支架受力设计（通用7篇）
支架受力设计 篇1
摘要：现浇支架设计的好坏直接关系到施工的安全及浇筑成型后的梁能否符合设计的要求。本文通过深圳市龙岗区北通道市政工程第II合同段第二标段龙城北高架桥为例, 介绍了现浇箱梁支架的设计与搭设及受力验算的方法。
关键词：现浇箱梁,支架的设计与搭设,受力验算,办法
现浇支架设计的好坏直接关系到施工的安全及浇筑成型后的梁能否符合设计的要求。深圳市龙岗区北通道市政工程第II合同段龙城北高架桥上部结构均采用单箱双室箱形断面, 单幅桥宽13.25m, 底板宽8.25m, 两侧翼缘悬臂板各长2.5m, 梁高根据跨度不同由1.6m～2.4m, 不同梁高之间采用直线渐变。桥跨布置分别为:
箱梁施工时主要采用满堂红碗扣架布置方式, 支架采用WDJ碗扣型脚手架。
1 初拟支架布置和构件尺寸
横向宽度按箱梁投影线, 两侧加宽约20cm, 按纵横方向60cm×90cm进行布置;在墩柱处的横梁范围 (3m) , 横向在90cm横杆中间位置增加立杆, 最后在墩柱处的3m范围内的立杆布置为60cm×45cm。竖向步距采用120cm。立杆接长缝错开, 上下设可调上下托。沿纵向铺设10cm×10cm方木做为支撑主龙骨, 模板下横向铺设10cm×10cm方木作为支撑次龙骨, 中心间距30cm, 梁高大于1.8m次龙骨间距为25cm。
纵向剪力撑在箱梁每道纵肋一组, 连续布设;横向剪刀撑每5m一个断面布设三组。每组剪刀撑宽度不应小于4跨且不应小于6m, 与地面的夹角宜控制在45°～60°之间, 剪刀撑与水平扣件接长;剪刀撑的设置须上到顶下到底, 剪刀撑底部与地基之间垫实, 以增强剪刀撑承受荷载的能力。
2 荷载及验算
2.1 计算说明
⑴荷载按平面投影面积1m2算取, 受力验算取10mm作为计算单元。
⑵梁体的荷载值分两部分, 第一部分为箱体部分, 该部分荷载取中纵肋1m范围内钢筋砼进行荷载计算;第二部分为墩柱位置, 该部分箱梁为实心箱梁, 也取1m范围内钢筋砼进行荷载计算。
⑶支架上的纵横梁实际为连续梁, 但为了简化计算, 均按简支梁考虑。在相同荷载作用下, 简支梁的最大弯矩显然大于连续梁的最大弯矩, 因此计算偏于安全。
⑷支架立杆主要承受垂直力作用, 某些因素产生的水平力对支架垂直受力影响不大, 故不考虑支架立杆的偏心受压。但在施工中应采取相应的措施以消除这方面的影响。
2.2 计算荷载 (支架高度小于8m, 不需考虑风荷载)
⑴人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载W1=4.2KN/m2;
⑵振捣砼时产生的荷载W2=2.8KN/m2;
⑶新浇筑钢筋砼的荷载:第一种情况计算荷载为 (取1.8m断面进行计算) W3=41.8KN/m2;第二种计算荷载为 (按最高断面2.4m计算) :W3'=75KN/m2;
⑷侧模及芯模的荷载:W4=0.66KN/m2;
⑸底模的荷载采用胶合板, 厚1.8cm:W5=0.17KN/m2;
⑹横向方木的荷载:W6=0.23KN/m2;
⑺纵向方木的荷载:W7=0.15KN/m2;
⑻碗扣支架的荷载:W8=0.93KN/根。
2.3 底模验算
底模采用18mm厚胶合板[δw]=20Mpa, [τ]=1.9Mpa, E=10×103Mpa。计算时取10mm宽的板条作为计算单元, 箱体部分横向方木间距为30cm, 自由长度取250mm;立柱间横向方木间距为25cm, 自由长度取200mm。
2.3.1 箱体部分底模验算
⑴抗弯强度验算:
荷载组合:4.2+2.8+41.8+0.66+0.17=49.6KN/m2, 化为线均布荷载q=0.496N/mm;弯矩M=qι2/83875 N·mm;截面抵抗W=bh2/6540mm3
⑵抗剪强度验算:
⑶刚度验算:
符合要求。
2.3.2 墩柱处底模验算
⑴抗弯强度验算:
荷载组合:4.2+2.8+75+0.66+0.17=82.8KN/m2, 化为线均布荷载 (取10mm宽的板条作为计算单元) q=0.828N/mm;弯矩M=qι2/8=4140N·mm;截面抵抗矩W=bh2/6=540mm3
⑵抗剪强度验算:
⑶刚度验算:
符合使用要求。
2.4 横向方木验算
横向方木采用截面为10×10cm针叶材A-1.[δw]=14.5Mpa, [τ]=2.3Mpa, E=11×103Mpa。受力简图如图2:
2.4.1 箱体部分横向方木验算 (间距300mm, 底下纵向方木间距900mm)
⑴抗弯强度验算。
荷载组合:
计算荷载:14.88N/mm
δw=M/W=1506600/166666.7=9.04Mpa<[δw], 符合要求。
⑵抗剪强度验算
τ=QS/BI=1Mpa<[τ], 符合要求。
⑶刚度验算。
ωmax=5ql4/384EI=1.4mm
2.4.2 墩柱处横向方木验算 (间距250mm, 底下纵向方木4 5 0 mm)
⑴抗弯强度验算。
荷载组合:4.2+2.8+75+0.66+0.17=82.83KN/m2;
计算荷载q=20.7N/mm
δw=M/W=3.1Mpa<[δw], 符合要求。
⑵抗剪强度验算。
τ=QS/BI=0.7Mpa<[τ], 符合要求。
⑶刚度验算。
ωmax=5ql4/384EI=0.12mm
2.5 纵向方木验算
纵向方木布置10cm×10cm的针叶材A-1.[δw]=14.5Mpa, [τ]=2.3Mpa, E=11×103Mpa
受力简图如图3:
2.5.1 箱体部分纵向方木验算 (间距900mm, 底下碗扣架支撑间距600mm)
⑴抗弯强度验算。
荷载组合:
由于横向方木布置较密, 故纵向方木可近似按承受均布荷载计算, 计算荷载q=44.9N/mm
δw=M/W=12.1Mpa<[δw], 符合要求。
⑵抗剪强度验算。
τ=QS/BI=2Mpa<[τ], 符合要求。
⑶刚度验算。
ωmax=5ql4/384EI=0.83mm
