

1 双伸缩立柱的基本结构

笔者将其基本结构分析如下。它的结构主要有外缸、中缸和活柱两个缸体一个柱体等组合而成。说起外缸它是有缸底焊接在一起的缸筒组成。在它的上端装有导向套, 可以起到限制和引导的作用, 用来对密封元件支撑。

中缸就是与柱塞焊接或旋入一起的缸筒。在它的上面同样有旋入或集成的导向套, 用来对密封元件支撑。

活柱是配有导向环和外置动态活塞密封, 在生产中把活柱塞腔和环形腔分隔开。

底阀用于双伸缩立柱, 主要是用来控制立柱二级缸与小柱的伸缩。在升柱时由固定的接口向下腔供液, 达到一定程度时中缸体伸出, 此时液力推开中缸下部的底阀使小柱逐渐伸出。而在降柱时, 再由另一个接口进入液体, 此时中缸降缩至缸底, 顶杆将底阀顶开使小柱下降。

2 双伸缩立柱的工作原理

双伸缩立柱它是由控制阀组连接到立柱下腔口, 来完成初撑力与工作阻力。并由控制二级缸与活柱的伸缩程序, 来加以保证控制两级缸获得相同的恒定工作阻力。

另外, 液压支架双伸缩立柱在工作中实现立柱伸出, 立柱负载的工作特性。在工作中, 双伸缩立柱通过外缸上的固定接口, 压力液被引导至中缸底端, 使中缸首先伸出。当活柱一直伸出到支架顶梁顶住顶板, 并且形成初撑压力。当压力液的动力进入活塞腔时, 再到达支架基座, 此时依据活塞相应的面积关系, 在各个活塞腔内产生压力。在工作中, 当调定压力超过限制时压力液可以排除, 中缸就缩回。

3 双伸缩立柱的参数

笔者将液压支架双伸缩立柱的参数集合于表1, 请参考。

4 双伸缩立柱的控制形式

我们知道, 当双伸缩立柱工作时随着顶板压力继续增加, 让立柱下腔压力超过支架的安全阀压力, 这时安全阀打开、溢流, 立柱逐渐下缩, 使顶板压力减小, 立柱下腔压力降低。反之也是这样。

但在实际工作中, 液压支架双伸缩立柱的控制形式一般是二级伸缩。我们根据支架的工作要求, 它的活塞腔应该承受较大的工作阻力。而在支架超载时, 还要满足可缩性, 主要目的是在自动下缩过程中能保持对顶板的支撑能力。这样我们可以用图1的二级伸缩缸的控制方式表示。

从图1中的a图中我们可以看出, 当一级的缸下腔进油的时候, 它的一级缸体优先出来, 当它的压力值达到一定的时候, 我们打开单向阀, 此时二级缸体伸出。再当接触到顶板以后, 阀门4关闭, 接着阀门5的单向阀就会关闭, 就会形成独立的两个闭锁腔。

而从b图中我们可以看到缸筒1和活柱2等与活塞杆3形成液压缸, 并由控制阀5、6限压。同样的当控制阀5、6的安全阀调定值相等时, 立柱就可形成二级阻力。

从图1中的c图中, 二级缸就是液压加长杆, 立柱工作阻力由一级缸控制阀中安全阀限定, 有4个工作油口。立柱的工作阻力与式 (6) 相同。

结语

经过上面的论述, 我们可以得出液压支架的双伸缩立柱作为液压支架的一个核心部件, 它的结构及控制形式比较复杂。当它出现故障时候, 就会直接影响到支架对顶板的支护强度, 关系到整个工作面的安全。这就要求我们在实际的工作中切实遵守使用规则, 确保立柱的正常工作。

摘要：液压支架双伸缩立柱是液压支架承载与实现升降动作的主要液压部件, 结构复杂, 操作灵活、方便。文章主要分析了液压支架双伸缩立柱的结构及控制形式, 为液压支架设计提供了一种新的设计思路。仅供参考。

关键词：液压支架,双伸缩立柱,结构分析,性能特点

参考文献

[1]任洁.液压支架立柱的参数化建模及流固耦合分析[D].太原理工大学, 2011.

[2]白志峰.大缸径双伸缩立柱在冲击载荷下的强度分析[D].西安科技大学, 2010.

单立柱基础开挖承包协议 篇4

甲方：西安蓝媒环艺科技有限公司

乙方：

经双方协商，就工程事宜，特制定以下协议：

一． 工程地点； 见协议附件

二． 工程内容：

㈠ 以协议附件指定位置为准，人工开挖单立柱广告牌基础坑一个； ㈡ 基础坑规格：4米 ×2.5米×3.5米（长 × 宽× 深）

三． 乙方负责人工开挖施工作业以及施工需要的工具、器械和安全防护措施。

四． 质量要求：

1.根据基础坑尺寸要求开挖施工。

2.工程总金额：(大写：)

