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橋梁滿堂支架澆筑工藝的支架安全分析

文檔作者：黃瑞民文檔來(lái)源：保定交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月13日
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橋梁滿堂支架澆筑工藝的支架安全分析SafetyAnalysisofBridgeFalseworkwith Full FramingCastingConstruction黃瑞民褓定交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北保定071051)HUANGRui．mill(BaodingTrafficConstructionManagementConsultingCo．Ltd．，Baoding 071051，China)【摘 要】支架現(xiàn)澆是橋梁最為普遍的施工工藝，受地質(zhì)環(huán)境和施工不確定性的影響，支架施工的安全和穩(wěn)定性是關(guān)注的重點(diǎn)．以一獨(dú)塔斜拉橋跨高速段滿堂支架施工為研究點(diǎn)，采用有限元模型確定了支架施工所需要考慮的最不利荷栽及取值，對(duì)支架的主要受力構(gòu)件的變形、應(yīng)力和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，構(gòu)件變形和應(yīng)力均滿足要求，但穩(wěn)定系數(shù)低于1，改善支架尺寸布置后，穩(wěn)定系數(shù)高于3，滿足規(guī)范要求。支架分析可為支架體系優(yōu)化和施工監(jiān)控提供參考?！続bstraot]Fullflamingcastingisaverycommontechnologyinbridgeconsa'uction．Thesafetyandstabilityofbridgefalseworkareofcritical importance duce to the influence ofgeological environment and uncertain construction process．Inthis paper,the research offalseworkintheconstructionofasinglepyloncable-stayedbridgeisfocused．Themostadverseloadsinframingcastingareconfirmedusing the finite element model,and the deformation,sa'ess．stability of falsework a∞fl,lrther analyzecL The results indicate thedeformation and s1Tess ofall components鋤satisfy the limit values in code．While．the stability factor is lower than 1．With theimprovementofthesizeofsomekeycomponentinthefalsework,thestabilityfactorcomest03，whichcanmeettherequirementof2．0．Theanalysisofstructuralperformanceoffalseworkinthispapercanprovideoptimizationandreferenceduringbridgeconstruction．【關(guān)鍵詞】斜拉橋；支架施工；現(xiàn)場(chǎng)澆筑；支架安全；穩(wěn)定性【Keywords]cable-stayedbridge；framingcasting；constructioninsitu；falseworksafety；stability【中圖分類號(hào)】u4J48．27 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1007．9467(2016)11-0069-03[DOIll0．13616／j．cnki．gcjsysj．2016．1 1．0181引言滿堂支架是橋梁施工的主要工藝之一，通過采用密集布置的支架支撐結(jié)構(gòu)澆筑的模板，提供橋梁澆筑所需要的線形。滿堂澆筑工藝是應(yīng)用歷史最長(zhǎng)的施工方法，能較好地適應(yīng)復(fù)雜線形及異型橋梁結(jié)構(gòu)的建設(shè)，特別適用采用混凝土、石料等密度較大的建造材料。此外，滿堂支架方法能就地澆筑，施工簡(jiǎn)單不需要預(yù)制場(chǎng)地【l,21。臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)如在施工中不給予足【作者簡(jiǎn)介】黃瑞民(1978～)，男，河北肅寧人，工程師，從事路橋監(jiān)理研究。夠的重視，其引發(fā)的安全事故及影響是嚴(yán)重的翻。相關(guān)工程在支架澆筑過程中，因預(yù)壓不足及地基變形估測(cè)不準(zhǔn)，導(dǎo)致支架變位和梁體開裂，也有支架設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的構(gòu)件破壞乃至整體支架垮塌破壞的現(xiàn)象【‘．習(xí)。因而在橋梁施工中，必須對(duì)支架這類臨時(shí)結(jié)構(gòu)給予足夠的重視，驗(yàn)算其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定等性能，并監(jiān)測(cè)其使用過程，確保結(jié)構(gòu)安全。