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1、懸空托架施工工藝與有限元分析研究 ? 懸空托架施工工藝與有限元分析研究 懸空托架施工工藝與有限元分析研究 方博夫 (長沙交通投資控股集團有限公司，湖南長沙0014) 摘 要 采用懸空托架法施工可以解決山區(qū)復雜地勢高墩連續(xù)剛構橋現(xiàn)澆段施工支架搭設不便的難題，施工過程高效、安全、簡易。探討了懸空托架在邊跨現(xiàn)澆段的施工工藝，并對其進行應力和變形有限元分析,為工程實際提供設計參考，為相似工程提供借鑒. 關鍵詞 現(xiàn)澆段; 懸空托架； 施工工藝; 有限元分析1概述 這些年橋梁問題頻發(fā)，其中有關支架的就有很多。人們很少意識到支架的受力問題，或許只是單單從理論上研究它，很難和實際工程相結合,導致一系列問題的出2、現(xiàn)。所以進行全面的支架研究,尋找對實際問題的解決方案，為合理的支架施工提供方向,這樣研究是非常具有意義的。本文就某連續(xù)剛構橋現(xiàn)澆段采用的1懸空托架進行施工工藝和有限元分析，對類似地形下橋梁施工和設計分析具有一定的參考價值。 2懸空托架的主要特點2.1 懸空托架的優(yōu)點 懸空的托架歸為懸空的結構，這種懸空的施工方法具體操作是先形成支撐的主體,主體是由鋼結構拼湊然后電焊成的牛腿,再在上部搭起分配的梁,一共兩層，成為施工的平臺.無需搭設支架，與其它落地式支架相比，對地勢復雜的山區(qū)和高墩橋梁施工具有明顯的優(yōu)勢 懸空托架采用型鋼拼裝焊接，結構簡單，既能保證結構受力合理、安全合理，而且可以使施工的質量更好，3、項目的進度更快，項目的成本更低，使工作量急速降低,使工作人員的工作強度減小。 2。2 懸空托架的形式特征托架構造采取牛腿托架，這種形式體積不大，構造受力合理，在設計方面比較全面，而材料大多采用鋼材，方便施工。一側的托架使用三根牛腿的托架一樣的距離放置,每一片的托架間有橫向連接的元件,多是鋼結構焊接形成的。托架主要受力部位使用I32b鋼,且是工字電焊形成,一共上下兩部分,一部分是桁架,主要負責傳導力,另一部分是牛腿,主要負責支撐，這部分和橋墩有兩個連接部位，都要布置預埋件,通過電焊聯(lián)系起來，錨固點是主要受力部位,所以需要對這個地方的構造形式和大小進行控制,實際施工的質量也需要控制。一部分連接的點4、用兩排6根0 m的鋼與20 mm板電焊連接,有一個方向的力；另一部分為預先埋置的斜向支撐的,使用20 mm的板，尺寸00m30 m。現(xiàn)在在牛腿的里面加上一部分I20的橫向梁,為了防止上面的桁架導向一邊,所以最后需要形成一個整體 托架的最上面使用雙層的分配梁來均勻的分擔力,一層采用I20 m的工字鋼,這些梁主要做一個方向力的分擔，另外一層使用兩個I400 m的工字鋼做另外一個方向的力的分擔。現(xiàn)澆的部分里外模板都使用竹膠的板,底板鋪設10cm10 m及12c1 方木，梁體內外使用鋼管扣件支架支撐模板(見圖1,圖2)。 圖1懸空托架布置側面圖Fige 1 The s viewo ipndin brc5、kt圖2 懸空托架布置正面圖Fgure 2 T front view o ipnng braet3 懸空托架施工工藝流程 3.1 總體施工流程 總體施工工藝流程如圖3所示。 圖總體施工流程圖igre 3 The geneacnstructionfw cht3。2施工重點邊跨的現(xiàn)澆段在實際操作澆筑時,懸空的托架承擔大部分的力，而在合攏時，荷載是由兩部分分擔的,包括掛籃還有托架。并且截面是非對稱的,有部分伸出,這部分不斷加長,恒載不斷加大,引起扭矩也不斷加大,同時在截面上會發(fā)生扭轉的變形，剪切應力不斷加大,影響結果的準確性，故在進行實際施工的過程中，對托架進行預先的加壓是特別重要的，這也同時影響施6、工和受力的準確性，還要保證與引橋和合理連接。所做的一切都是為了保證橋梁的安全運營。