橋梁施工有通道腳手架的受力變化分析

1、26施工技術(shù)CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2004年2月第33卷第2期橋梁施工有通道腳手架的受力變化分析嚴(yán)薇,楊洋,曹永紅(重慶大學(xué),重慶400045)摘要結(jié)合城市道路高架橋施工中模板支撐腳手架中間有可能開設(shè)較大跨度通道的情況,以實(shí)際中常用的WDJ碗扣式鋼管腳手架為對(duì)象,運(yùn)用有限元程序ANSYS進(jìn)行分析,著重研究橋梁腹板位置變化以及橋梁高度變化對(duì)腳手架受力的影響規(guī)律。關(guān)鍵詞城市橋梁;腳手架;有限元分析;腹板中圖分類號(hào)TU73112文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)100228498(2004)0220026202StressChangeAnalysisofScaffoldingwithPass

2、ageinConstructionofBridgesYANWei,YANGYang,CAOYong2hong(ChongqingUniversity,Chongqing400045,China)2Abstract:Becauseengineersusuallyneedtosetuplargespanpassagesintheformworksupportscaffoldinginconstructionofurbanroadviaducts,authorsadoptedthefiniteelementanalysismethodtoanalyzethenormalWDJbowl2shape2f

3、astenersteelpipescaffoldinginordertostudytheinfluenceofchangeofpositionofbridgewebplateandchangeofbridgeheightonthestressofscaffolding.Keywords:citybridge;scaffolding;finiteelementanalysis;webplate城市中建設(shè)各種立交橋、高架橋和人行天橋時(shí),為減少對(duì)交通的影響,需要在腳手架中央開設(shè)臨時(shí)通道,而通道部分的架空轉(zhuǎn)換使腳手架受力傳力更為復(fù)雜。其中,橋梁腹板位置變化和橋梁高度變化均會(huì)對(duì)腳手架的內(nèi)力分布產(chǎn)生很大的

4、影響。通過(guò)眾多施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研,運(yùn)用ANSYS程序建立三維模型進(jìn)行大量的計(jì)算,我們對(duì)以上兩個(gè)問題進(jìn)行了分析。1模型建立條件WDJ碗扣式鋼管腳手架立桿常用規(guī)格016、112、118、214m,橫桿常用規(guī)格013、016、019、112、115、118、214m。每個(gè)單元采用ANSYS程序中的BEAM單元建5m,且城市立交橋一般為30m以下,考慮到作為兩側(cè)支座部分的支架變形不能過(guò)大,以及為使計(jì)算能接近極限值,取模型架空高度為6m,支架部分最高24m,即總高24+6=30m。對(duì)總高為24、18、12m等幾種高度的腳手架進(jìn)行對(duì)比分析。模型架空寬度,按城市快速干道要求單通道取3175m,加兩側(cè)安全寬度01

5、5m,取418m。立桿間距縱向取112m,橫向分別取016、019、112m(工字鋼間距與之相同),橫桿間距112m。計(jì)算中將作用在支架上的荷載按實(shí)際傳力方式,以集中荷載的形式(連續(xù)梁的支座反力)施加到支架頂部節(jié)點(diǎn)上。2腹板位置變化分析立,即桿件節(jié)點(diǎn)為剛性節(jié)點(diǎn)?？紤]到橫桿與立桿、斜桿與立桿的連接并非完全剛性,將橫桿和斜桿的慣性矩折減為原來(lái)的15%,以模擬節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況。建模計(jì)算過(guò)程中通道架空部分可能承受以下荷載:箱梁自重+模板自重+施工活載。為便于分析,將荷載分解為:底板荷載q1=底板自重+底模自重+施工活載;腹板荷載q2=腹板自重+側(cè)模自重;其中模板自重為015kNm2,施工活載由規(guī)范查得為

6、110kNm2。腹板的位置隨箱梁的寬度而變化。當(dāng)箱梁寬度在6m以下時(shí),通常只有1孔,有2片腹板;當(dāng)箱梁寬度在68m時(shí),通常為2孔,有3片腹板?？紤]腳手架的對(duì)稱布置,中腹板始終位于立桿正上方或2根立桿的跨中,下面主要針對(duì)這兩種布置方式進(jìn)行分析。計(jì)算圖如圖1所示,其中q1=01084kNmm,q2=01051kNmm(邊腹板),q2=01053kNmm(中腹板)。各算例中,模型的橫桿步距取112m,立桿橫向間收稿日期2003207207;修訂日期2003209208),女,貴州遵義人,重慶大學(xué)土木工作者簡(jiǎn)介嚴(yán)薇(1964通道部分使用工字鋼進(jìn)行架空轉(zhuǎn)換,采用三維空間模型進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)規(guī)范,架空高度下

7、限為415© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2004No.2嚴(yán)薇等:橋梁施工有通道腳手架的受力變化分析表1腳手架立桿內(nèi)力(支座力)計(jì)算結(jié)果27箱梁寬度m算例編號(hào)支座號(hào)(從邊點(diǎn)到中點(diǎn))示意圖圖1a圖1b圖1c圖1d圖1d圖1c圖1c圖1c參數(shù)mma1a2a3L6000-840078007800840084009000距取016m、縱向間距取112m,箱梁高210m,寬度分別取610、616、718、814、910m,底板厚012m,腹板厚0135m,橋梁高30m,架空部分高6