2.5.2 墩柱位置纵向方木验算 (间距600mm, 底下碗扣架支撑间距450mm)
⑴抗弯强度验算。
荷载组合:
由于横向方木布置较密, 故纵向方木可近似按承受均布荷载计算, 计算荷载
δw=M/W=7.57Mpa<[δw], 符合要求。
⑵抗剪强度验算。
τ=QS/BI=1.7Mpa<[τ], 符合要求。
⑶刚度验算。
ωmax=5ql4/384EI=0.3mm
2.6 支架立杆验算
支架立杆为￠48×3.5钢管, 根据《桥涵》 (人民交通出版社) 下册及碗扣式支架厂家资料, 壁厚δ3.3mm (考虑到可能存在的锈蚀, 以δ3.3mm验算) , 当横杆步距为1.2m时, 立杆设计荷载为30kN。
2.6.1 箱体部分支架立杆验算
⑴立杆抗压强度验算。
δa=N/A=57.1Mpa<[δw], 符合要求。
⑵立杆承载力验算。
N=27935KN<[N], 符合要求。
⑶立杆稳定性验算。
查表得φ=0.668
δa=N/ (φ×A) =85.5 Mpa<[δa], 符合要求。
2.6.2 墩柱部分支架立杆验算
⑴立杆抗压强度验算。
A=489.31mm2;δa=N/A=47.8Mpa<[δa], 符合要求。
⑵立杆承载力验算。
N=23397KN<[N], 符合要求。
⑶立杆稳定性验算。
查表得φ=0.668
δa=N/ (φ×A) =71.6Mpa<[δa], 符合要求。
2.7 支架底垫木验算
垫木截面为20×5cm, 针叶材A-1, [δa]=14.5Mpa
A=150×150=22500mm2 (可调底托垫座尺寸为150mm×150mm)
δa=N/A=27935/22500=1.24 Mpa<[δa], 符合要求。
2.8 地基承载力验算
支架底垫板采用5cm×20cm规格, 水泥石粉渣铺筑厚度15cm。单根立杆通过垫木传递至水泥稳定石粉渣上受力面积为 (应力按按45°扩散角传递) :200×250=50000mm2, 亚粘土受力面积 (应力按45°扩散角传递至亚粘土项面) 为:500×550=275000mm2。
水泥稳定石屑[δa]=1000Kpa, 原状亚粘土[δa]=200Kpa (根据地质勘探资料) 。
⑴水泥稳定石屑垫层承载力验算。
⑵亚粘土地基承载力验算。
支架搭设前, 必须对处理完成的地基进行承载力检测, 检测结果不得小于101.6×1.2≈122KPa。
3 结论
经过工程技术人员对支架合理的设计与计算;加强现场作业人员的培训, 提高安全意识;按规定加强对支架构配件材质的检查、检验和检测;严格执行支模架搭设、施工使用及拆除的有关规范与要求;深圳市龙岗区北通道市政工程第II合同段第二标段三座现浇箱梁顺利完成, 评定为优良工程。可见, 只要项目部高度重视, 采取措施, 现浇箱梁的施工一定可以安全、高效地完成。
参考文献
[1]《路桥施工计算手册》 (人民交通出版社)
[2]《现浇箱梁桥支架布设及受力验算》 (李运魏、张宏)
[3]《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 (JTJ041-86)
支架受力设计 篇2
1 工程概况
跨越京杭运河的跨河大桥, 全长603.17m, 由主桥和引桥两部分组成。主桥全长242m, 为部分斜拉桥。两侧引桥采用连续箱梁, 西引桥长175.17m、东引桥长186m, 引桥宽25m。西侧引桥结构形式为7跨等截面预应力混凝土连续箱梁, 东侧引桥结构形式为 (45m+36m+30m) 变截面预应力混凝土连续箱梁+3×25m等截面预应力混凝土连续箱梁。施工现场工程地质条件为场地地面高程一般在3.85～4.54m, 地势较为平坦, 沿线场地为滨海相沉积平原地貌。根据《康桥路跨运河桥工程岩土工程勘察报告》, 地下水位埋深为0.8～2.3m, 高程为1.87～3.37m, 主要赋存在填土层、黏质粉土及粉质黏土层中, 属孔隙性潜水, 主要接受大气降水补给。
2 跨河大桥引桥现浇箱梁满堂支架设计概况
2.1 地基处理
为保证现浇箱梁支架的稳定, 在支架搭设前必须对地基进行硬化处理。总体要求支架基础必须有一定的强度和横坡, 且具有防排水功能。根据现场地基情况, 施工范围大部分处于原道路路面上及厂区内, 原道路为混凝土路面, 厂区内的地面大部分进行了混凝土硬化, 因此支架地基不必进行硬化处理;少数不在老路面上及厂区内的地基土属于杂填土, 表面已固化, 首先将地表土和扰动土摊平压实, 再浇注20cm厚C15混凝土进行硬化处理。
2.2 支架布置
现浇箱梁施工采用满堂支架法。满堂支架采用重型门式支架搭设, 在门式支架上下各放置顶托和底托, 以便调整支架高度和方便支架拆除。现浇箱梁支架搭设要求牢固、安全稳定、有足够的承载力。
2.3 临时支墩布置
靠近边墩的现浇箱梁, 在1.5m的后浇段需要设置临时支墩, 根据现场实际情况, 将临时支墩布置在边墩的承台上, 每个边墩处设置4个临时支墩, 两侧支墩由2根Φ600×14mm的钢管桩组成, 中间两个支墩由4根Φ400×6mm的钢管桩组成。
3 临时支墩计算
3.1 荷载组合
现浇连续箱梁门式支架工程临时支墩设计荷载组合如表1, 取10～13#墩变截面箱梁的10～11孔箱梁进行计算, 箱梁混凝土施工时, 采用满堂支架法施工, 临时支墩设计, 是在箱梁张拉结束、满堂支架拆除后, 此孔箱梁重量的一半由临时支墩承受时的工况。安全系数由前面的1.2变为 1.3。
3.2 构件受力计算
箱梁在浇注张拉过程中, 拆除模板之前不需进行受力计算, 只计算支架拆除之后的受力计算:箱梁在张拉完成之后, 箱梁是一个刚性结构, 只需计算横梁的抗压及钢管桩的竖向受压。康桥路跨运河桥引桥现浇箱梁在边墩处采取双排Φ400×6mm钢管桩做支墩, I56工字钢做纵梁的方案。
3.2.1 纵梁计算 (4I56)
临时支墩采用Φ400×6mm的钢管, 在边墩采用2根钢管桩, 其上设置4根I45横梁, 中间两根桩采用4根钢管桩, 其上设置两层4I45横梁, 横梁上设置纵梁4I56。
