趙 楠
(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院)
橋梁施工中的特寬掛籃穩(wěn)定性設計分析
趙 楠
(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院)
為了研究橋梁施工中的多片式寬體掛籃的穩(wěn)定性特點,以某四片式菱形寬體掛籃為研究對象,探討了掛籃構(gòu)件穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性特征。研究結(jié)果表明,依托工程掛籃構(gòu)件、局部穩(wěn)定性均滿足設計要求,能夠保證橋梁施工過程的安全性要求。
橋梁工程;寬體掛籃;整體;構(gòu)件;穩(wěn)定性
掛籃懸臂澆筑施工法是變截面連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋常用施工方法。該方法具有施工速度快、易于質(zhì)量控制、施工安全性高、經(jīng)濟性好等優(yōu)點,廣泛應用于大跨徑梁橋施工中。由于交通量的增加,橋面設計寬度的不斷增大,對掛籃的要求越來越高。在橋面較寬時,為了保證整節(jié)段箱梁的澆筑施工,常用的雙桁架式掛籃不再適用,需要根據(jù)橋梁寬度增加主桁架數(shù)量,從而形成寬體掛籃。
寬體掛籃構(gòu)造與空間受力性能更為復雜,由于梁體自重大,掛籃自身的整體與局部穩(wěn)定性更為突出,設計稍有不慎,可能導致施工中的整體失穩(wěn),造成重大安全性事故。本文依托工程采用四桁式寬體掛籃,國內(nèi)較為少見,設計無成熟資料參考,為保證施工的安全性,本文對掛籃進行詳細的結(jié)構(gòu)分析研究,探討寬體掛籃設計計算特點。
依托工程為某市政道路上的三跨預應力混凝土連續(xù)梁橋,橋長260.3 m。主梁采用單箱三室大懸臂變截面PC連續(xù)箱梁,箱梁寬為28 m,支點高4.1 m,跨中高2.6 m。主梁劃分59個梁段,采用掛籃懸臂澆注法施工。其中掛籃懸澆塊段13對,0#、1#梁段長12 m,在墩頂及墩旁臨時支架上立模澆注;邊跨支架現(xiàn)澆梁段長9 m,邊中跨合攏段長2 m,其他懸澆梁段長3~5 m。
由于該主橋箱梁寬為28 m,設置為單箱三室結(jié)構(gòu),從減輕掛籃自重考慮,采用桁架結(jié)構(gòu)形式,掛籃設計為菱形掛籃,根據(jù)箱梁腹板構(gòu)造設置4組主桁結(jié)構(gòu),為減輕掛籃行走時的負重,掛籃施工行走分階段實現(xiàn),先行走掛籃主體結(jié)構(gòu)(不包含除底籃模板外的其他模板結(jié)構(gòu)),再行走翼緣板和內(nèi)模模板結(jié)構(gòu)。
荷載控制設計各取3 m、4 m、5 m長的懸澆塊段作為掛籃控制計算和驗算塊段,其結(jié)構(gòu)各主要參數(shù)取值如下。
(1)箱梁混凝土結(jié)構(gòu)容重取26 kN/m3;
(2)漲模系數(shù)取1.05;
(3)箱梁底板模板、箱內(nèi)腹板模板以及橫隔板模板荷載取5 kPa;
(4)箱梁翼緣板模板以及箱內(nèi)頂板模板荷載取12 kPa;
(5)振搗以及施工荷載取4.0 kPa。
穩(wěn)定性分析包括構(gòu)件穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性分析。構(gòu)件穩(wěn)定性及剛度評價參照《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》進行,整體穩(wěn)定性分析采用空間數(shù)值分析程序進行非線性屈曲分析。屈曲分析是一種用于確定結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定時的臨界荷載的技術。非線性屈曲分析比線性屈曲更精確,故常用于對實際結(jié)構(gòu)進行的設計或估計中。該方法用一種逐漸增加荷載的非線性靜力分析技術來求得結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定的臨界荷載。使用了非線性技術,模型中就可以包括諸如初始缺陷、塑性行為、大變形影響應等特征。利用弧長法求屈曲荷載,施加一個比預測的屈曲荷載高出10%~20%的給定荷載,這樣可以得到一個對特征屈曲荷載較好的估計值。
軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定的計算公式為
式中:N表示軸心壓力設計值;A表示構(gòu)件的毛截面面積;[σ]表示鋼材的抗壓強度設計值;φ表示軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)。
(1)平面桁架的整體剛度驗算
掛籃中的平面桁架結(jié)構(gòu)在最不利荷載作用下的撓度w發(fā)生在上中橫梁上,數(shù)值為
可見,該掛籃整體剛度滿足要求。
(2)桿件的局部剛度驗算
《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》規(guī)定各構(gòu)件的計算長細比在允許長細比限值內(nèi)。須滿足公式
式中:λ表示構(gòu)件最不利方向的長細比;l0表示相應方向的構(gòu)件長度;i表示截面的回轉(zhuǎn)半徑。
主桁受拉構(gòu)件最大長細比54.1,小于容許值350,受壓構(gòu)件最大長細比52.4,小于容許值150。因此。各桿件剛度均滿足要求。
通過屈曲分析可見,掛蘭整體穩(wěn)定性很好,從主要節(jié)點的位移—時間曲線可見,穩(wěn)定安全系數(shù)均在10以上,因此,整個施工過程掛蘭是穩(wěn)定的。
(1)寬體掛籃橫向?qū)挾容^大,構(gòu)造復雜,穩(wěn)定性突出,設計中不僅需考慮構(gòu)件拉壓穩(wěn)定性,特別要關注結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
(2)構(gòu)件穩(wěn)定性計算結(jié)果表明,主桁拉壓構(gòu)件穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求,最不利荷載作用下主桁架豎向變位僅有0.97 cm,剛度較大。
(3)主桁整體穩(wěn)定性分析表明,主桁架空間穩(wěn)定性很好,穩(wěn)定安全系數(shù)大于10,滿足施工穩(wěn)定性要求。
[1]胡震敏.貝雷桁架組拼掛籃設計與施工[J].城市道橋與防洪,2008,(7).
[2]廖英英,王道斌.連續(xù)梁橋輕型三角掛籃設計與應用[J].鐵道建筑,2008,(3).
[3]鄭國江,高志勇.連續(xù)鋼構(gòu)特大橋懸臂施工三角掛籃仿真分析[J].公路交通科技(應用技術版),2009,(9).
[4]朱偉才.輕型三角掛籃設計[J].山西建筑,2008,(21).
[5]楊世兵.特大橋三角形掛籃受力及穩(wěn)定性分析[J].山西建筑,2008,(5).
[6]鄭乾城.向莆鐵路某特大橋施工掛籃的優(yōu)化設計[J].浙江工商職業(yè)技術學院學報,2010,(2).
U442
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1008-3383(2012)07-0088-01
2012-04-13
趙楠(1973-),男,新疆伊寧市人,高級工程師,從事橋梁勘察設計工作。