預先加壓是為了: 檢測托架各個部分的穩(wěn)定性，抗壓抗拉強度，還有整體的剛度,推斷出這些托架連接是否是正確的； 托架自身會有各種變形,為了使結構不要出現(xiàn)非線性的變形,同時需要得到彈性變形值，以防在實際的操作過程中發(fā)生特別大的豎向的變位,對橋梁整體的形狀也會有形象,同時影響結構的實際使用5. 設計參數(shù)6 計算參數(shù)。 方木采用紅松：單重650 k/,順紋壓應力= P,順紋彎應力,橫紋彎應力,順紋剪應力,彎曲剪應力，彈性模量E=9103 MPa. 型鋼采用Q23鋼，軸向應力=14 MPa,彎曲應力,剪應力。 荷載取值。 荷7、載組成: 托架的設計荷載包括托架自重、鋼筋混凝土的自重(取6 kN/m3）;模板支架的自重按.5 kN/2取值;施工荷載取1。5kN/3；砼澆筑時候振動荷載系數(shù)取1。2。 設計荷載值。墩柱偏位由2部分形成，一部分實體結構和外面的部分,墩柱上面的部分荷載大：墩柱外面的部分: G1= 26kN/m18.5 m21.29 622. kN; 墩柱外測部分: RA471. N, RB=460. kN; 墩柱偏心距為: M=620 N。6 m+715 k1。48 m+ 40 kN3 m2 79。24kNm; 墩柱外側配載:1= 79.4 km/2.=113。02 N。 懸空托架有限元分析 5.1懸空托架整8、體模型的建立根據(jù)以上參數(shù)值,選擇梁單元建模,截面為型鋼截面,將設計荷載值轉換為梁單元(連續(xù)）均布荷載分別施加在19根縱梁上。模型如圖所示： 圖4懸空托架模型Fiure4The model o mpedin brcet52 應力分析 正應力分析8。 托架正應力等值線如圖5所示。 圖 正應力等值線圖（單位： kNm2)Figure 5Thecnrap of norml stres（uit:kN/m2） 根據(jù)圖5得,托架的壓應力為103MP,MAX拉應力為3。MPa,產(chǎn)生在連接的地方的托架鋼結構使用Q25，安全的系數(shù)為w/等于145/103等于1。大于1。3。 剪應力分析。 在單元局部坐標軸x、y兩9、個方向都產(chǎn)生剪應力，取主軸截面。由托架剪應力等值線圖（見圖6)可知,托架最大剪應力為2。39 Pa 。AX剪切應力產(chǎn)生牛腿和橫向支架的連接部位。托架的鋼結構使用Q35,安全系數(shù)/=85/42。=2。13,符合要求。圖6 剪應力等值線圖(單位: kN/2)Fiure 6he contou p o hastress（nt: kN/m） 組合應力分析（見圖7）. 由圖7可知:軸向和彎矩共同作用產(chǎn)生的最大組合拉應力為111.0a,A壓應力為17。7 M。都比23鋼的允許應力15MPa小。 圖7托架組合應力等值線圖（單位： kNm2)igure 7 The bracketsconumap of coie10、dsress (nit:k/m2) 5。3 變形形狀分析 規(guī)范中有關的驗算,關于支架和模板的剛度，有一些要求：這些結構受荷載作用時，彈性的撓度是相關的結構計算跨性的四百分之一。 由圖得:外面豎向的梁,MAX撓度在0.4mm和4。8m中間，48 mm圖8 托架的下?lián)蠄D（單位： m)Fir8Th bact delectiomap (unt：cm） 橫向梁伸出部分太長，承擔的力比較大,橫梁懸臂末端下?lián)陷^大,為了更好的控制下?lián)?方便立模標高的確定,選用I50雙拼工字鋼作為橫梁最大下?lián)蟽H為12mm9（見圖9)。 圖9 托架橫梁下?lián)蠈Ρ葓DFigure 9hecprson apo acket bem def11、lecion 5。4整體穩(wěn)定性分析 結構的整體穩(wěn)定性分析是長期備受關注的問題，有許多的原因造成形式整體的支撐能力改變，像形狀、幾何和材料非線性、加載的位置等。實際施工時,必須要第一個想到整體的穩(wěn)定性是否受力作用的影響。線形的屈曲會對我們的估計產(chǎn)生影響,同時也會得到不利狀態(tài)的樣子，這樣我們會根據(jù)實際的狀態(tài)來進行判斷。