I56截面特性:w=2342 cm3 , I=65590 cm4, A=135 cm2, G=1.06kN/m, q=10596.9/19.9+1.06×4=536.75kN/m, 受力简图和结构内力与变形曲线如图1和图2, 结构内力与变形计算见表2所示。
由EToolsv2.0按连续梁计算:
经计算得知, σmax=193.3MPa<[σ]=215MPa;τmax=34.0MPa<[τ]=80MPa;fmax=5.3mm<[6600/400]=16.5mm。因此, 强度和刚度都符合设计要求。
3.2.2 横梁计算
钢管桩间距设置为1.0m, I45截面特性:w=1430cm3, I=32240cm4, A=102 cm2, G=0.804kN/m, 当p=R=1733.2kN时 (2I45) 和当p=R=3607.4kN时横梁检算见表3, 在Q=1803.7kN时, 在横梁下面再布置一层横梁 (4I45) , 具体计算见表3。
3.2.3 钢管桩计算
因本地可租用材料不固定, 按最小的Φ400×10mm计算, 现可选材料为租用或购买Φ400×10mm钢管、主桥钢板桩钢管支撑Φ530×10mm、0#块托架支撑钢管Φ600×14mm。
每个钢管桩按一端固定一端自由的压杆进行计算, 计算长度L=5.6m, 若按两根钢管同受力, 其截面形式如图3所示, 其失稳方向为绕y轴失稳。
截面特性A=7426.7 mm2, Iy=144145306.2 mm4, iy=139.3mm;按一端固结, 一端自由计算λ=2×5600/139.3=80.4<[λ]=100, 由长细比, 查表 (《钢结构设计手册》第三版上册P633页) , 得应力折减系数ψ=0.684。当N=866.6+4×1.5×0.804=871.64kN时, σ=N/ (ΨA) =171.6 MPa<[σ]=215MPa;当N=901.85+4×1.5×0.804=906.7kN时, σ=N/ (ΨA) =178.5 MPa<[σ]=215MPa。均符合要求。
钢管桩基础采用C30混凝土预先现浇, 由于钢管桩布置在边墩承台顶, 由I56a传下来的最大反力为3607.4kN, 按钢管直径400mm计算=125600mm2, P=3607.4×103/4×125600mm2=7.1MPa <C30混凝土[Ra]=17.5MPa, 满足要求。
4 结论
支架纵向采用脚手钢管在每层门式支架顶部横杆上通长联结, 同时在底层门式支架底部横杆设置纵向扫地杆;横向每隔5m分层设置脚手钢管通长联结在纵向钢管上。同时在支架纵向和横向每隔10m布置剪刀撑, 同时确保腹板及横梁、隔板下各有一道, 其搭接长度不小于60cm, 与地面夹角不小于45°。通过以上计算, 确定临时支墩采用Φ400×6mm的钢管, 在边墩采用2根钢管桩, 其上设置4I45横梁, 中间两根桩采用4根钢管桩, 其上设置两层4I45横梁, 横梁上设置纵梁4I56。不仅保证支架牢固, 安全稳定, 并且有足够的承载力。
摘要：满堂支架是现浇连续箱梁施工过程中常用的支撑体系, 结合康桥路跨运河大桥西段工程引桥施工中支架靠近边墩的现浇箱梁, 介绍了装卸方便、安全稳定的临时支墩设计及受力验算。
关键词：现浇连续箱梁,临时支墩,受力验算
参考文献
[1]JTJ024-2000, 公路桥涵施工技术规范[S].
[2]杜荣军.建筑施工脚手架使用手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1994.
自动化液压支架受力系统分析 篇3
1液压支架的受力分析和计算
1.1底座和掩护梁的受力分析与计算
掩护梁受力分析如图1所示:
根据得力学方程式(1)、式(2)、式(3)、式(4):
整整理理得得::
1.2顶梁载荷分布
在把顶梁所受顶板的载荷求出后,就可以进一步计算出载荷在顶梁上的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同,载荷实际分布很复杂[2]。为了计算方便,假设顶梁与顶板均匀接触且载荷为线性分布。
设顶梁长为L,顶板的集中载荷为F1,其作用点距顶梁一端为x。L=3526mm,F=5581.43KN,x=1028.46mm,则x≤L/3时,载荷分布为三角形。如图2所示。
顶梁前端比压q2为0,顶梁后端比压q3为:
式中:q3—顶梁后端比压,MPa;B—顶梁宽度,B=1500mm;
代入公式(6)得:
1.3液压支架底座接触比压的计算
顶板对支架的巨大载荷经整台支架传到底板,在支架底座与底板接触处将具有一定的比压。由于底板岩性不同、含水量不同、凹凸不平、底座下有碎矸等因素,使底板具有不同的抗压强度[3]。底座对底板的比压值应小于底板的抗压强度,否则底座会陷入底板,造成移架困难,顶底板移近量增大,支架失稳以及支撑力降低等现象。
底座对底板的平均比压按式(7)、式(8)计算:
式中:q0—底座对底板平均比压;Ld—底座长度;Bd—底座当量宽度;F1、—底座对地板合力;
底座与底板接触面积计算,取Ld=2400mm;Bd=1500mm;L1=200mm;L2=100mm,h1=h2=300mm;
将数值代入式(8)得:
由式(7)得:
因为1.93MPa<3.8MPa,所以符合要求。
2结束语
通过对自动化支架的受力分析,我们已经计算出支架的承载能力,同时我们也了解了顶梁的载荷分布情况和底座的比压;这样使我们对所设计出来的自动化支架有了初步的检验,还为后面强度校核做了铺垫。由于我们是通过一定的方式简化了这一受力分析,然而在实际情况中,支架在井下的受力情况是非常复杂的,但是通过这简化受力分析过程中我们可以发现影响它承载能力的因素,如立柱的倾角、tanθ的值、摩擦系数、调高范围等,这样对提高自动更换支架承载能力提供了一些方法。
参考文献
[1]鲁忠良,景国勋,肖亚宁.液压支架设计使用安全辨析[M].北京:煤炭工业出版社,2014.