本文以某一獨(dú)塔斜拉橋的支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑工藝為例，其主梁完全采用支架現(xiàn)場(chǎng)澆筑工藝，其中跨高速公路段跨徑最長(zhǎng)，支架受力最為不利。選取該段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，建立有限元模型，分析支架主要受力構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及整體支架體系的變形，為該橋梁的建造和支架優(yōu)化提供參考。69萬(wàn)方數(shù)據(jù)l工程建設(shè)與設(shè)計(jì)JConstruction&amp;amp;Des咖ForProject2 工程概況某獨(dú)塔斜拉橋跨徑布置1 15m+130m，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑工藝。該橋邊跨段采用滿堂碗扣式支架現(xiàn)澆施工；主跨及橋塔側(cè)采用框架立柱配合貝雷梁進(jìn)行支架現(xiàn)澆施工；主跨結(jié)構(gòu)跨高速段則采用了框架立柱配合縱橫工字鋼梁進(jìn)行現(xiàn)澆施工。這其中，跨高速段跨徑最大，受力較為不利，是支架安全所關(guān)注的重點(diǎn)。跨高速路段的支架布置斷面如圖1，采用框架立柱和縱橫工字鋼體系，形成混凝土梁段澆筑的支撐體系?？蚣芰⒅捎貌垆撔纬蛇B接體系，保證其受力穩(wěn)定性?？v橫工字鋼上面為施丁亞臺(tái)．妥用方木和調(diào)平頂托支撐澆筑模板r———— 一r ～O156 7刑圖1跨高架段支撐體系橫斷面布置3仿真分析及模型3．1計(jì)算基本假定支架計(jì)算過程中，需要對(duì)上下排支架的連接關(guān)系、構(gòu)件之間的連接關(guān)系、結(jié)構(gòu)荷載傳遞范圍等進(jìn)行假定計(jì)算，保證計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)受力行為一致。構(gòu)件約束行為方面，實(shí)際的上下排支架只傳遞豎向荷載，上下排支架通過擱置的形式，實(shí)現(xiàn)豎向荷載的傳遞，因此，考慮了如下假定：立柱與立柱橫梁，立柱橫梁與縱梁，立柱橫梁與貝雷支架，貝雷支架與上部小橫梁等結(jié)構(gòu)之間，考慮只傳遞豎向荷載，只約束同一區(qū)域范圍內(nèi)的豎向平動(dòng)自由度。構(gòu)件的荷載傳遞方面，支架上部結(jié)構(gòu)的荷載以面荷載的形式施加，對(duì)于面荷載的傳遞，根據(jù)情況以小橫梁的實(shí)際間隔區(qū)間，將面荷載轉(zhuǎn)化為線荷載的形式施加到施工平臺(tái)上(小橫梁)，對(duì)于混凝土的自重，則根據(jù)混凝土橫斷面的特征以線荷載的形式施加到施工平臺(tái)上。3．2計(jì)算荷載及標(biāo)準(zhǔn)分析段的構(gòu)件均使用Q235a鋼材，依據(jù)《公路橋涵施工70技術(shù)規(guī)范)(rrJ 041--2000)，有關(guān)荷載系數(shù)取值如下：混凝土重度26kN／m3；竹膠模板、方木荷載：ql=0．65kN／m2；設(shè)備及人工荷載：92=-2．2kN／m2；混凝土振搗荷載：q3=2kN／m2；碗扣支架：q,--4．07kN／m2(間距60cm)；考慮箱梁混凝土澆注時(shí)脹膜等因素的超載系數(shù)：1．05。采用標(biāo)準(zhǔn)組合(所有荷載分項(xiàng)系數(shù)為1)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)性能。計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(Ⅲ025--1986)規(guī)定鋼材的容許應(yīng)力按基本應(yīng)力提高30％，個(gè)別不是主要的受力桿件，允許采用不超過鋼材屈服點(diǎn)的85％，本橋設(shè)計(jì)時(shí)采用的容許應(yīng)力如下：Q235a鋼材的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力為210MPa；非主要受力構(gòu)件Q235a鋼材的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力為混凝土條形基礎(chǔ)0．85x210=178．5MPa(如立柱橫撐)。3．3有限元模型采用MIDAS CIVIL建立跨高速段支架的有限元模型，立柱、立柱橫聯(lián)、支撐橫梁、1j＼縱梁等均采用梁?jiǎn)卧?，共建?046個(gè)節(jié)點(diǎn)和1040個(gè)單元，其中立柱底面節(jié)點(diǎn)約束所有自由度，立柱與立柱橫梁之間通過主從節(jié)點(diǎn)約束豎向平動(dòng)自由度，立柱橫梁和小縱梁同樣約束豎向平動(dòng)自由度(見圖2)。圖2跨高速段支架有限元模型4支架施工安全性分析支架施工需要滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，強(qiáng)度和穩(wěn)定性是保證施工安全的關(guān)鍵，而支架剛度是確保橋梁澆筑線形和混凝土澆筑質(zhì)量的重要影響因素。分別對(duì)支架立柱、立柱橫聯(lián)、立柱橫梁和小縱梁進(jìn)行驗(yàn)算。4．1結(jié)構(gòu)體系剛度支架剛度是確保支架的變形在可控范圍內(nèi)，這對(duì)于主橋結(jié)構(gòu)施工線形的控制，施工可靠性與結(jié)構(gòu)受力安全性具有重要的作用。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范}(JTJ 041--2000)溉焉×一、44一、．