五． 结算：

1.合同签定生效后，由甲方负责基础放线，乙方按照放线开挖施工。

2.基础开挖深度到1米时，付总工程款的20％元整。

3.基础开挖深度到2米时，付总工程款的40％

4.基础开挖到指定深度，经验收合格余款项一次性付清。

5.工程期限：

甲，乙双方签定合同之日起4日内工程完工。（如遇阴雨天或不可抗拒外在原因工程自动延期）

六． 相关责任：

1.甲方提供施工用彩钢板围栏，乙方负责工地彩钢板围栏组立、安装工作。如甲方不及时提供到位，导致工期延误或出现不安全事故，则甲方承担80%责任。

2.乙方负责落实施工安全防护措施，甲方不承担任何费用。

3.现场施工期间，所有施工工具由乙方负责，甲方不承担任何费用。

4.如因不可抗拒因素导致工期延误或误工，甲方不追究乙方责任，且不承担误工费。

5.施工期间乙方必须注意安全。发生任何意外事故，甲方不负任何责任。

6.乙方施工完成以后必须对施工场地进行清扫，对施工垃圾及生活垃圾做到及时清理。若交工验收时发现现场仍有垃圾，则乙方承担垃圾清理费用。

六．备注：

__________________________________________________________________________________________________________

七.本协议未尽事宜，双方现场协商解决。

八．本协议一式两份，双方个持一份，双方需签字盖章后生效。

甲方：西安蓝媒环艺科技有限公司乙方：

代表：代表：

钢结构立柱 篇5

大型家电除尘器通常是由主体结构与部分结构组成的, 其中钢结构的立柱部件是除尘器的核心元素。通常情况下, 钢结构立柱部分是由六个立柱与侧面墙壁连结而成的, 模型构造为长方体, 有长宽高之分。钢结构的立柱部件一般是由两个侧墙、宽窄立柱以及柱支撑组成, 柱支撑则是由栏杆和支撑杆构成。而不同型号的立柱部件, 其立柱的长宽高也有所不同。立柱作为一个组合部件, 其既可以由宽立柱组成, 也可以由窄立柱组成, 同时也可以由宽立柱与窄立柱组合而成。倘若一个立柱部件是由长为12.460m、宽为8.320m、高为10.150m组成的, 那么立柱的高度则是10.150m。为了增强立柱的牢固性, 一般都会用钢板将四槽钢连接成一个整体, 并将角钢与槽钢置于固定的距离之间, 以此增加立柱部件的强度, 且四面的侧墙也是由钢板焊接而成。钢结构的基本框架是以三个互相平行的立柱共同支撑起来的, 经过钢板与钢板间的拼凑, 钢板与钢槽间的焊接, 钢板与角钢间的连接, 钢结构逐步成型。而在进行钢结构的连接铸造工序时, 要注意立柱部件的刚度参数。要将其控制在一定范围内, 以保证其在各种负荷的重压下仍能持续稳定地运行。其基本结构示意图如图1所示。

2 有限元相关理论的概述

2.1 有限元的含义

有限元又称有限元法, 将复杂的结构离散为各个具体的计算单元, 而后通过一系列的节点将其连结起来, 最后根据单元划分后所呈现出的变形情况进行分析, 从而计算出精确的结果。具体而言, 是指将实际的物体进行离散化, 将其划分成若干个便于计算的小单元结构, 然后在利用节点连结的过程中, 插入相关的数据以表示单元内的物理量, 并通过对其具体结果的计算与分析来保证整体的运行趋势, 并将整体转化到各个局部的单元节点上。而这些若干个单元在满足其所需的边界条件后, 会据此得到一组与未知量因素相关的联合方程, 并最后组成一个整体。同时, 解出方程后, 将所求得的值插入到单元内的函数中, 根据相应的公式, 运算出该物体内部各个单元内的相关物理量。一般来说, 单元划分越细微, 插入的函数越精细, 其所求出的结果则越精准。若划分的单元有无穷个, 其所得到的结果也是愈加趋近于精确值。

2.2 有限元的具体分析方法

(1) 建立单元刚度矩阵。有限元作为一种单元计算方法, 其是以单元的刚度矩阵为基础建立起来的。通常情况下, 它以直接法、虚功原理法以及能量变分原理法建立刚度矩阵。直接法是指通过物理概念对单元内的有限元方程及特点进行分析, 通常适用于形状比较简单的单元图形。而虚功原理法又叫虚位移原理, 是指在原本静态的质点关系中, 当各种约束条件都已具备时, 物体则会可能发生位移。但是, 由于整个系统是一种相对静止的状态, 所以其位移的幅度微乎其微, 甚至可以忽略不计, 因而称为虚位移。所谓的能量变分原理是指通过变分的方法将问题转化为泛函极值的问题。也就是说, 在已知的有关条件能量下, 可以利用泛函极值的无限性来求解。此三种方法是计算有限元刚度矩阵的常用法, 其在不同情况下的应用不同, 并不是绝对孤立的, 而是在一定条件下可以互为补充通用的。

(2) 前后处理功能。有限元根据计算的先后顺序可以分为有限元程序前处理功能和有限元程序后处理功能。而这前后处理功能是可以通过计算机软件操作控制的。前处理功能主要有四项:一是通过软件对单元进行网格化分, 并自动生成节点的坐标数据;二是根据网格对节点进行优化处理编号设置;三是基于用户所需要的与有限元相关的数据资料进行自动生成, 以便其搜索和应用;四是通过有限元前处理模块与相关软件建立数据文件。以上四项功能基本囊括了有限元的前奏部分, 吹响了有限元正式计算分析的号角。继而, 后处理功能开始运转, 其主要处理的是节点位移以及单元受力等情况。通过一系列程序对计算结果进行迅速地编辑、挑选与提炼, 最后筛选出设计者最为需要的数据资料。大多数情况下, 有限元最后的计算结果是以结构变形图、等值线图以及等色图这三种形式来表示的。

(3) 评估近似值。有限元法最后所得到的结果是一个近似值, 而不是精确值, 其只能无限地接近精确值, 却永远不能等同于精确值。因而, 它与精确值之间总是不可避免地存在误差。从理论上讲, 利用有限元法所求得的值一般会出现计算误差和离散误差两种情况。顾名思义, 计算误差是指在进行数字计算时而出现的错误。离散误差则是指物体在离散化过程中, 其值也不断被近似约等于化。而在有限元分析中, 离散误差是导致其偏差的主要原因, 这与离散模式的形成有关。离散是建立在假设的基础上, 其涉及到的位移模式、边界因素以及载荷移动等都是假想而成的。因而, 其中的误差含量显而易见, 且此种任意误差因素都远比计算误差大。所以, 在进行有限元分析时, 可以对同一矩形阵内的刚度进行等值划分, 使其在均匀的介质内进行精确计算, 以防止出现人为的计算误差。