[2]林福严,郑庆国,冯峰,等.综放液压支架受力分析与测试[J].煤矿机械,2008(2):55-57.
浅谈现浇箱梁满樘支架受力计算 篇4
关键词：箱梁,满樘支架,荷载,稳定性
1工程概况
斑竹园大桥二号桥是六武高速公路斑竹园互通内主线桥, 跨竹根河, 大桥起讫范围K79+687～K80+008, 全长321 m。为适应竹根河落差大、水流急、漂浮物多的特点, 河中左右幅桥墩错开5 m布置。大桥下部为桩柱式基础, 肋式桩基桥台。
本桥上部构造预应力钢束均采用低松弛高强钢绞线, 公称直径Φ15.24 mm, 标准强度Ryb=1 860MPa。现浇箱梁采用满樘支架逐跨分段施工采用Φs15.24-21、Φs15.24-15、Φs15.24-9钢绞线, 配置相应的AM15L、AM15P和AM15锚具。25 m连续梁为现浇多箱室箱梁;满樘支架施工, 连续梁浇注前对支架加载预压, 预压荷载为现浇梁的1.1倍～1.2倍。
2满樘支架
本桥采用碗扣支架满樘支撑, 由于桥梁自重较大, 要求有足够的刚度和稳定性。
2.1 满樘支架基础处理
梁式支架的地基处理:①在软基或水中用打入桩或钻孔桩较好;②在软土或一般性土类用换填土法, 基础一般做成沿横桥向的条状, 宽度应满足传力扩散角的要求, 换填深度应按沉降量及低级承载力要求计算。换填时必须分层夯实, 严格控制。
2.2 满堂支架基础施工
由于满堂支架的支柱间的间距较小, 一般为60 cm～120 cm, 梁部为现浇砼箱梁结构, 采用碗扣式钢管支架, 支架搭设的间距为:横桥向60 cm、顺桥向90 cm、层距120 cm, 杆件受力计算如下。
砼荷载:取箱梁跨中部位截面, 砼荷载按26 kN/m计;见图1。
P1=[0.7×2+0.5×1.5×2+2.425×0.2×4+0.5×1.5+0.6×0.2/2×8]×26/ (12.75+4)
=9.422 kN/m2
倾倒砼产生的荷载:2.0 kN/m2,
振捣砼产生的荷载:2.0 kN/m2。
梁部的总荷载为:
P2=P1+2.0+2.0=9.422+2.0+2.0=13.422 kN/m2
纵、横向杆按三跨连续梁结构形式计算。杆件内力计算如下。
(1) 作用在小横杆上的荷载。
P=P2=13.422 kN
杆件的弯曲强度:σ=Mmax/W
Mmax:杆件的最大弯距Pl2/10
W:钢管的抗弯距5.078×103mm3
[σ]:钢材极限强度215 MPa
σ=Pl2/10W
=13.422×6002/[10×5.078×103]
=95.15MPa<[σ]=215 MPa
合格
杆件的挠度:f=PL4/[150EI]
E:2.1×105MPa I:1.219×105mm4
[f]允许挠度3mm
f=13.422×6004/[150×2.1×105×1.219×105]
=0.453mm<[f]=3mm 合格
(2) 纵向水平杆上荷载。
纵向水平杆传递小横杆上的力F, 立杆纵向间距0.90 m, 按三跨联续梁进行杆件内力计算。
F=P2×0.60=13.422×0.60=8.05 kN
杆件的弯曲强度:σ=Mmax/W
Mmax:杆件的最大弯距取0.175×0.70F l
W:钢管的抗弯距5.078×103mm3
[σ]:钢材极限强度215 MPa
σ=0.175Fl/W
=0.175×8.05×900×0.70×1000/[5.078×103]
=174.776 MPa<[σ]=215 MPa 合格
杆件的挠度:f=1.146Fl3/[150EI]
E:2.1×105 MPa I:1.219×105 mm4
[f]允许挠度3 mm
f=1.146×8.05×9003/[100×2.1×105×1.219×105]
=0.003 mm<[f]=3mm 合格
(3) 立杆计算。
横杆步距取1.20 m, 立杆主要传递横杆传来的力, 立杆受力为。
F=0.9 P P=13.422 kN
=0.9×13.422
=12.08 kN
杆件的长细比:λ=l/i=1200/15.9=75.5
由λ查表得Φ值 Φ=0.682
立杆的允许荷载为[N]=ΦA[σ] 可得
[N]=0.682×489×215
=71702N
=71.7kN
F=12.08kN<[N]=71.7kN 合格
(4) 地基的承载力。
钢管杆件下设底托铺在槽钢上, 槽钢长6 m, 宽0.16 m, 每根槽钢上可放10根杆件, 可得:
地基承载力P=N/Ab
N:上部结构传至基础的轴心力 Ab:基础底面积
现场动力触探得地基承载力为210 KN则得
[σ]=210KPa
P=N/Ab=12.08×10×103/ (6×0.16)
=125833Pa
=125.833 kPa<[σ]=210 kPa 合格
(5) 结论。
通过以上计算, 钢管杆件搭设间距按横桥向0.60 m, 纵桥向0.90 m, 层距1.20 m, 可以承受施工中砼的荷载, 杆件的受力、挠度以及杆件下的地基承载力均满足施工要求。
2.3 拼装支架
碗扣式满堂支架通过计算按拼装图进行拼装, 支架的横向间距两侧翼板处采用120 cm间距布置, 底板采用间距为60 cm布置, 纵向间距90 cm, 竖向每层120 cm布置, 支架纵横向用钢管连接, 并用斜拉杆将整个支架连成整体。每孔支架架至下一跨的L/5处或设计规定的部位。
3结束语
斑竹园大桥二号桥现浇梁在此计算的基础上进行地基处理并顺利完成现浇箱梁的施工, 比原计划提前了15天, 在施工过程中技术人员及时观察满樘支架的稳定性和测量沉降量, 没有出现不均匀沉降和其它异常情况, 为后续现浇箱梁的施工提供了参考。 [ID:5319]
参考文献
[1]土木工程现场施工技术细节丛书—架子工[M].北京:化学工业出版社, 2007.