萬(wàn)方數(shù)據(jù)5．2．7說(shuō)明，驗(yàn)算模板、支架的剛度時(shí)，其最大變形值不得超過以下允許值：支架受載后撓曲的桿件(橫梁、縱梁)，其彈性撓度為相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的1／400。圖3是總體支架在荷載組合作用下的變形包絡(luò)圖，由圖可知，最大豎向位移發(fā)生在第三跨區(qū)域內(nèi)的跨中位置，最大值達(dá)到28．451mm<13x1000／400=32．5mm．滿足剛度要求．薹垂小靄壅堡塾 ===2=====～一一≤ -一-：■j-_ 三j器然：3．482 喜、j{ ≥圖3總體支架荷載組合作用下的變形包絡(luò)圖4．2構(gòu)件強(qiáng)度安全性分析標(biāo)準(zhǔn)組合作用下主要構(gòu)件的受力及安全驗(yàn)算見表1，最大應(yīng)力值及其出現(xiàn)的位置可知，最大應(yīng)力為170MPa，出現(xiàn)在小縱梁靠近邊跨支架跨中位置，受正彎矩作用而產(chǎn)生的下緣拉應(yīng)力。市政-交通·水利工程設(shè)計(jì)l 脅礎(chǔ)咖d·什q歸-Waler船，以wcs’蛐e咖ml咖I性。模型建立過程中考慮立柱下緣固結(jié)處理(立柱插入到混凝土基礎(chǔ)中)，頂上不考慮立柱橫梁相互作用，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。因此，將荷載組合作用下的立柱頂點(diǎn)軸力提取出，施加在只有立柱和立柱橫聯(lián)的有限元模型上，計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示：立柱前三階失穩(wěn)狀態(tài)下荷載系數(shù)分別為0．868(中間支柱內(nèi)側(cè)邊上的面外失穩(wěn))、0．996(中間支柱外側(cè)邊上的面外失穩(wěn))和1．020(qb間支柱中間立柱的面外失穩(wěn))，不滿足要求。注意到，跨高速支架中間排支架部分采用609ramx16ram，部分采用426mmxl6mm，且靠近邊上失穩(wěn)的立柱采用426mmx 16mm，因此建議設(shè)計(jì)中把跨高速所有立柱圓管支架的尺寸調(diào)整為609mmx 16mm，重新進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算的前三階失穩(wěn)模態(tài)：三階穩(wěn)定系數(shù)分別為3．183、3．230和3．498，同樣在中間立柱排失穩(wěn)，但是穩(wěn)定系數(shù)提高了很多。5結(jié)論某獨(dú)塔斜拉橋主梁支架施工案例，采用有限元方法分析了跨高架支架的結(jié)構(gòu)性能。對(duì)圓管立柱、立柱橫聯(lián)、立柱橫梁和小縱梁等關(guān)鍵構(gòu)件的受力、變形和穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析。驗(yàn)算結(jié)果表明，構(gòu)件的變形較小，最大應(yīng)力為170MPa，均滿足規(guī)范要求。構(gòu)件的穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果顯示前三階穩(wěn)定系數(shù)為O．868、0．996和1．020，將圓管柱尺寸426mmxl6mm調(diào)整到609mmxl6mm時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)均在3．18以上，滿足要求。相關(guān)計(jì)算結(jié)果可為該支架的設(shè)計(jì)與施工監(jiān)控提供參考。db表1荷載組合下關(guān)鍵構(gòu)件的受力及安全驗(yàn)算結(jié)果【參考文獻(xiàn)】驗(yàn)算構(gòu)件面麗F——巡‰r—一／麓立柱橫聯(lián) 48．6 中問排立柱橫聯(lián) 210立柱橫梁 1 30．0 末排立柱橫梁的邊緣 2 10塵塑墨 !盟：Q 望墮墓墼墮主焦重：垂奎塹堡旦工墊廛左 2 114．3結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性支架的穩(wěn)定性是施工安全的另一重要方面，在整體支架結(jié)構(gòu)中，上部小縱梁和支撐橫梁受到密集排布支架的作用，其空間穩(wěn)定性受到支架與模板的約束，因此這些構(gòu)件的穩(wěn)定性并不起控制作用，而主要是下部的立柱的縱橫向受力穩(wěn)定性。此外，立柱平面內(nèi)有立柱橫聯(lián)以及立柱橫梁面內(nèi)的約束作用，其失穩(wěn)可能性會(huì)小于立柱平面外失穩(wěn)?；谏鲜龈拍?，計(jì)算中忽略立柱橫梁、小縱梁等構(gòu)件，研究只在豎向荷載傳遞下立柱與立柱橫聯(lián)組成構(gòu)件的空間穩(wěn)定【1】王豐，曹新建，孫亞剛．連續(xù)梁滿堂支架分次澆筑施工方法研究叨．工程與建設(shè)，2007，21(1)：56-58．【2】張建偉．連續(xù)梁橋滿堂支架施工控制技術(shù)研究[D】．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010．【3】阮欣，陳艾榮，石雪飛．橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估瞰】．北京：人民交通出版社．2008．【4】徐文浩．橋梁結(jié)g-s艋E支架垮塌事故與分析叨．鐵道建筑技術(shù)，2014(9)：35．【5】王麗萍．施工支架垮塌事故原因分析及預(yù)防措施叨．交通企業(yè)管理，2015舊：57-58．【

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