8、m、寬418m,且不考慮通道架空部分的上方設(shè)有隔梁。計(jì)算結(jié)果如表1所示。架的內(nèi)力也隨之減小。然而,通過(guò)模型計(jì)算分析,發(fā)現(xiàn)有通道部分的腳手架內(nèi)力變化呈現(xiàn)不規(guī)律性,這應(yīng)引起施工單位的足夠重視。對(duì)上述分析腹板位置變化的各算例再進(jìn)行分析,假設(shè)其橋梁高度變化如表2所示,計(jì)算其內(nèi)力。從表2可以看出:表2不同橋梁高度下腳手架內(nèi)力計(jì)算算例編號(hào)內(nèi)力類型最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN最大位移mm最大壓力kN橋梁高度m3061184-26108961037-25125661162

9、-2519995145-24111651279-24158661163-26100361162-25199351977-2511452451139-2611951029-25140451127-2611484145-23160241278-23142951128-26115151127-26114741970-2512241841100-26184741032-26121341091-26181531484-23149231304-22191541091-26181741091-26186631975-2519231231015-28101321989-2716731007-271957215

10、19-23178821338-22149231008-27196031008-27196121940-271237(1)隨著橋梁高度的下降,桿件最大位移隨之減小。(2)支架立桿上方有腹板時(shí),支架立桿內(nèi)力通常隨高度的下降而增大,如算例、。(3)當(dāng)中間腹板位于兩側(cè)立桿跨中,兩側(cè)腹板位于圖1算例計(jì)算圖跨內(nèi)且靠近支座時(shí),支架立桿內(nèi)力通常隨高度的下降而減小,如算例。(4)當(dāng)中間腹板位于兩側(cè)立桿跨中,兩側(cè)腹板位于跨內(nèi)時(shí),支架立桿內(nèi)力隨高度下降的變化是不規(guī)則的。如算例中的內(nèi)力由大變小,降到12m時(shí)又變大。(5)支架立桿上方有腹板,尤其是當(dāng)中間腹板位于由表1可以看出,當(dāng)中腹板荷載位于支座上方時(shí),立桿最大內(nèi)力較

11、中腹板荷載位于跨中時(shí)大,應(yīng)首先盡量避免這種不利情況;其次,再考慮盡量使兩側(cè)腹板分別位于各自兩側(cè)立桿跨內(nèi)。在施工過(guò)程中,可以通過(guò)調(diào)整腳手架的支承位置來(lái)降低腳手架中的最大內(nèi)力,提高其穩(wěn)定性。當(dāng)立桿規(guī)格為112m時(shí),對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)荷載為30kN,以上各例中,立桿內(nèi)力均未超過(guò)30kN的允許內(nèi)力值。3橋梁高度變化分析立桿上方時(shí),如算例,在支架本身自重減輕的情況下(支架高度降低,桿件數(shù)量減少),最大軸力變得更大(30m時(shí)為251999kN、18m時(shí)為261815kN),軸力分布很不均勻。說(shuō)明橫桿對(duì)立桿軸力的調(diào)節(jié)作用明顯,橫桿(下轉(zhuǎn)第47頁(yè))在施工過(guò)程中,普遍認(rèn)為隨著橋梁高度降低腳手© 1995-20

12、05 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2004No.2竺召煒:大型雙曲線形冷卻塔風(fēng)筒施工方法探討47(1)施工大型冷卻塔時(shí)的豎井架高度會(huì)達(dá)到或超以在相對(duì)較低的環(huán)境溫度下繼續(xù)施工。對(duì)于特大型冷卻塔的施工,其優(yōu)越性更顯著。但是,電動(dòng)爬模施工方法對(duì)冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有特殊要求,如筒壁曲率、最大傾斜度、半徑比、筒壁最小厚度、厚度變化率等都有限制。另外,要添置整套電動(dòng)爬模設(shè)備、中心塔吊及附壁式曲線電梯需要很大的投入。213三角架翻模加中心塔吊的施工特點(diǎn)(1)施工設(shè)備比較簡(jiǎn)單,可利用施工企業(yè)原有的三過(guò)150m,在風(fēng)載和施