3 立柱部件结构的有限元分析

3.1 模型建立

立柱部件在利用有限元建立模型时, 可以由上往下与由下及上的方法建立实体模型。由上往下法是直接从较高的单元着手, 较低的单元也会随之而成型。所有的单元会以高低为准绳依次布局, 并通过布尔运算进行单元的整合计算。而由下及上法是指以最低的单元为入手点, 在其确立后, 逐渐上升到最高单元, 并根据其具体的体积, 找到节点所在处, 而后由点及线, 由线及面, 最后建立整体的立柱部件模型。我们通常熟知的立柱部件模型是以由下及上法建立的, 其关键节点1286个, 线条2189条, 侧面共1016面。

立柱部件的有限元模型建立是一个非常棘手的问题。现实操作中, 一般是将梁和壳两种单元进行混合, 分别如图2、图3所示, 从而确保有限单元的三维立体化。梁单元卓越的非线性数据分析能力与壳单元的不规则几何图形的处理能力相辅相成, 互相配合应用, 共同构建立柱结构的立体模型。

3.2 边界计算

立柱的有限元模型建立后, 要根据模型生成的节点与单元网格进行定义, 根据模型的属性对单元格进行配对性划分。属性不同的单元模型, 其所自带的常数也是不同的。但是总体而言, 立柱部件模型截面的参数分为三种, 每一个单元都可以其参数为依据, 以映射的形式进行精密的网格划分。而后根据参数建立的模型框架, 逐一寻找满足立柱有限元模型建立的边界条件。在对边界的约束条件进行确定的过程中, 要以实际模型中的束缚情况与其自身的负载量为出发点, 进行最大限度的轻处理。众所周知, 日常电除尘器通常是直接以支架的形式立于地面上, 各节点也以滚珠滑动轴承的形式互相连接成一个整体。但是, 在立柱与最左侧面相衔接处的节点均为自由活动分子, 而在约束之外的其余节点可以横向或者反向移动, 甚至还可以自由转动;但是约束之内节点的自由度被限制, 只能左右平移。

3.3 荷载处理

在建立钢结构立柱部件模型时, 也要充分考虑立柱部件整体的载荷承受能力。其所应承担的负载量包括其自身的净重、顶部大梁的重量以及保温层的重量, 几乎承载了整个除尘器的重量。此外, 由于电除尘器的特殊功用性, 其所承受的外部以及内部负荷都比较大。因此, 在立柱部件的有限元分析中, 要尤为注意立柱结构的荷载处理。荷载处理主要体现于构造计算中, 即各个有限单元在受限于边界约束后, 其在自由度的范围内所能承受的最大负载量。而相关的程序在处理荷载时, 将会把这些载荷自动分化到各个节点, 将其分解到单元网格中, 以内部的形式共同分担这些荷载量。荷载通常以静载、活载、风载以及温度载荷四种形式出现。其中, 静载是指与立柱部件产生直接载荷关系的零件重量, 其负载量固定不变。活载则是一种作用于大梁上的外部荷载, 其载荷值是不固定的, 随时可能变化。风载则是指因自然现象而产生的各种载荷, 其值也是易变的。温度载荷是大梁在实际工作中, 周围的温度环境对其所施加的影响。荷载处理是否得当, 直接关系着立柱结构的成型, 决定着其使用性能的优越性。

3.4 结果分析

有限元的计算大多采用ANSYS程序进行运算并分析, 通过两个后处理器检查模型的时间与频率变化。处理器利用位移的基本数据和受力情况下的派生数据进行计算与分析, 并将最后结果以梯度线云图、矢量图与等值线图的形式呈现出来。在对立柱部件的有限元模型结果进行分析时, 通常采用位移分析和应力分析这两种方式。根据计算结果, 整理出如表1所示的位移分析的应用数据。

(说明:表中的位移极值为负数是由于其方向与结果坐标相反;字母E表示科学计数法)

从表1中可以看出, 节点号为3728的立柱部件位于X轴的最右端, 其位移的空间最大。而其最大的横向移动与整个模型的长度之比在合理的范围内, 所以其计算结果是准确的。

根据应力对象而整理的应力数据如表2所示。

从表2中的应力数据统计结果可以看出, 各项部件在工作时所承受的应力在安全范围内。因为立柱部件的工作应力均小于其失效应力, 其没有在失效条件下进行负荷工作。

4 大型电除尘器钢结构立柱部件的优化设计

4.1 理论优化

上述的讨论中, 立柱部件的载荷能力合格, 但是其应力能力在边界条件的约束下呈现出减弱的趋势。所以, 可以从理论上对变量进行优化设计。以初始设计为切口, 对立柱构造有限元模型进行反复评估与不断修正。综合运用ANSYS的零阶方法和一阶方法进行精确计算, 使二者在发挥各自优势的同时仍然互为补充。另外, 也可以通过一系列的优化工具来促进有限元模型的优化。在面对随机变量时, 可利用随即搜索法进行即时搜索。而在面对整体的函数对象变化时, 可以运用等步长搜索法, 设计序列参数。此外, 在利用优化工具时, 也应加强对变量的优化设计。从俗称为“自变量”的设计变量为突破口, 改变设计变量的数值, 以优化变量结果。而后对因变量———状态变量进行约束, 最后通过自变量的变化因其目标函数的最大化与最小化变动, 从而使其变化幅度小于目标函数的值域范围。

4.2 计算优化

在进行优化计算时, 可先实现文件分析的优化。以现成的优化分析文件进行优化计算, 无疑将会收到事半功倍的效果。而在优化文件的分析前, 需要对立柱构件的参数进行优化处理。可以选取立柱部件不同侧面的尺寸值作为参数, 然后对壳单元与梁单元的截面参数进行逐一处理, 从而建立模型的参数资料库, 并将其导入到文件中, 以自动求解与分析文件。继而根据分析结果对有限元模型中的变量进行定义化设计与控制性设置。在设计变量、状态变量上大费周章, 对其进行不同程度地定义化设计;从长度、厚度以及约束度等方方面面优化处理, 以实现目标函数的最终优化性。同时, 也可以应用相应的工具与方法控制与之对应的参数, 通过不断循环变化的参数值, 来提高计算的效率与精确度。

