黃 承 立

(中鐵十局集團(tuán)第三建設(shè)有限公司，安徽 合肥 250101)

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某國道大跨槽型梁受力分析與施工技術(shù)研究

黃 承 立

(中鐵十局集團(tuán)第三建設(shè)有限公司，安徽 合肥 250101)

以某國道中大跨橋的槽型梁貝雷支架設(shè)計(jì)與施工為工程背景，介紹了該支撐體系的布置方法，并建立了有限元模型，對(duì)支架系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度和變形性進(jìn)行分析研究，從基礎(chǔ)工程、鋼管立柱、分配梁、貝雷片施工等方面，闡述了具體的施工技術(shù)，有效保證了工程的質(zhì)量。

現(xiàn)澆大跨梁，貝雷支架，支撐體系，有限元分析

0 引言

現(xiàn)澆大跨梁在實(shí)際施工中存在較多困難，最主要的是現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工中整體安全穩(wěn)定的問題。而采用支架模板支撐體系是一種良好的解決問題方法，其操作方便、整體性能優(yōu)良。但是，在應(yīng)用中若對(duì)支架系統(tǒng)的受力狀況控制分析不當(dāng)，容易發(fā)生支架倒塌事故[1-3]。針對(duì)于此，本文以某國道中大跨橋所采用的貝雷支架支撐體系為分析對(duì)象，采用有限元程序?qū)ζ涫芰ψ冃涡阅苓M(jìn)行分析，并設(shè)計(jì)了現(xiàn)場(chǎng)具體施工方案，所得結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)具有較好意義。

1 工程背景

本工程位于邯濟(jì)線跨308國道位置處，具體的平面位置如圖1所示。中橋全長94.409 m，孔跨布置為16 m(一跨)+48 m(槽型梁)+16 m(一跨)，與線路夾角均為64°。由于跨越國道，在跨道位置處須現(xiàn)場(chǎng)施工48 m的槽型梁，槽型梁全長48.52 m，跨中梁高3.8 m，梁底寬7.4 m，梁頂寬度7.97 m，上翼緣板為1.15 m；跨中腹板厚度0.65 m，槽型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)凈寬5.67 m。

采用該大型槽型梁對(duì)底部的支架體系提出了較高的要求。經(jīng)過對(duì)比分析，施工時(shí)所采用的支架體系為貝雷片搭設(shè)支架，并下

部采用鋼管立柱支撐[4,5]。

2 支撐體系布置及分析

2.1 整體布置

確定支架體系后，對(duì)支架結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行布置與設(shè)計(jì)。本工程槽型梁現(xiàn)澆施工，采用貝雷片作為縱梁，6排φ529 mm×10 mm螺旋管作為立桿，立柱頂端設(shè)置落模砂箱,砂箱頂設(shè)置12 m的分配梁(2根H300型鋼)，鉆孔樁、條形基礎(chǔ)、鋼管樁、新建承臺(tái)作為整個(gè)體系的基礎(chǔ)，形成槽型梁的總體支架支撐體系。具體槽型梁貝雷梁支架示意圖如圖2與圖3所示。支架支撐體系的上部為貝雷片所做成的桁架梁體系，該體系支撐在鋼管立柱上，鋼管立柱上設(shè)有分配梁，以使荷載分布均勻，鋼管立柱下支撐在基礎(chǔ)上將荷載傳給地基。

對(duì)于支撐貝雷架體系的鋼管立柱的布置：第1排及第6排，每排設(shè)立φ529 mm×10 mm(直徑×管壁厚)鋼管立柱5根，新建承臺(tái)作為基礎(chǔ)；第2排設(shè)立5根φ529 mm×10 mm鋼管立柱，立柱支撐在鉆孔樁基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)采用5根直徑1 000鉆孔樁，樁長18 m；第3排設(shè)立7根φ529 mm×10 mm鋼管立柱，立柱支撐在鉆孔樁基礎(chǔ)上，采用7根直徑1000的鉆孔樁，樁長為18 m；第4排設(shè)立7根φ529 mm×10 mm鋼管立柱，立柱支撐在12根φ529 mm×10 mm鋼管立柱上，其中5根鋼管立柱與第5排共用；第5排設(shè)立5根φ529 mm×10 mm鋼管立柱，立柱支撐在5根φ529 mm×10 mm鋼管立柱(支架各構(gòu)件規(guī)格和容許應(yīng)力見表1)。

表1 支架各構(gòu)件的規(guī)格型號(hào)

2.2 Ansys受力分析

1)模型建立。模型中H型鋼和鋼管立柱采用平面梁單元(Beam3)模擬。貝雷梁采用空間梁單元(Beam44)模擬，支架各部分的有限元模型如圖4所示。

分兩步建立支架結(jié)構(gòu)的有限元模型。第一步建立主構(gòu)件——貝雷梁的有限元模型，第二步建立H型鋼和鋼管立柱有限元模型。為方便加載，滿堂貝雷梁上方建立表面接觸單元(Surf154)，在其上施加槽形梁自重荷載以及施工荷載、模板荷載和現(xiàn)澆混凝土自重等。兩片貝雷片之間的連接視為鉸接，按照自由度耦合方式處理，整個(gè)貝雷梁的邊界條件按簡支考慮。分配梁和鋼管柱之間進(jìn)行自由度耦合處理，邊界條件按鉸接考慮。