13、工荷載作用下,井架的整體穩(wěn)定性很難滿足要求。(2)豎井架需要設(shè)置多道纜風(fēng)繩以保證其穩(wěn)定,纜風(fēng)繩錨定范圍很大,對(duì)施工場(chǎng)地布置和交通運(yùn)輸不利。(3)采用線墜對(duì)中法拉鋼尺來(lái)控制中心、確定筒壁半徑容易產(chǎn)生中心飄移和較大的半徑誤差,使冷卻塔風(fēng)筒外形在環(huán)向或子午向出現(xiàn)初期缺陷。(4)三角架和模板靠人工翻運(yùn),勞動(dòng)強(qiáng)度大,安全角架翻模系統(tǒng)。中心塔吊及附壁式曲線電梯國(guó)內(nèi)有生產(chǎn),投入相對(duì)小,比較適合于施工企業(yè)的技術(shù)改進(jìn)。(2)取消了豎井架及其纜風(fēng)繩,施工場(chǎng)地的布置和感差。(5)三角腳手架和模板是通過(guò)對(duì)拉螺栓分層固定在混凝土筒壁上,由于上節(jié)筒壁混凝土的強(qiáng)度較低,模板系統(tǒng)穩(wěn)定性差。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí),施工進(jìn)度受到限制。

14、212電動(dòng)爬模的施工特點(diǎn)(1)冷卻塔風(fēng)筒幾何尺寸正確。由于爬模系統(tǒng)的交通運(yùn)輸不受限制。(3)提高了材料吊運(yùn)和施工人員的安全。采用與電動(dòng)爬模同樣的施工縫處理方法,也可做到筒壁混凝土自防水。但由于仍然使用三角架翻模的腳手、模板體系和線墜對(duì)中拉鋼尺的測(cè)量方法,仍存在筒壁外形缺陷、施工勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工安全感差等。3結(jié)語(yǔ)導(dǎo)軌在施工過(guò)程中對(duì)筒壁起了控制定位的作用,爬升架空間剛度大,模板固定方式牢靠,測(cè)量定位手段精確,因此對(duì)風(fēng)筒半徑的施工誤差基本可控制在±2cm以內(nèi),子午向曲線合格率可達(dá)98%(01015L,L為每節(jié)模板的高度)。(2)施工安全可靠。爬升時(shí)平穩(wěn)無(wú)晃動(dòng),爬升裝置對(duì)于三角架翻模加中心塔

15、吊施工方法,可參照電動(dòng)爬模大模板的測(cè)量方法,用測(cè)距儀或帶90°轉(zhuǎn)角目鏡的經(jīng)緯儀測(cè)定風(fēng)筒半徑以代替鋼尺測(cè)量,既能提高風(fēng)筒半徑的測(cè)量精度,又可將塔吊設(shè)置在冷卻塔中心,省去因塔吊偏心布置而增加的輔助起吊設(shè)施。定位方法上,以各人字柱在下環(huán)梁的交點(diǎn)作為筒壁半徑測(cè)量的下基準(zhǔn)控制點(diǎn),投影到水池底板上,標(biāo)出通過(guò)塔基中心的輻射形軸線,軸線的數(shù)量與基準(zhǔn)控制點(diǎn)的數(shù)量一致。在各輻射線與R1、R2圓的交點(diǎn)處,埋設(shè)鐵板并沖擊小眼作為測(cè)量控制的基準(zhǔn)點(diǎn)。能在不增加很大投入的情況下,進(jìn)一步提高筒壁的工藝質(zhì)量。參考文獻(xiàn):1宋國(guó)秉,郁淇,許榮熙,等.火力發(fā)電廠土建施工M.北京:水設(shè)限位開關(guān)和螺桿保險(xiǎn)銷雙重安全裝置,全部施

16、工荷載通過(guò)精軋高強(qiáng)度螺栓及剪力環(huán)傳至澆灌已3d的混凝土筒壁上,保證了系統(tǒng)總體安全可靠。(3)勞動(dòng)強(qiáng)度低,施工人員少。爬升架、導(dǎo)軌、模板等提升全部用電動(dòng)機(jī)械操作。模板系統(tǒng)可以分段爬升,流水作業(yè),一般情況下,一線作業(yè)人員為6070人,與翻模施工方法150200人相比,減少施工人員50%以上。(4)筒壁施工縫采用凹槽加高壓水、氣沖刷混凝土表面浮漿,使節(jié)間混凝土結(jié)合良好、不滲漏?？蓪?shí)現(xiàn)筒壁混凝土自防水,取消筒體內(nèi)壁防水涂料,降低工程造價(jià)。(5)工期短。筒壁施工速度平均可達(dá)115md,還可(上接第27頁(yè))利電力出版社,1991.2李慧民.土木工程施工技術(shù)M.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2002.板偏離立桿一定距離,則荷載更小,該立桿與旁邊立桿的荷載差更小,橫桿的調(diào)節(jié)作用相對(duì)減弱。綜合上述,腳手架通道部分架空后,桿件受力傳力形式變得更為復(fù)雜,我們建議在實(shí)際施工中,必須通過(guò)具體的計(jì)算來(lái)確定通道部分的搭設(shè)形式,以確保腳手架的穩(wěn)定和橋梁的施工安全。參考文獻(xiàn):1建筑施工手冊(cè)編寫組.建筑施工手冊(cè)(第三版)M.北京:中國(guó)數(shù)量減少,調(diào)整作用減弱。(6)算例中,中間腹板位于兩側(cè)立桿跨中,支架立桿內(nèi)力隨高度的下降而減小,這并非意味著橫桿的調(diào)整作用不存在,而是因?yàn)殡S著高度變化,支架自重減