理论优化与计算优化对于立柱部件而言, 是两种行之有效的优化升级方式。前者是从整体的立柱结构构建理论出发, 以理论作为支撑点进行分析与设计;而后者则是立足于模型构建的关键———计算, 并以此为突破点进行细化解析。总而言之, 无论是理论优化还是计算优化, 其最终的落脚点都是立柱部件的具体情况, 且二者不是完全对立的, 在一定程度上是一种互补的存在。因而, 可以综合运用这两种方式对立柱部件进行系统而全面的优化升级处理。

5 结语

当今世界, 引起人们广泛关注的莫过于日益恶劣的环境问题。随着物质经济的飞速发展, 环境灰尘问题却愈发严重。与此同时, 人们环保意识的觉醒, 大型家电除尘器的诞生, 在一定程度上抑制了环境的持续恶化。而电除尘器也因其高效便利环保的特点, 在工业领域得到了广泛应用。但是, 电除尘器也存在其固有的弊端, 体积过于庞大占地面积太大, 不适用于小型工业场所;其复杂的结构体系以及多变的有限元素, 无形中提高了其维修与保养费用。因此, 应结合其不足之处进行系统的优化设计。首先, 以其存在的基石有限元为切口, 对立柱结构模型进行充分的有限元分析, 将问题不断细化具体化, 从实践中解决理论问题, 从理论中剖析实际问题, 从而促进家电除尘器的不断优化升级。

参考文献

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[9]王学文, 杨兆建.基于ANSYS的电除尘器箱形钢结构承载梁结构分析及试验研究[J].机械制造, 2005, (4) :34-35.

钢结构立柱 篇6

立柱是加工中心的重要部件之一,其结构的静、动态特性对机床的整体性能起着举足轻重的作用,其强度、刚度及稳定性将直接影响到机床的加工精度、加工效率、抗振性及寿命[1]。通过大量实践探索和实验模拟,本文以4种不同立柱内部筋板形式为研究对象,利用ANSYS软件对立柱进行静力学分析和模态分析,研究对比4种筋板对立柱的静、动态性能的影响,最后通过数据比照给出了内部筋板的最佳结构形式[2,3]。

1立柱的有限元模型

1.1建立三维 CAD 模型

通过UGNX8.0建立的某五轴联动加工中心立柱模型如图1所示。模型的外形为方形,长946mm,宽850mm,高2235mm,壁厚15mm。为增加立柱的刚性,在立柱内部布满了筋板,筋板厚度为30 mm,4种不同形式的筋板结构如图2所示。立柱内部筋板排列不一样,会造成其性能存在一定的偏差,重量、制造成本及铸造难度也不一样。对此设计人员应综合考虑各种情况,确定实际可行并且有利于运输及成本最低的结构方案。

1.2模型的简化

本文对立柱进行静力和模态分析,以得到其刚度、强度和固有频率的变化趋势。有限元模型的好坏将直接影响到分析结果的准确度和计算效率,由于立柱是一个铸造件,具有结构复杂、体积庞大的特点,要对它建立精确的有限元模型是很不容易的,因此为减少计算的工作量,应对立柱模型进行必要的简化。根据圣维南原理,对模型中的倒角、退刀槽、凸台、螺纹孔等进行删除或简化[4],其目的是为了避免在位置狭小的局部生成大量的网格单元,防止计算量过大和解算时间过长,以影响分析结果的准确性和拖慢有限元分析的效率。

1.3材料定义与网格划分

给模型赋予材料属性是有限元分析 的第一个步骤。不同的部件其材料不一样,承受载荷大小也不一样,故材料属性就不一样。因灰铸铁HT250各向同性、金相组织分布均匀、抗拉强度高,因此很适合作为加工中心立柱的材料使用。灰铸铁HT250的弹性模量为1.1×1011Pa,泊松比为0.28,密度为7200kg/m3。立柱的整体构造比较复杂,利用自适应网格划分方法对其进行网格划分[5],如图3所示。4种立柱结构有限元模型的节点总数和单元总数见表1。

1.4施加载荷及约束

立柱底部安装滑块与床身上的导轨接触,因此对立柱与床身接触部位施加固定约束,固定住其6个自由度。工作时立柱承受复杂的空间载荷,主要包括其自重、主轴箱、拖板及铣头等配置的重量以及切削力对立柱的作用,将立柱所受的各载荷转换成集中载荷施加在立柱上表面。

2静力结构分析

静力结构分析是指对其强度和刚度的分析,即对应力和位移变形的分析。通过静力结构分析,设计人员可以根据立柱在受力过程中的变形趋势,为立柱的后续优化设计提供重要理论依据[6]。

立柱静刚度是衡量机床整体性能好坏的一个重要指标,它因立柱的材料、尺寸大小、筋板的布置形式等因素而不同。为使加工中心在加工零件时因切削力而引起的机床变形以及因立柱的抗振性而引起的刀具变形达到最小值,就要求立柱的静态刚度足够高[7]。通过静态分析得出的4种立柱筋板结构的位移量、合应力及质量对比如表2所示。

单从静态分析所表现出的数据上可以看出蜂窝形的筋板形式(结构A)是这4种结构中最好的:其最大位移量只有10.036μm,主要发生在立柱顶部区域,其最大应力为1.1167 MPa,主要发生在导轨顶部区域,这些区域较其他区域容易受到破坏,但也远小于灰铸铁的许用应力240MPa。具有蜂窝形筋析的立柱的位移云图和应力云图如图4、图5所示。