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[4]JTJ042-94, 公路隧道施工技术规范[S].1994.
支架受力设计 篇5
目前针对满堂支架施工方法做了相关研究, 如张鹏等人[6]引入“混凝土为理想的流体材料, 且忽略其间的剪应力”的假设, 并以此为基础提出连续箱梁满堂支架的设计计算方法; 刘华等人[7]主要结合实际工程采用预压等试验, 消除支架的非弹性变形以测量支架的弹性变形; 高建华等人[8]运用有限元分析建立满堂支架的空间计算模型, 并对承载力、稳定性等进行验算。但是上述研究未涉及宽幅多室箱梁满堂支架施工的分析, 并未将理论计算与有限元分析结合起来, 因此, 本文以某在建工程作为研究背景, 分析了宽幅连续梁桥满堂支架系统的受力情况。
1 工程概况
现浇箱梁具有受力整体性强、刚度大、线性易控制等优点, 越来越多的桥型采用支架整体现浇的施工方式。由于该桥梁箱梁横向宽度与自重较大, 同时采用满堂支架符合现场施工情况, 安全可靠。该桥梁主桥采用满堂支架现浇方式进行施工, 其跨径布设为5×40 m的等截面预应力混凝土连续箱梁, 截面形式为单箱七室, 横隔梁分别设在中支点、边支点上, 箱梁的顶底板线性呈直线形式。
2 支架构造设计
本桥箱梁底最大净空为5. 0 m, 满堂支架所采用的立柱钢管尺寸为 φ48×2. 8 mm, 其所布设的立杆纵向距离、立杆横向距离见图1。其中, a为立杆纵向距离, 其在跨中截面处的数值为90 cm, 梁段截面处的数值为60 cm; b为立杆横向的距离, 其值为60 cm。
3 支架理论计算及验算
3. 1 木枋验算
为了保证木枋能承担上部结构的荷载, 其布设方式为松木单层进行施工。以0. 6 m跨径腹板处采用跨径为0. 6 m的梁对腹板处的承载能力进行验算, 支点中心间距60 cm, 横桥方向中心间距为20 cm, 其截面特性值如表1 所示。
通过理论计算其纵向木枋应力值为3.78 MPa, 挠度为0. 031 cm, 横向木枋应力值为11. 3 MPa, 挠度为0. 094 cm, 均满足要求。
3. 2 横杆稳定验算
横杆的端头分别以铰接的形式进行约束, 其所受到的水平力可忽略不计。横杆承担部分由上部结构传递下来的荷载以及自重, 同时其结构验算以0. 9 m的梁进行计算。
在验算横杆的承载能力时, 应以其所处的最不利条件进行加载, 即在横杆跨中施加一个集中力进行验算。其横杆最大弯矩计算可得为0. 375 k N·m, 计算所得容许最大弯矩为668 k N·m, 稳定性满足要求。
4 有限元计算对比分析
为了在箱梁施工过程中保证支架有足够的安全性及稳定性, 同时要确保在施工过程中支架不产生较大的沉降, 故支架分析具有一定的重要性。本文利用Midas/Civil有限元软件进行建模分析, 模型中采用均桁架单元模拟支架结构, 采用梁单元模拟方钢及方木, 支架底部的约束方式为竖向约束, 同时将箱梁自重、施工荷载等荷载均匀分布于模板上。
4. 1 支架承载力分析
根据有限元模型计算得出支架在荷载作用下其立柱轴向应力在支座处应力较跨中处小。其计算结果相较于理论计算都偏小, 但是都均小于205 MPa, 因此其结果满足支架稳定性的要求。根据Midas有限元计算结果, 并同时选取一跨作为剪力撑的分析能得出在跨中位置中横桥向由于风荷载等水平荷载的存在, 因而剪力撑起到支撑作用, 确保支架整体受力。剪力撑最大拉应力发生在跨中支架底部, 其应力值为39. 1 MPa, 同时剪力撑最大压应力发生在靠近端横梁截面底部的位置, 其应力值达到107. 1 MPa, 结构强度均满足要求, 主要是由于在端横梁处其竖向荷载较大, 而水平荷载导致部分剪力撑杆件出现拉应力, 因此从剪力撑的受力情况进一步得出其对于支架整体受力性能起着重要作用。对有限元模型进行分析得出在荷载作用下其支架结构发生线弹性变化, 其最大变形值为1. 12 cm。参考规范得知验算支架的刚度的条件是其最大变形值不得超过计算跨径的l/400 为10 mm, 且支架结构宽度较大, 其立杆的最大高度基本为5 m, 因此支架系统纵向及横向变形不大, 故支架满足变形要求。
4. 2 底模板及方木承载力分析
根据竹胶板的力学特性, 通过建立材料的力学特性, 以板单元连接各节点模拟底模板进行面加。由此有限元分析结果得出, 其受力较为均匀, 最大应力为5. 19 MPa, 与理论计算偏差达到180% , 其挠度最大值0. 029 cm, 相比于理论计算偏差为81. 25% , 出现于个别位置上, 计算所得结果高于理论计算结果, 但是从有限元分析结果可以看出箱梁底部模板的应力基本都在1. 62 MPa左右, 相较于理论计算偏差为13.22%, 其挠度基本在0. 014 cm左右, 与理论计算偏差为12. 5% , 而出现应力集中现象主要原因是施工工程中底模板与方木的受力有传递过程, 而有限元模拟无法精确模拟出来, 只能将底模板方木连接在一起共同受力, 因此造成一定的偏差, 但应力都小于12 MPa, 满足安全性的要求。根据方木的力学特性, 建立相同特性的材料, 采用梁单元的方法建立。采取梁单元模拟方木, 纵向方木有限元计算结果最大值6. 63 MPa, 与理论计算偏差为75. 40% , 其挠度最大值为0. 047 cm, 与理论计算偏差为51.61%, 同时横向方木有限元计算结果最大值5. 06 MPa, 与理论计算偏差为55. 22% , 其挠度最大值为0. 058 cm, 与理论计算偏差为38. 3% , 因为将纵向方木与横向方木节点处共同连接受力, 导致纵向方木有限元计算值与理论计算值偏大, 而横向方木有限元计算值与理论计算值偏小, 但是其结果均小于12 MPa达到其安全性的要求。
