楊金龍 晁永蓮

(1.中國水利水電第二工程局有限公司，北京 100120; 2.青海天馬建筑勞務(wù)工程有限公司，青海西寧 810000)

1 工程概況

引洮供水一期工程總干渠4號(hào)渡槽采用滿堂扣件式鋼管支架支撐，取3號(hào)渡槽中縱向長度15 m的單跨渡槽支架進(jìn)行計(jì)算，支架高16.5 m，寬6 m，支架斷面布置見圖1。立柱和水平連接桿件均采用φ48×3.0 mm鋼管，支架立桿縱向和橫向間距均為85 cm，水平桿件豎向間距為120 cm。鋼管采用Q235A鋼材，材料力學(xué)參數(shù):Q235鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:205 MPa，彈性模量:2.06×105MPa。

2 計(jì)算的主要荷載

本渡槽采用的是單跨長15.0 m的箱形薄壁結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工圖紙文件，每跨渡槽采用103.34 m3鋼筋混凝土，計(jì)算時(shí)混凝土的容重取25 kN/m3。計(jì)算的主要荷載包括恒載與活載兩部分，恒載部分包括渡槽自重和模板的重量。組合鋼模板自重是根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》中的表5-85取值，模板線集度荷載為0.75 kN/m。計(jì)算的活荷載主要包括施工標(biāo)準(zhǔn)活載和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的動(dòng)力荷載，活荷載的計(jì)算方法參考根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》中的有關(guān)要求，振搗混凝土荷載為2 kN/m2，施工荷載為1 kN/m2。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

3.1 有限元模型

本渡槽的空間有限元模型是采用MIDAS建立的，整體模型見圖2，渡槽槽身見圖3。渡槽結(jié)構(gòu)共離散為21 900個(gè)三維實(shí)體單元，8 393個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型中采用梁單元模擬支架立柱和支架橫向連接桿件。

3.2 邊界條件

為了得到較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算中考慮了支架立柱底部地基土的約束剛度。支架側(cè)面不進(jìn)行約束，支架頂板和渡槽框架相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的豎向自由度是耦合在一起的，立柱和橫向桿件之間的連接是按剛性連接模擬的，考慮附加次應(yīng)力影響。

4 靜力分析結(jié)果

有限元計(jì)算結(jié)果表明，立柱所受的荷載較大，而橫向連接桿件主要起連接作用，所受的荷載較小，限于篇幅，僅列出了最不利立柱構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定檢算的結(jié)果。

立柱應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖4。

受壓縱向彎曲系數(shù)為0.805，容許壓應(yīng)力為－165 MPa。參照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》，Q235鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為205 MPa。

本渡槽采用了面積為424 mm2、慣性距為1.078×105mm4的鋼管立桿，根據(jù)計(jì)算該立柱的回轉(zhuǎn)半徑為15.9 mm，長細(xì)比為53，計(jì)算長度取L=85 cm。在荷載組合作用下，鋼管立柱的最大壓應(yīng)力是小于容許應(yīng)力－165 MPa，這說明了該立柱是滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求的。

5 屈曲分析

整體屈曲分析前需要進(jìn)行模態(tài)分析，采用MIDAS軟件建立了屈曲分析模型，并進(jìn)行了穩(wěn)定分析。根據(jù)屈曲分析結(jié)果，支架的第一階失穩(wěn)模態(tài)見圖5。

從圖5中可以看到，第一階臨界荷載系數(shù)是2.98，說明結(jié)構(gòu)如果要出現(xiàn)失穩(wěn)，所承受的荷載是計(jì)算荷載的2.98倍，這說明了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是滿足要求的。

6 結(jié)語

本文根據(jù)提供的施工圖文件，采用了MIDAS軟件進(jìn)行了分析計(jì)算模型。有限元計(jì)算結(jié)果表明，本渡槽支架各構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定都是滿足要求的，而且安全儲(chǔ)備較大。屈曲分析結(jié)果表明，本渡槽支架的臨界荷載系數(shù)是2.98，說明了支架的整體穩(wěn)定性也是滿足要求的。

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