這里會對整體進行一階的分析11,得到它的失穩(wěn)時候的狀態(tài)，同時得到。1的系數(shù),為臨界的荷載系數(shù)，代表54。18倍數(shù)的力加載在結構上,這時實際狀態(tài)和理論狀態(tài)是一致的，圖10所示為一個方向的屈曲，是作用力大的時候發(fā)生的.一般結構的臨界荷載系數(shù)大于5即能滿足穩(wěn)定要求,4。180大于5,穩(wěn)定能12、力比較好,能夠滿足承載要求。 圖10屈曲模態(tài)Fgure 0Te buclin moe分析得出,托架的受力比較好,滿足規(guī)范,故結構形式也比較好，能夠滿足安全性與適用性的要求。結論 本文探討了懸空托架的優(yōu)點和構造特點,并總結出其施工工藝流程,并突出了施工重點，采用有限元軟件對結構進行應力、變形和穩(wěn)定性分析，得出其符合設計規(guī)范的要求。本文通過懸空托架在一座山區(qū)高墩連續(xù)剛構橋的應用和有限元分析，論證了該結構可以取代落地式橋梁支架施工,對于山區(qū)河谷等復雜地勢下施工具有很大的適應性和可靠性,可為類似工程施工提供借鑒。參考文獻 1 李明,陳偉。 橋梁施工臨時結構設計M.北京：中國鐵道出版社,202 2張磊。13、 懸空托架在連續(xù)剛構橋邊跨現(xiàn)澆段施工中的應用D。西安:長安大學，12. 3 彭偉海。 懸空抱箍托架法在現(xiàn)澆墩柱式蓋梁施工中的應用J。中國西部科技，00（5):91。4 吳世鋒. 試論高速公路橋梁施工技術J。北方交通，03（):474. 5 朱曉明橋梁施工技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 中國新技術新產(chǎn)品,201（6）：4。6 交通部第一公路工程總公司。 公路施工手冊橋涵（上冊）M 北京:人民交通出版社， 2. 7 向堅持，劉相濱,譚義紅，等。DAS技術研究及其應用J。 計算機工程與應用,002(5）：18-17. 8JJ02,公路橋涵鋼結構及木結構設計規(guī)范. 9 吳永盛，謝云 MidsCivil軟件在臨時14、結構計算的運用 福建建筑，2012（4）:7-77。10 侯增水，楊桂玲. 橋梁穩(wěn)定理論的研究J. 黑龍江交通科技，25(）:5254 1 劉興業(yè)，韓慶華，金輝，等。 工程結構整體屈曲的臨界荷載分析J 天津大學學報， 2005（）. pndig racet onstrctio Crat a the iite Element Alys and etigaioFANGBofu (hns Commnictio Inestment Hodn Goup Co, Ltd，Changha,Hn 410014，Cina)Astct:heimpnng bracke contucin mthod can sove15、 t robem ofnsrcio spprt builup n cast-sit segment of cntiuos riid rame rde wit hig ir in the cplemounanou erain， ndetheconstrction roessffiint,sf nd simple. Ths paper dcues tonsructio cat of impnng bet icasti-sie sementa he side pns,nd carries o he stessan deformation finite eetanalyss, o preeference r ratica design， nd feenefor silar projecs.Key wrdscast-isite segmts; Imening brackt;cotrutontholgy; finite-lent nayis 收稿日期 016 07 07作者簡介 方博夫(1980 )，男，湖南岳陽人,工程師,主要從事工程項目管理。 中圖分類號 4。5 文獻標識碼 文章編號 1674 60(2016）04 016 4