5 结语
通过理论计算及有限元分析可以得出以下结论: 1) 理论计算结果与有限元计算结果的变化规律对应一致, 验证了有限元分析的可行性。2) 支架立柱理论计算结果与有限元计算结果的偏差都在合理范围内, 各位置处的偏差基本小于10% , 同时在荷载作用下支架的最大弹性变形为1. 12 cm, 远小于规范所计算的控制最大变形值, 故满堂支架采用有限元模拟分析偏安全, 确保支架系统是稳定的。3) 剪力撑在荷载的作用下出现最大压应力为107. 1 MPa, 最大拉应力为39. 1 MPa, 均满足结构的强度, 其主要作用保证支架在水平荷载下支架系统的受力整体性, 因此剪力撑在支架系统中起一定的作用。4) 底模板与方木传递上部结构带来的荷载, 在模拟过程中以梁单元固结模拟会造成一定的偏差, 但是都在强度及刚度范围内, 所以其有限元计算结果是可行的。
摘要：利用有限元软件, 建立了某宽幅多室连续梁桥满堂支架模型, 从支架系统的力学及变形行为方面, 分析了支架结构的强度、刚度及稳定性, 从而保证了整个支架结构的安全性。
关键词：多室连续梁,满堂支架结构,受力分析
参考文献
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[7]刘华, 傅学军, 孙胜利.西山沟Ⅱ号大桥连续箱梁支架施工技术[J].桥梁建设, 2009 (12) :42-46.
支架受力设计 篇6
1 工程简介
某大桥跨昌九高速公路 (44+88+44) m连续梁, 其中0#块长12.0m, 底宽6.7m, 顶宽12.2m。全桥梁体C55预应力混凝土数量为2881.5m3, 单个0#块混凝土数量为320.6m3。
2 支架结构及其组成
针对悬臂箱梁0#块自重荷载大、桥墩墩身较高的特点, 以及现场地形情况, 拟采用钢管立柱支架法施工。支架结构下部采用4根Φ800mm的钢管柱组成, 根据设计梁体结构确定间距后, 落于承台上。其上采用四排贝雷片横放, 作为横向支撑梁, 贝雷片上采用28的工字钢作为纵向分配梁, 用来支撑模板并传递施工荷载至钢管立柱上。
钢管立柱底部采用法兰盘与螺栓固定在桥墩承台上, 钢管柱顶采用钢板焊接成“井”字形, 并在顶部平焊一块16mm厚的钢板, 方便荷载均匀传递到钢管柱, 钢板上部与贝雷片间采用3根36工字钢并排放, 工字钢两侧采用钢楔块固定贝雷片, 工字钢与贝雷片间设置两块钢楔块, 方便以后支架拆除。为防止支架横向移动, 除两根钢管柱间采用槽钢焊接加固外, 与桥墩还采用上下两层贝雷片联接, 两侧贝雷片通过拉杆进行对拉, 确保整个支架的稳定性。0#块支架结构布置图见图1。
3 支架结构受力验算
3.1 概述
0#节段重8495.7kN, 节段长12.0m, 其中中段5.47m直接支承于桥墩顶, 两端各3.27m通过桥纵向支架和墩顶共同承担其荷载。
0#节段两端各3m为变截面段, 截面高度由7m变化到6.46m, 底板厚度由0.9m变化到0.83m, 腹板厚度由0.75m变化到0.72m。简化偏于安全, 取根部未变化段截面计算。横断面情况如图2。
按上图有最大荷载, 砼荷载分布如图 (根部断面)
3.2 计算说明
(1) 通过计算来设计底模平台纵梁, 前、后横梁, 并求其上支点反力。
(2) 检算结构受力是否满足要求。
(3) 计算假定: (1) 箱梁翼缘板砼及侧模重量通过支架及纵梁分别传至墩顶和支架横梁上。 (2) 箱梁顶板砼, 内模及其支架的重量由底模传至小纵梁上。 (3) 箱梁底板、腹板砼及底模平台重量分别由墩顶及支架上横梁承担。
3.3 计算荷载
(1) 施工荷载。施工荷载按2.5kN/m2, 其中侧模承担2.5×2.75=6.9kN/m。底模平台腹板范围承担2.5×0.75/3=0.6kN/m。底板部分每根工钢承担2.5×5.2/7=1.9kN/m。
(2) 结构自重荷载。
(1) 底模平台及底模。底模平台前、后横梁间距为3.27m, 宽为6.7m, 纵梁a和纵梁b分别为2组各3片I32b工字钢和7片I32b工字钢。前横梁采用4组标准贝雷片组成, 总长12.0m, 总重57.6kN, 均重4.8kN/m。腹板及底板下工钢纵梁3.7kN, 均重0.6kN/m。挂篮底模10.8kN。均重0.4kN/m2。底模平台及底模总重116.5kN。
(2) 内模重量:L=4.5m, 内模及横竖带等重约82.7kN, 均重18.4kN/m。外侧模:L=4.3m, 每块约为60.8kN, 均重11.1kN/m。堵头模板:翼板约为1.123×1=1.1kN。腹板约为4.502×1=4.5kN。顶板约为1.193×1=1.2kN。
(3) 砼荷载。 (1) 翼板0.952×26×1.05=26.0kN/m。 (2) 腹板 (取根部) 5.294×26×1.05=144.5kN/m。 (3) 顶板3.141×26×1.05=85.7kN/m。 (4) 底板 (取根部) 5.34×26×1.05=145.8kN/m。
砼荷载总和:2 (26.0+144.5+85.7/2+145.8/2) ×3.27=1872.1kN。
(4) 风荷载。取模板悬出部分2/3面积检算支架横向稳定。风压强度取5kN/m2。Px=7×3.26×2/3×5=76.1kN。