3模态分析

通过模态分析能够知道结构的固有频率及振型,这可以对结构提供优化指导以便提高加工质量和效率。一般来说,固有频率有无限多个模态,但真正有实际意义的只有低阶模态,而高阶模态在振动中起的作用很小[8]。在对立柱进行模态分析之前要对模型进行网格划分,划分方法与静态结构分析是一样的。不加载荷时4种筋板结构的立柱在自由状态下的前6阶频率及振型见表3。对比发现:具有蜂窝形筋板的立柱的动态性能最好,其1阶频率只有36.309Hz,是4种筋板结构中1阶频率最小的,说明蜂窝型筋板结构最适合此立柱结构设计。具有蜂窝形筋析的立柱的前6阶振型图如图6所示。

Hz

4结论

(1)应用ANSYSWorkbench对具有4种不同形状筋板的立柱结构进行静态分析和模态分析,得到其相对应的位移、应力以及前6阶固有频率。

(2)立柱的最大位移主要发生在其顶部区域;最大应力主要发生在导轨顶部区域,4种立柱的最大应力都远小于灰铸铁抗拉强度240 MPa,设计完全满足要求。

(3)A结构的刚度最好,B结构其次;A结构的低阶模态频率最低,C结构其次。

钢结构立柱 篇7

两港公路大治河桥的引桥采用单片预制的小箱梁或叠合梁, 分幅布置。由于施工期间上部结构离散, 缺乏横向联系, 设计中采用具有盖梁的桥墩形式, 通过盖梁解决离散结构的横向受力问题, 并将上部结构的反力传递到立柱中。桥墩的立柱受桥位处的工程条件限制, 采用宽幅独柱形式。盖梁截面为倒T形式, 梁高2.9~4.1 m, 顶面宽0.94 m, 底面宽2.94 m;盖梁总长为33.6 m, 其中两侧悬臂长度分别为10.3 m;桥墩截面尺寸为13 m×2 m。桥墩构造示意图见图1。

该桥墩盖梁的悬臂部分为静定结构, 受力明确, 计算也相对简单;但立柱范围内的盖梁部分, 由于受到立柱约束, 在各工况下受力情况较为复杂, 盖梁内的应力不会因为进入立柱部分而明显下降。通过实体有限元的计算方法, 综合比较各工况下盖梁内正应力分布、立柱范围内盖梁的计算长度, 对盖梁的设计起到指导作用。

2 通常确定盖梁计算长度的方法

2.1 只考虑盖梁悬臂部分

该方法只计算盖梁的悬臂部分。由于计算简单, 很容易得到各工况下盖梁悬臂根部的内力, 无法得到立柱范围内的盖梁内力分布情况。此方法适用于对盖梁内力的估算。

2.2 盖梁、立柱均作为梁单元

该方法将盖梁、立柱均用梁单元模拟, 采用有限元方法计算盖梁内力。建模时, 立柱节点位于梁柱交点处。这种方法考虑立柱对盖梁的影响, 往往适用于多立柱带盖梁式的桥墩的超静定结构, 但立柱范围内的盖梁已不具有梁单元的受力特性, 采用该方法得到的立柱范围内盖梁内力偏大。当立柱尺寸较小的时候, 结果误差不大, 设计偏于安全。若立柱尺寸较大, 尤其本工程立柱横向尺寸为13 m, 得到的结果已明显失真。

为适当减小立柱范围内盖梁的弯矩, JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中允许采用4.2.4条对得到的弯矩进行折减。连续梁中间支撑处折减弯矩计算图见图2。

图2中的折减弯矩计算见式 (1) 。

式中:q为梁支点反力R在支座两侧向上按45°分布于梁截面重心轴G-G的荷载强度 (q=R/a) , k N/m;a为梁支点反力在支座两侧向上按45°扩散交于重心轴G-G的长度, m。

需要说明的是, 4.2.4条是考虑连续梁在负弯矩支点处, 支座宽度对弯矩折减的影响。立柱与盖梁间为固结形式, 连接形式、受力机理均不同于支座与梁的联系。当立柱尺寸较小时, 采用这种方法对负弯矩折减的偏差不大。

但是, 本工程立柱宽度13 m, 即便采用该方法, 未折减立柱范围内的盖梁长度也有5 m, 折减后的内力仍然偏大。

2.3 支座替代立柱约束

该方法将立柱范围内盖梁用若干梁单元进行模拟, 每个梁单元节点设弹性支撑, 即用若干弹性支撑替代立柱对盖梁的约束。

该方法力学概念清晰, 较以上方法更接近于真实的受力状态, 但弹性支撑各方向的刚度难于确定, 给计算带来困难。设计中, 往往将各支撑刚度设为无穷大以求计算简化[1]。模型在重力作用下的弯矩示意图见图3。由此可见, 其结果接近于方法1, 无法考虑立柱范围内的盖梁内力, 该部分内的应力也无法得到。

2.4 取一定比例盖梁高度范围内的盖梁长度

该方法取一定比例的盖梁高度作为盖梁在立柱范围内的计算长度。日本道路协会推荐该比例取用0.25[2]。梁、柱刚域节点计算位置示意图见图4。

该方法所设定的盖梁计算长度是否适用于宽度达到13 m的立柱, 还需要实体模型的进一步检验。

3 采用实体有限元的方法确定

以上确定立柱范围内盖梁计算长度的方法均有一定的局限性。在大治河桥引桥工程中采用实体有限元方法, 分别计算在结构重力、梁顶升温14 K、梁顶降温7 K的3个工况下盖梁内正应力, 通过分析正应力的分布形式, 确定立柱范围内的盖梁计算长度。

采用大型有限元计算软件MIDAS FEA, 将立柱、盖梁用实体单元进行离散。为减小计算工作量, 根据对称性原则只模拟1/4桥墩, 并相应设置边界条件。以下是结构重力、梁顶升温14 K、梁顶降温7 K的3种工况, 组合1 (结构重力+梁顶升温14 K) 及组合2 (结构重力+梁顶降温7 K) 下盖梁内正应力分布示意图 (见图5~图9) , 图中受拉为正, 受压为负。