2)受力變形分析。將荷載分配到貝雷梁上，進(jìn)行Ansys有限元分析[6，7]，所得到的各構(gòu)件的組合應(yīng)力云圖如圖5～圖7所示。通過對(duì)比分析各部分最不利內(nèi)力發(fā)現(xiàn)，各個(gè)構(gòu)件所受外力均未超過其承載能力。另外整體結(jié)構(gòu)在受力過程中，貝雷梁豎向撓度最大值fmax=0.044 0 m

3 施工方法

在確定支撐整體結(jié)構(gòu)受力性能后，設(shè)計(jì)具體施工方法與方案。依據(jù)上述的計(jì)算內(nèi)容，施工的順序?yàn)椋夯A(chǔ)施工→鋼管立柱施工→分配梁→貝雷片施工。

其中貝雷片在施工時(shí)，分配梁上設(shè)置貝雷片，在槽型梁的腹板區(qū)貝雷片密布、加強(qiáng)，并采用加強(qiáng)型貝雷片。所有貝雷片采用弦桿連成整體，加強(qiáng)貝雷片總計(jì)160片，其他位置采用普通型貝雷片，總計(jì)442片。

貝雷片在橋位左側(cè)進(jìn)行拼裝時(shí)，跨度最大21 m腹板下，5排拼裝完一起吊裝，總計(jì)最大為11 t。拼組完成后，現(xiàn)場(chǎng)試吊，找出結(jié)構(gòu)重心位置，據(jù)此設(shè)置吊點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)采用汽車式起重機(jī)吊裝起吊，安全系數(shù)大于2?，F(xiàn)場(chǎng)采用3點(diǎn)起吊法一次性將貝雷片放置在分配梁上指定的位置。吊裝示意圖如圖9所示。

整組貝雷片的安裝順序從兩邊到中間吊裝，在中間連成整體，貝雷片吊裝過程中，在貝雷片兩端各設(shè)置一條纜風(fēng)繩，每條纜風(fēng)繩由三名工人控制，吊至分配梁上。貝雷片吊裝完成后用拉桿將貝雷片連成整體。吊裝時(shí)吊裝角度為30°，中心分3 m。最終結(jié)構(gòu)如圖10所示。在現(xiàn)場(chǎng)施工和后續(xù)使用過程中，貝雷梁支架支撐體系整體保持穩(wěn)定，未發(fā)生較大的變形與構(gòu)件破壞現(xiàn)象，安全可靠。

4 結(jié)語

本文以某國道中大跨橋的槽型梁施工支架為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析的思路與方法，對(duì)該支架體系進(jìn)行了受力變形計(jì)算分析。得出以下結(jié)論：1)利用Ansys軟件對(duì)支撐整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，所選用的支撐結(jié)構(gòu)體系中構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度滿足規(guī)范的要求；承載力符合設(shè)計(jì)規(guī)定；強(qiáng)度與變形均符合標(biāo)準(zhǔn)；整體受力合理。

2)采取本方案的方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，結(jié)構(gòu)整體安全可靠，未出現(xiàn)較大變形或破壞，該結(jié)構(gòu)布置方案切實(shí)可行，另外，利用有限元分析手段可有效準(zhǔn)確的反映支架結(jié)構(gòu)的受力變形情況。

[1] Peng J.L.,Pan A.D.E., Chen S.L..SimPlified Model for and Design of Analysis and Design of Modular Falsework[J].Joumal of Constructional Steel Researeh,1999(48):189-209.

[2] 丁 勇.鋼管立柱貝雷梁支架在軟弱地基現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用[J].建筑,2010(8)：53-55.

[3] 潘德恩,彭瑞麟.鋼管腳手架支撐結(jié)構(gòu)類型及破壞模式之探討[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展,2002,28(4):20-26.

[4] 雷堅(jiān)強(qiáng).移動(dòng)貝雷架梁柱施工中的穩(wěn)定性研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2007.

[5] 趙 濤.貝雷梁支架制梁技術(shù)在鐵路簡支梁施工中的應(yīng)用[J].國防交通工程與技術(shù)，2012(sup):134-135.

[6] 龔曙光,謝桂蘭.ANSYS操作命令與參數(shù)化編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[7] 王衛(wèi)琴,陳宇文.ANSYS非線性有限元軟件在橋梁結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J].惠州學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003(3):99-103.

On stressed analysis of large-span u-shaped girder on some national road and its construction technique

Huang Chengli

(No.3ConstructionGroupCo.,Ltd,ChinaRailway10thBureauGroup,Hefei250101,China)

Taking the bailey truss support design and construction at the u-shaped girder along some national road as the engineering background, the paper introduces the layout methods for the support system, establishes its finite element model, analyzes the stiffness, strength, and deformation of the support system, and illustrates its construction technique from the foundation project, steel-pipe post, distributive girder, and beam distribution, so as to ensure the engineering quality.

cast-in-place large-span girder, bailey girder, support system, finite element analysis

1009-6825(2016)10-0166-03

2016-01-23

黃承立(1982- )，男，工程師

TU375.3

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