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,以實際中常用的WDJ碗扣式鋼管腳手架為對象,運用有限元程序ANSYS進行分析,著重研究橋梁腹板位置變化以及橋梁高度變化對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TU73112文獻標(biāo)識碼A文章編號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,為減少對交通的影響,需要在腳手架中央開設(shè)臨時通道,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對腳手架的內(nèi)力分布產(chǎn)生很大的

4、影響。通過眾多施工現(xiàn)場的調(diào)研,運用ANSYS程序建立三維模型進行大量的計算,我們對以上兩個問題進行了分析。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大,以及為使計算能接近極限值,取模型架空高度為6m,支架部分最高24m,即總高24+6=30m。對總高為24、18、12m等幾種高度的腳手架進行對比分析。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。計算中將作用在支架上的荷載按實際傳力方式,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)點上。2腹板位置變化分析立,即桿件節(jié)點為剛性節(jié)點?？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的15%,以模擬節(jié)點的實際情況。建模計算過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,通常只有1孔,有2片腹板;當(dāng)箱梁寬度在68m時,通常為2孔,有3片腹板?？紤]腳手架的對稱布置,中腹板始終位于立桿正上方或2根立桿的跨中,下面主要針對這兩種布置方式進行分析。計算圖如圖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)土木工作者簡介嚴(yán)薇(1964程學(xué)院副教授,副處長,重慶市沙坪壩北街83號400045,電話:1360838

7、2832通道部分使用工字鋼進行架空轉(zhuǎn)換,采用三維空間模型進行計算。依據(jù)規(guī)范,架空高度下限為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)計算結(jié)果27箱梁寬度m5175715571808140算例編號支座號(從邊點到中點)19133213621369133131484162131474162218124221772217318124131542213213155221323213451285143

8、21343104311131003109451625151419451625144515551585160551462197511151405146511141934176622168151964188310021984193419351627-516715196151965166516631018-22157-221582215815156示意圖圖1a圖1b圖1c圖1d圖1d圖1c圖1c圖1c參數(shù)mma1a2a3L125-42512503000300350-175350350300350300125-17512525050250506000-840078007800840084009000距

9、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6m、寬418m,且不考慮通道架空部分的上方設(shè)有隔梁。計算結(jié)果如表1所示。架的內(nèi)力也隨之減小。然而,通過模型計算分析,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。對上述分析腹板位置變化的各算例再進行分析,假設(shè)其橋梁高度變化如表2所示,計算其內(nèi)力。從表2可以看出:表2不同橋梁高度下腳手架內(nèi)力計算算例編號內(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

10、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m3061184-26108961037-25125661162-2519995145-24111651279-24158661163-26100361162-25199351977-2511452451139-2611951029-25140451127-2611484145-23160241278-23142951128-26115151127-26114741970-2512241841100-26184741032-26121341091-26181531484-23149231304-22

11、191541091-26181741091-26186631975-2519231231015-28101321989-2716731007-27195721519-23178821338-22149231008-27196031008-27196121940-271237(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,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算例計算圖跨內(nèi)且靠近支座時,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,支架立桿內(nèi)力隨高度下降的變化

12、是不規(guī)則的。如算例中的內(nèi)力由大變小,降到12m時又變大。(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,立桿最大內(nèi)力較中腹板荷載位于跨中時大,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)。在施工過程中,可以通過調(diào)整腳手架的支承位置來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,對應(yīng)的設(shè)計荷載為30kN,以上各例中,立桿內(nèi)力均未超過30kN的允許內(nèi)力值。3橋梁高度變化分析立桿上方時,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時為251999kN、18m時為2

13、61815kN),軸力分布很不均勻。說明橫桿對立桿軸力的調(diào)節(jié)作用明顯,橫桿(下轉(zhuǎn)第47頁)在施工過程中,普遍認(rèn)為隨著橋梁高度降低腳手© 1995-2005 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)施工大型冷卻塔時的豎井架高度會達(dá)到或超以在相對較低的環(huán)境溫度下繼續(xù)施工。對于特大型冷卻塔的施工,其優(yōu)越性更顯著。但是,電動爬模施工方法對冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計有特殊要求,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

14、套電動爬模設(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(1)施工設(shè)備比較簡單,可利用施工企業(yè)原有的三過150m,在風(fēng)載和施工荷載作用下,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,對施工場地布置和交通運輸不利。(3)采用線墜對中法拉鋼尺來控制中心、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,勞動強度大,安全角架翻模系統(tǒng)。中心塔吊及附壁式曲線電梯國內(nèi)有生產(chǎn),投入相對小,比較適合于施工企業(yè)的技術(shù)改進。(2)取消了豎井架及其纜風(fēng)繩,施工場

15、地的布置和感差。(5)三角腳手架和模板是通過對拉螺栓分層固定在混凝土筒壁上,由于上節(jié)筒壁混凝土的強度較低,模板系統(tǒng)穩(wěn)定性差。當(dāng)環(huán)境溫度較低時,施工進度受到限制。212電動爬模的施工特點(1)冷卻塔風(fēng)筒幾何尺寸正確。由于爬模系統(tǒng)的交通運輸不受限制。(3)提高了材料吊運和施工人員的安全。采用與電動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、模板體系和線墜對中拉鋼尺的測量方法,仍存在筒壁外形缺陷、施工勞動強度大、施工安全感差等。3結(jié)語導(dǎo)軌在施工過程中對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,測量定位手段精確,因此對風(fēng)筒半徑的施工誤差基本可控

16、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。爬升時平穩(wěn)無晃動,爬升裝置對于三角架翻模加中心塔吊施工方法,可參照電動爬模大模板的測量方法,用測距儀或帶90°轉(zhuǎn)角目鏡的經(jīng)緯儀測定風(fēng)筒半徑以代替鋼尺測量,既能提高風(fēng)筒半徑的測量精度,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)梁的交點作為筒壁半徑測量的下基準(zhǔn)控制點,投影到水池底板上,標(biāo)出通過塔基中心的輻射形軸線,軸線的數(shù)量與基準(zhǔn)控制點的數(shù)量一致。在各輻射線與R1、R2圓的交點處,埋設(shè)鐵板并沖擊小眼作為測量控制的基準(zhǔn)點。能在

17、不增加很大投入的情況下,進一步提高筒壁的工藝質(zhì)量。參考文獻:1宋國秉,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)和螺桿保險銷雙重安全裝置,全部施工荷載通過精軋高強度螺栓及剪力環(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)勞動強度低,施工人員少。爬升架、導(dǎo)軌、模板等提升全部用電動機械操作。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?？蓪崿F(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。(5)工期短。筒壁施工速度平均可達(dá)115md,還可(上接第27頁)利電力出版社,1991.2李慧民.土木工程施工技術(shù)M.北京:中國計劃出版社,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,我們建議在實際施工中,必須通過具體的計算來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:1建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊(第三版)M.北京:中國數(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