3.4 底模平台纵梁计算
(1) 中间工钢纵梁计算。
中间7片纵梁承担箱梁底板砼及底模荷载为q=1.9+0.6+0.4×0.7+18.4/7+ (85.7+145.8) /7=38.5kN/m。计算模型如图3。
由“VSES06”程序算得:R1=47.2kN;R2=78.7kN。
δmax=0.8mm;f=0.08/262=1/3275<1/400挠度满足规范要求。
σmax=40.1MPa<215MPa强度满足规范要求。
(2) 底模平台腹板下的纵梁计算。
计算图示同底板下纵梁, 荷载如下q=0.6+0.6+144.5/3=49.4kN/m。
由“VSES06”程序算得:R1’=60.5kN;R2’=101.0kN。
δmax=1.1mm;f=0.11/262=1/2382<1/400挠度满足规范要求。
σmax=51.7MPa<215MPa强度满足规范要求。
(3) 外模纵梁计算。
外模横桥向由两组I28工字钢组成的纵梁承担其荷载, 假定两组纵梁均担, 外模纵梁一端支于桥墩, 一端支于前横梁上, 计算图示如图4。
荷载:q= (6.9+14.1+26.0) /2=23.5kN/m。
由“VSES06”程序算得:R1’=53.0kN;R2’=70.0kN。
δmax=8.3mm;f=0.83/460=1/554<1/400单根未计入外模竖向刚度, 挠度满足规范要求。
σmax=111.7MPa<215MPa强度满足规范要求。
(4) 前横梁计算。
前横梁采用贝雷桁架梁支承于Ф800×10钢管柱上, 上部荷载为外模及底板纵梁荷载计算图示如图5。
由“VSES06”程序算得:R1=R2=179.7kN。
δmax=2.02mm;f=0.202/600=1/2970<1/400未计入自重, 挠度满足规范要求。
σmax=160.9MPa<310MPa未计入自重强度满足规范要求。
(5) 管柱排架计算。
Ф800×10钢管柱于剪刀撑组成一排架结构。排架结构纵向锚于桥墩, 横向由剪刀撑组成稳定体系, 对整体结构及构件稳定进行检算。计算图示如图6。
上部竖直荷载为贝雷梁支点反力:Py=179.7×4=718.8kN
上部水平荷载为风荷载:Px=76.1kN
由“VSES06”程序算得:R1=563.0kN, R2=874.6kN。
δxmax=16.7mm;δymax=2.0mm;变形满足规范要求。
管柱最大轴向力N=874.6kN, σmax=85.3MPa<215MPa未计入自重, 强度满足规范要求。
计入压杆稳定时的强度:
压杆折减系数ψ=0.874,
σ=85.3/0.861=97.6MPa<215MPa强度满足规范要求。
3.5 结论
经过以上检算, 选用以上现有材料结构支架布置, 支架的强度及刚度均能满足施工及规范要求。
4 支架结构应用及分析
0#块支架搭设及模板安装完毕后, 采用砂袋预压对支架结构的强度、刚度以及稳定性进行检验。砂袋预压过程中, 对各阶段观测点标高均进行了测量和观测。发现在整个预压过程中, 支架的变形量不大, 悬臂段端部底模在支架预压到120%重量时弹性变形量为10mm左右, 而悬臂段根部由于采用工字钢直接架设在墩顶, 预压到120%时基本无变形量, 并且在砂袋卸载完后模板基本又恢复到预压前标高。通过观测可以总结得出0#块支架悬臂段端部在预压到120%重量时其变形量大致在10mm左右, 而悬臂段根部 (即墩顶处) 基本无变形量。支架整体稳定性良好。
5 结束语
本悬臂箱梁0#块开始施工后, 经过一个多月时间混凝土浇筑施工完成, 整个施工过程支架安全稳定, 并且施工操作简单。通过施工实践证明, 上述钢管立柱支架的设汁方法和施工控制措施是科学的、合理的, 可以取得了良好的质量效益和经济效益, 在类似的悬臂箱梁的0#块施工中可以借鉴。
参考文献
[1]JTJ041-2000, 公路桥涵施工技术规范
[2]孙训方, 方孝淑, 关来泰.材料力学.高等教育出版社, 1993
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支架受力设计 篇7
关键词：单面约束,支架,受力重分布,计算方法
0 引言
连续梁支架现浇常见施工方法有两种, 即整联支架现浇和分节段支架现浇。二者施工工序的不同造成支架的受力不同。预应力张拉后导致的箱梁反拱, 使得张拉前施工支架所承受的荷载在张拉过程中逐渐变化和转移。
当采用整联支架现浇时, 预应力张拉前支架所承受的荷载张拉后逐渐转移至桥墩, 支架所承受的荷载则逐渐减小。由于桥墩的承载能力设计足够负担箱梁的自重, 支架的设计计算往往不需要考虑支架受力重分布的问题。但是, 当采用分节段支架现浇时, 跨中节段张拉预应力钢束后, 梁体反拱往往导致部分支架脱离, 这使得梁体自重只能由箱梁两端附近的某些支架承担。此时, 箱梁两端附近的支架所承受的荷载要比预应力张拉前增大很多。
从施工经济的角度考虑, 设计承载能力足够负担1/2倍跨中节段自重的临时劲性支撑来满足施工的需要, 常导致过度的设计和浪费 (在铁路桥梁的施工中, 该部分涉及的施工费用差额可达数万至数十万人民币不等) 。分节段支架现浇工法的这一特点, 使得跨中节段两端附近的支架设计计算成为该工法的关键技术和施工经济、安全所关注的焦点问题。