1) 盖梁在竖向荷载作用下, 结构内的最大拉应力发生在悬臂根部, 这与悬臂梁的受力机理相符。

2) 在梁顶面升温的情况下, 最大拉应力发生在梁中部台阶顶面, 最大压应力发生在盖梁中心线处;梁顶面降温的情况下, 其结果相反。由于宽幅立柱对盖梁的约束作用较大, 越靠近立柱中心, 其应力也越大。

3) 在承载能力极限状态基本组合中, 在各工况组合下盖梁进入立柱不同长度处的正应力与悬臂根部的正应力极值的比例见表1。

%

从表1可见, 组合1梁顶面正应力进入立柱范围后衰减较快。考虑到盖梁内最小配筋率的要求, 0.75h处作为盖梁的控制长度可以满足设计要求。组合2梁顶面正应力进入立柱范围后衰减较慢, 即便立柱中心线处正应力也达到极值的60%, 在设计中需要考虑全长度范围内布置钢筋。

4) 组合1中, 由于梁顶升温导致盖梁截面台阶位置受拉, 盖梁截面阶梯位置的应力和立柱范围内应力在普通的梁单元计算中是较难反映的。

4 结语

1) 盖梁在立柱范围内的内力, 采用不同计算方法结果不尽相同。设计中, 在盖梁内布置钢筋或预应力钢绞线以提高截面抗力时, 应给以充分重视。

2) 盖梁在立柱范围内的计算长度因工况的不同而不同。本工程中, 立柱宽度与盖梁高度的比值较大, 采用常规计算方法难于确定该长度。工程设计采用实体有限元方法计算, 通过盖梁内正应力的分布形式, 确定不同工况组合下立柱范围内盖梁计算长度的包络值, 为盖梁设计起到指导作用。

3) 倒T盖梁的梁中部台阶处, 因温度梯度的作用, 往往应力也比较大, 在设计中须充分考虑。

参考文献

[1]俞露.大悬臂预应力混凝土盖梁设计分析[J], 中国市政工程, 2010 (2) :25-27.

钢结构立柱 篇8

关键词：逆作法,临时立柱,垂直精度,差异沉降

逆作法支护方法是施工深基坑工程的重要手段,尤其是对环境保护要求较高的深基坑工程,在繁忙路段施工,交通封堵有严格限制的工程,采用逆作法施工能够较一般方法更好地控制支护墙的变形和地面的沉降,并能够降低造价。

1 立柱设置

逆作法施工要设置立柱,作为临时支撑,同地下墙一起承受地下和地上各层的结构荷载和施工荷载,若为一柱一桩,可在底板封底后在立柱外包裹混凝土形成组合柱,这有利于施工的组织,充分利用已有工程桩,降低造价。

因此立柱在平面布置上应结合主体工程的结构进行,首先选择在结构柱的位置上布置,俗称“一柱一桩”,通常立柱在逆作法施工结束后,将作为主体结构的一部分。若桩数不足,则在纵横墙交接处、剪力墙暗柱处的适当位置设置部分立柱(桩)。立柱的结构形式可采用格构式钢立柱、H型钢或钢管柱等。

2 立柱桩的设置

工程桩是人工挖孔灌注桩或大直径钻孔灌注桩时,可以直接利用工程桩来支持上部荷载。若是小直径桩则一般需要扩头,但也要看桩的承载力能不能满足要求。若是预制桩则很难直接利用,一般可以布置成多桩承台来支持立柱。若借用工程桩的立柱的总承载力不能满足要求时,应增加临时立柱桩。这些增加的临时立柱桩应该在平面上避开主次梁并做好穿越基础底板的防水措施。另外,还可以将上部荷载的一部分传递给地下连续墙。但是地下墙承重时需对其进行加固补强和安装斜撑,会增加工程费用,故需慎用。

3 立柱施工精度

逆作法施工时,立柱承受的荷载通过下部的工程桩传入地基土,将来立柱外包混凝土作为主体结构柱,所以其轴线位置与垂直精度必须正确。通常,立柱轴线偏差应该控制在20 mm以内,垂直度偏差应控制在1/300以内,否则将影响结构柱的受力合理性。

4 施工过程中立柱的竖向位移

在逆作法施工过程中:一方面随着上部结构施工层数的增加,作用在中间支承柱和地下连续墙上的荷载也在逐渐增加;另一方面随着地下室开挖深度的逐渐增大,中间支承柱和地下连续墙与土的摩擦接触面在逐渐减少,使其承载力逐渐降低,同时随着土方开挖,其卸载作用还会引起坑底土体的回弹。在整个过程中,桩身所承受的荷载包括桩身自重、上部外荷载、正摩阻力、负摩阻力、桩端阻力,这些力共同作用的结果使桩发生沉降与抬升的变形。

上述变形过程是一个复杂的受力过程,为分析方便,可将桩身受力分成两部分,即不考虑桩身自重及上部荷载的作用和只考虑桩身自身重量和上部外荷载的作用,然后运用叠加原理求得基坑开挖对立柱竖向位移的影响结果。

在逆作法施工期间,基坑开挖应力释放与桩身自重及上部外荷载共同作用时立柱桩竖向位移是由桩身弹性伸长、桩端土体隆起及在竖向荷载作用下桩的位移三部分组成。当向下所施加的荷载大于释放应力对桩的抬升作用时,桩则表现为沉降,否则桩被抬升。由于逆作法施工中间支承柱上的荷载逐渐增大,一般土体回弹的作用不如一般基坑工程那样明显。

5 立柱桩沉降差异控制

由于地下连续墙、中间支承柱荷载的增加和承载力降低,在整个结构平面内是不均匀的,因而会引起结构在施工期间的沉降差。结构分析表明,当地下墙与中间支承柱以及相邻中间支承柱的沉降差超过20 mm时,在水平结构中将产生过大的附加应力。上海《基坑工程设计规程》规定,立柱桩之间及立柱桩与地下墙之间的沉降差不宜大于20 mm,且不宜大于1/400柱距。因此控制整个结构的不均匀沉降是逆作法施工的关键技术之一。目前事先精确计算立柱桩在底板封底前的沉降抬升还是有一定困难的,完全消除沉降差也是不可能的,但可以通过采取措施减小沉降差。

