茍小兵

1 工程概況

寶成鐵路K399段邊坡在5·12地震中,出現(xiàn)了巖體松動和崩塌的現(xiàn)象,如果不及時(shí)進(jìn)行邊坡治理,很可能會危及到鐵路的安全運(yùn)行。此鐵路段邊坡傾角幾乎為90°,垂直高度大約有120 m,在施工中需要預(yù)先搭設(shè)高度為100 m左右的鋼管腳手架供施工使用。通常情況下,腳手架的搭設(shè)不需要進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)和研究,根據(jù)相應(yīng)規(guī)范和施工經(jīng)驗(yàn)即可搭設(shè)安全可靠的腳手架?！督ㄖ┕た奂戒摴苣_手架安全技術(shù)規(guī)范》規(guī)定超過50 m高的腳手架應(yīng)進(jìn)行專門的計(jì)算,K399段腳手架的設(shè)計(jì)搭設(shè)高度大約100 m,邊坡傾角將近 90°,搭設(shè)困難比較突出。

此工程巖石為新鮮的石灰?guī)r,巖體堅(jiān)硬,風(fēng)化現(xiàn)象不明顯。腳手架下面的巖石上有一定厚度的土質(zhì)覆蓋層,施工時(shí)應(yīng)清除干凈露出基巖,并澆筑混凝土。

為保證腳手架設(shè)計(jì)方案的安全及有效指導(dǎo)超高腳手架施工,現(xiàn)采用三維有限元進(jìn)行模擬分析。

2 腳手架設(shè)計(jì)方案的選擇

此次計(jì)算作為選擇腳手架總體方案的依據(jù),共設(shè)計(jì)了4個(gè)設(shè)計(jì)方案,對4個(gè)腳手架方案的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比并選出最佳的設(shè)計(jì)方案(見表1)。

表1 腳手架預(yù)先設(shè)計(jì)的4套方案

腳手架的節(jié)點(diǎn)大多數(shù)都是剛性連接,只有在鋼管接長的時(shí)候是半剛性連接?，F(xiàn)有的有限元程序都只能模擬純剛性或者純鉸接。因?yàn)閷?shí)際模擬非常接近剛性連接,所以有限元計(jì)算的時(shí)候以剛性連接為準(zhǔn)。

其有限元模型見圖1。

3 腳手架工況設(shè)計(jì)

根據(jù)不同的設(shè)計(jì)方案和施工進(jìn)程,共設(shè)計(jì)了8個(gè)工況,它們的詳細(xì)信息如表2所示。

表2 工況組合表

4 腳手架穩(wěn)定性及內(nèi)力分析

每個(gè)工況都進(jìn)行了超載計(jì)算,即分別按照1倍的實(shí)際荷載、2倍的實(shí)際荷載和3倍的實(shí)際荷載分析。計(jì)算結(jié)果如圖2～圖13所示。

圖2～圖13中顯示了立桿在各個(gè)高程的最大壓力和安全系數(shù)、橫桿在各個(gè)高程的最大彎矩和抗彎安全系數(shù)、連墻件的最大拉(壓)力和安全系數(shù)。

5 結(jié)語

文章通過對高邊坡腳手架的三維有限元模擬分析,給出了4種設(shè)計(jì)方案及8種計(jì)算工況,并以工況1為例,對腳手架的整體穩(wěn)定性及桿件應(yīng)力進(jìn)行分析。為今后超高腳手架的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)思路及計(jì)算模型。

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