我国高校常用的工程教科书中, 为了简化力学模型和突出理论, 通常只考虑双面约束的问题, 对单面约束的问题虽有提及, 但常不做深入探讨。类似单根绳索和单个缝隙的单面约束问题, 往往比较简单。手工计算时, 只需要对所涉及的问题进行试算即可。但预应力张拉导致的支架受力重分布, 则可能涉及多个单面约束问题 (即多排或多榀支架的脱离问题) 。手工进行少数几次的试算往往不足以使问题得到解决, 而国内某些专业的软件 (如某桥梁设计软件) 又不具备计算类似问题的功能。因此, 有必要找到一种计算方法来解决预应力张拉导致支架受力重分布的问题。
1 基于ANSYS的单面约束问题计算方法
1.1 ANSYS中的Link10单元
ANSYS是一款由美国ANSYS公司 (1970年创立) 研发的大型通用有限元计算软件。该软件的结构分析模块 (Mechanical) 专注于结构分析技术的深入开发, 可进行常规的结构分析和非线性分析。ANSYS软件在我国土木工程行业具有一定程度的普及率。ANSYS软件可以采用APDL参数化语言编制命令流进行结构分析, 分析过程步骤清晰、规范, 使用方便。
ANSYS软件中包含有一种考虑只拉不压或只压不拉的杆单元Link10。该单元是一种具有双线性刚度矩阵, 可以模拟杆件轴向只能受拉而不能受压或只能受压而不能受拉的三维杆单元。
当采用轴向只能受拉而不能受压的功能选项时, 可以模拟类似绳索的不能抗压的构件。
当采用只能受压而不能受拉的功能选项时, 可以模拟类似缝隙的不能抗拉的虚拟“构件”。由于Link10单元使用了非线性的计算, 所以使用该单元时只能采用迭代求解 (Link10单元的条件下相当于手工试算) 。除常规的输入参数外, 要用keyopt命令声明只拉不压或者只压不拉的功能选项。
1.2 Link10单元模拟脱离支撑的验证
ANSYS软件的帮助中有包括Link10单元在内的各种单元的验证实例 (Verification Test Case) , 但是Link10单元对应的验证实例仅仅模拟了不能抗压的绳索, 没有模拟脱离支撑的情况。本文设计了如下的简单问题验证了Link10单元模拟脱离支撑的有效性。
验证问题:如图1所示结构由悬臂梁AB及压杆B'C构成。未施加外荷载时, 悬臂梁梁端B与压杆顶部B'接触, 但无相互作用力。
已知悬臂梁梁长为1 m, 横截面为12 mm×100 mm的矩形截面, 材料弹性模量为100 GPa;压杆长1 m, 横截面为10 mm×10 mm的矩形截面, 材料弹性模量为3 GPa。求梁端B点分别受向上作用力F=1 000 N (工况 (1) ) 和向下作用力F=1 000 N时 (工况 (2) ) , 梁端B点的位移。
显然, 当梁端B点受向上作用力F=1 000 N时, 悬臂梁梁端B将与压杆顶部B'分开 (即相互不接触) , 压杆B'C不受力, B点位移可以仅按照悬臂梁计算, 为静定问题;当梁端B点受向下作用力F=1 000 N时, 悬臂梁梁端B与压杆顶部B'相互接触并且呈压紧状态, 压杆分担一部分荷载, B与B'点的位移相等, 为超静定问题。在这两种情况下的位移都可以由材料力学的方法计算理论值。
经ANSYS软件计算, 得到理论值与有限元计算结果如表1所示。可见, Link10单元模拟脱离支撑的有限元计算是足够精确的。
2 预应力张拉导致支架受力重分布的计算实例
2.1 工程背景
某客运专线特大桥 (48+80+48) m预应力连续箱梁, 拟采用如图2所示支架进行分节段支架现浇施工, 该支架主要由模板定型支撑架、底模横向分配梁及垫木、贝雷架和设置于混凝土条形基础 (或桥墩承台) 上的钢管柱及垫梁构成。由于施工过程中施工支架的受力模式可能发生较大变化, 在桥梁80 m主跨的D节段两端分别设置了劲性支撑。
2.2 支架结构的力学模型与计算方法
如图3所示, 在箱梁的混凝土浇筑阶段, 各榀模板定型支撑架的受力可视为附近60 cm范围内的混凝土自重以及其他施工荷载的组合 (按TB 10210—2001中3.3.1条的规定取值) 。D节段预应力张拉施工时的箱梁已经具有100%的设计强度。计算时, 需要考虑箱梁脱离模板定型支撑架的可能。为了简化计算, 可将各部分的力学模型加以简化如下。
1) 节段箱梁视为考虑自重的梁 (结构力学意义上的梁) ;
2) 模板定型支撑架简化为单向承压的压柱, 即受压时存在作用力与反作用力, 受拉时作用力与反作用力为0;
3) 贝雷架作为等效的连续梁处理;
4) 预应力张拉的作用效应按R.B.B.Moorman等效荷载法处理。
箱梁、贝雷架采用Beam188梁单元模拟, 赋予梁单元顺梁向抗弯刚度EI;模板定型支撑架采用杆单元Link10 (单向拉压杆单元) 模拟, 赋予杆单元抗压刚度EA。
2.3 计算结果
节段箱梁中间段及模板定型支撑架出现向上竖向位移, 即出现反拱。进行ANSYS单元节点力查询后知, 中间部分节点模板定型支撑架的节点力为0。
这表明, 中间部分节点对应梁段发生反拱, 脱离了模板定型支撑架, 致使模板支撑架不受压力, 显示力为0。除上述模板定型支撑架外, 节段预应力张拉后两侧各仅有6榀模板定型支撑架承载。
3 结语
基于ANSYS软件的Link10单元, 能有效模拟箱梁在预应力张拉后, 梁体中部反拱导致支架受力重分布的情况。从而, 该计算方法可进一步用于预应力构件现浇施工时的支架设计。仿照ANSYS软件的Link10单元, 将该单元模拟预应力构件脱离支撑的功能, 编制相应的计算程序, 以便有效计算施工阶段的作用效应, 是可以进一步展望的工作。
参考文献
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