1)桩土界面的摩阻力会直接影响立柱桩的抬升,因此可以通过降低桩上部摩阻力来减小基坑开挖对立柱桩的抬升影响。如在桩身表面涂布沥青材料,这样虽对桩的承载力有一定的影响,但对减小相邻立柱的沉降差十分有效。2)坑底隆起对立柱桩的抬升影响很大,减小坑底隆起,可以降低这种影响。因此可采用的方法有:基坑内增设支撑,增加支撑刚度,及时预加压力,合理确定地下墙的刚度和入土深度,对坑底土进行加固,另外设计合理的桩径、桩型和桩长也有利于减少坑底隆起。3)按照施工工况对立柱桩及地下墙进行沉降估算,协调基坑开挖与在桩上施加荷载,使立柱与地下墙沉降差满足结构设计的要求。4)考虑增大立柱桩的承载力来减小沉降。如柱底注浆、桩头扩径等,甚至采用嵌岩桩。5)施工过程中应对中间支承柱和地下墙设置沉降观测点,采用二次闭合测量和观测数据的处理,得到真实的数据,利用观测得到的数据模拟沉降发展的趋势,当出现相邻柱间沉降差超过要求时,立即采取措施,局部节点增加压重,局部加快或放慢挖土。

6 结语

1)“逆作法”是施工高层、超高层建筑多层地下室的有效方法,在软土地区,建筑物密集的闹市中心采用逆作法施工,效果非常显著。

2)逆作法施工中,立柱之间及立柱与地下墙之间存在着差异沉降,必须通过施工措施减小沉降,并应该控制在规范的范围以内。

3)立柱(桩)是支持上部荷载作用的主要受力构件,在基础设计时应该综合考虑工程桩对于临时立柱的承载能力,尽量采用一柱一桩的设计方法,临时立柱的定位必须精确。

参考文献

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[4]吴献,李定江,张卫江.逆作法施工中支承格构柱采用气囊法智能调垂直施工技术[J].建筑施工,2003(1):30.

桥梁立柱外观质量施工控制 篇9

目前，工程实体的内优外美已成为广大工程建设者们共识，并进行着不懈的追求，桥梁美学的研究也进入到相当的层面，人们对桥梁的外观质量特别是立柱外观有了更高的期望。而不少工程建设项目中由于没有对桥梁的外观质量引起重视，特别是桥梁立柱施工中没有进行有效的控制，从而使建成的工程外观质量差强人意。合淮阜高速公路全线桥梁数量多，立柱工程量大，其外观直接影响到工程的整体形象。本文结合该项目建设的监理实践，就影响立柱外观的因素进行分析，探讨如何在施工中对立柱外观质量进行有效控制。

1 常见外观质量问题及原因分析

合淮阜总监办通过“事前指导、事中监控、事后检查”等三个阶段对全线桥梁外观质量调查和数据分析，发现立柱外观缺陷出现的频度的排列顺序依次是：蜂窝及气泡、接缝漏浆、麻面及水印、表面不光滑，颜色不均一等。现就上述立柱的主要外观质量问题的原因作简要分析：

1)蜂窝及气泡：主要原因是混凝土振捣技术不过关，漏振出现蜂窝，过振导致了离析。或者是坍落度、水灰比不合适。气泡较多一般是由于混凝土的轻度析水造成，在掺加较多减水剂的情况下会更为明显。

2)接缝漏浆：主要原因是由于模板的质量较差或使用旧的模板，接缝拼缝不严，或接缝处的螺栓没有拧紧，或企口处上次的灰浆未铲净，或接缝处未加橡胶垫双面胶带处理等。

3)麻面及水印：出现此种外观质量问题时，应从混凝土的和易性、振捣时是否过振及混凝土配合比等各方面寻找原因。在用水量偏大的情况下，极易造成立柱拆模后出现麻面。水印现象的出现一般是由于漏斗和串筒的湿润水存留在柱底，这会影响立柱底部混凝土的外观。而局部起砂一般是由于振捣时振动棒接触到模板过振引起的，砂率偏大也是一个原因。

4)表面不光滑，颜色不均一：掺加大量粉煤灰、砂石料中含有较多的石粉都会影响立柱的表面光泽。表面颜色不均与坍落度损失、分层不均匀、振捣不规范等几个因素有关。

立柱外观质量缺陷基本上集中在以上几个方面。有的单一出现，也有几个缺陷同时共存。

2 立柱外观质量施工控制

2.1 模板选用与接缝处理、脱模剂选择

立柱外观质量的好坏在很大程度上取决于模板的质量。理论上讲，砼浇筑面应等同于模板的内模面。立柱模板应选用线条顺直流畅，面板光洁，接缝紧密，表面光洁度好的模板。二次周转的模板使用前应精心调校，打磨内壁并试拼检查。为保证立柱外观，采用正规的模板厂家定制整体式大块钢模板，并提出了加工精度、内壁打磨抛光、接缝的接头模式等方面的具体技术要求。对于不合格的模板退回原厂重新定做，为立柱的外观质量保证奠定了基础。

立柱模板的接缝通常设计成平缝，并加胶垫螺栓连接。也可设计成企口缝，但对加工精度要求较高。接缝的处理成功与否，直接影响立柱的外观。接缝处理不好，易造成漏桨等现象。截止目前，我们已试验了三种不同形式的接缝处理，分别为：在接缝处打建筑泥子或玻璃胶、粘贴橡胶带以及贴3mm的双面胶带。从使用效果来看，打玻璃胶和贴单面胶带的方法较为成功。

浇筑混凝土之前，模板应涂刷脱模剂，外露面混凝土模板的脱模剂应采用同一品种，不得使用废机油等油料，且不得污染钢筋及混凝土的施工缝处。我们试验了三种脱模剂：新机油、色拉油、建筑模板专用脱模剂。其中新机油和色拉油使用效果均较好，但后者成本稍高。建筑模板专用脱模剂类似于油漆中的清漆，即在模板表面形成一层0.1～0.2mm的漆面隔离层，脱模后砼能形成类似于漆面的光面，外观效果较好。但此种脱模剂对于施工工人操作精细化程度要求高，且成本高，常用于市政景观工程。

2.2 材料选用

混凝土质量的优劣对立柱的外观有着直接影响，而规范材料选用是配制优良混凝土的前提。碎石选用5mm～31.5mm的连续级配坚硬碎石，砂选用Ⅱ区中砂，其细度模数控制在2.3～2.7之间。1)砂率对立柱的表面光洁度有影响。砂率过小不利于混凝土的振捣密实，易形成麻面;过大则易引起混凝土离析。通过对34%、39%、41%三种不同砂率的试验，最终确定了35%左右砂率控制指标，避免使用粗砂。2)掺加粉煤灰可提高混凝土的保水性、和易性。采用Ⅱ级粉煤灰进行试验，结果发现，随着粉煤灰掺加量的增加，成品混凝土颜色发白。综合考虑后，认为掺加粉煤灰时，则须采用Ⅱ级或以上等级的优质粉煤灰，并注意控制其掺加量，不宜超过基准配合比的20%。

2.3 严格控制砼配合比

立柱混凝土的配合比中，影响外观质量的是水灰比和坍落度两大指标。施工过程中随时进行检验，要在确保混凝土满足设计强度要求的同时，提高成品外观质量。在合淮阜高速公路项目桥梁立柱施工过程中，我们组织对不同的混凝土水灰比和坍落度进行了对比试验。

1)水灰比：采用了4种不同的水灰(胶)比，分别为0.40、0.41、0.43、0.48。拆模后发现，水灰比小者颜色较暗，但表面的光洁度却未呈现出一定上升趋势。从试验情况来看，水灰比为0.43的混凝土成品表面情况较好。当然，不同单位的施工习惯不尽相同，相应的混凝土配合比略有差异。

2)采取两种坍落度的配合比：一种为40mm～50mm左右;一种为大坍落度的配合比，达到100mm。从对比的情况来看，大坍落度的成品颜色较暗，表面光洁度不好。总结后认为，混凝土的坍落度一般控制在40mm～60mm较为合适。相应地，混凝土搅拌时间可控制在120～180s。

2.4 混凝土的浇筑与振捣

立柱混凝土的浇筑和振捣也是影响其外观质量的关键环节，应做到均匀连续浇筑，规范振捣。

1)浇筑前的检查。在混凝土浇筑之前，首先应确认模板底部与系梁或承台形成一密封系统。如处理不好，可能造成柱脚处严重漏浆而形成蜂窝缺陷。施工中应采用与立柱混凝土相同的水泥砂浆封底处理，效果良好。

2)混凝土的浇筑。混凝土灌注过程当中，要求连续施工，不留工作缝。切忌一次下料过多，分层浇筑厚度控制在30cm～50cm为宜(该问题在吊斗上划标识线就可方便地解决)。混凝土的浇筑速度是立柱混凝土浇筑过程中一个较为重要的技术关键，按2～3m/h控制比较合适。同时，为避免夏季高温作业时混凝土坍落度的损失，最好避开中午高温时的作业，可安排在下午16∶00以后进行。当然，还应密切注意天气变化，雨天施工也会带来不必要的水纹、麻面等质量缺陷。

3)混凝土的振捣。振捣对混凝土外观质量的影响较大，而振捣技术直接决定了混凝土振捣的好坏。立柱施工实行定人定岗，让有多年施工经验的振捣工人专人施工，保证了立柱的外观及其稳定性。结合施工实践，初步总结形成了以下几点经验及原则。振捣时要快插慢拔，振动棒一般应距离模板20cm左右，尽可能避免振捣器与模板接触，从四周依次间距均匀地螺旋式振捣，移动距离控制在20～25cm左右。每点的振捣时间为10～15s，以排除气泡，最后在立柱中进行振捣。振捣时，振动器要垂直插入前一层混凝土约10cm，以保证新浇混凝土与老混凝土结合良好。必要时，可根据情况实施二次振捣，直至混凝土表面平坦停止下沉、泛浆且没有大的气泡出现。另外，对于施工时可能存在的混凝土振动器混用情况，要特别注意功率的差异，不同形式、功率的振动棒的振动力有所差别。如对于同一种振动器采用ZN50的振动棒，其振动力要较ZN35的振动棒大2.8倍左右，应合理选用进行施工。

2.5 拆模与养生

立柱施工中，应注意适时拆模，加强养生，以免造成由于养生不当产生的外观质量问题。立柱的拆模时间与所用的水泥、气温等密切相关，一般在浇筑完成10h后即可拆模。采用塑料薄膜包裹立柱，定期在顶面浇水的养生方法养生，养生时间不小于7d，操作简单，效果较理想。

3 结语

针对立柱外观易于出现的一些外观质量问题，通过试验施工，总结经验，寻找原因，并采取了一系列有效施工控制措施。从施工效果来看，麻面、水印、蜂窝及气泡等外观缺陷基本消除，模板接缝处理平顺，立柱表面光洁、颜色均一，取得了预期的效果。

立柱的外观质量影响因素众多，如何在施工中对其进行有效的控制就显得较为困难。本文对如何在施工中提高立柱外观质量作了初步探讨，以期对同类工程有所借鉴和指导。有失偏颇之处，望不吝指正。

参考文献

[1]桥梁施工百问.北京:人民交通出版社, 2004.

[2]JTG F80/1—2004.公路工程质量检验评定标准.