连续梁0#块托架受力分析研究

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连续梁0#块托架受力分析研究李东阳甘肃省公路建设管理集团有限公司摘要：在连续梁桥的悬臂施工中，0#块的现浇施工方案是整座桥梁施工的关键环节，而三角托架结构由于其结构简单、稳定性好、施工周期短等特点广泛应用在连续梁桥0#块的现浇施工屮。本论述对三角托架的不同结构形式和特点进行了分析,并在连续梁0#块的施工中对应用最广泛的较接牛腿托架进行了方案设计，对0#块截面的荷载分布和托架受力情况进行分析以及荷载组合，并建立ANASY有限元分析模型，按照最不利情况对结构施加荷载进行分析计算，并对托架锚固处的受力情况进行分析计算，结果表明设计托架方案能满足施工中结构需要的强度、刚度和稳定性条件。为0#块的安全施工提供了理论基础。关键词：连续梁桥;0#块;托架;施工;作者简介：李东阳（1986-），男，汉族，甘肃庆阳人，大学木科，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。收稿日期：2017-07-25Received：2017-07-250引言桥梁是一种功能性结构物。建立四通八达的现代化交通网，人力发展交通运输事业，发展国民经济，加强全国各族人民团结，促进文化交流和巩固国防等都离不开桥梁的建设。连续梁桥由于其跨越能力大，结构形式合理，随着桥梁施工技术的不断成熟和施工设备的不断改进，在跨越山川、河流等较大障碍物时，连续梁桥越来越成为主要选择桥型。预应力混凝土连续梁桥多采用对称悬臂施工工艺，为悬臂施工挂篮安装提供空间，需要在墩顶现浇0#块混凝土，0#块的施工质量对桥梁的质量起着至关重要的作用。0#块的施工中多采用满堂支架、钢管立柱和三角托架等施工工艺，满堂支架和钢管立柱由于其稳定性的限制，多适用于较低墩的0#块施工，三角托架由于 其结构简单，施工工艺成熟，构件可以在各个桥梁中周转使用，且不受墩高的影响，多用于高墩大跨连续梁桥0#块的施工中。目前，对连续梁托架方案设计研究的较多，本论述通过对不同形式的受力和施工进行对比分析，采用有限元软件对某桥梁的0#块托架设计进行力学分析，通过计算确保托架的设计合理、经济、安全，为类似工程提供了参考依据。1三角托架的结构形式及其特点三角托架由于其稳定性好、节省材料、能缩短施工周期等优势，在连续梁桥0#块浇筑施工中得到了广泛的应用。托架一般由水平杆、斜杆、锚固件等构件组装而成。由于托架杆件Z间的连接，杆件与桥墩间的连接多种多样，组成的托架的受力特点也不同，施工中可依据不同的工程状况，选择不同构造形式的托架，常见的托架形式及其和桥梁的连接方式见图1所示。图1@)所示托架为较接托架，托架杆件之间较接，上部荷载通过水平杆传递到斜杆，再由斜杆传递到桥墩，水平杆承受拉力和弯矩作用，较接托架的关键点是较的构造，较的构造较为复杂，但是可在施工现场临时组装，循环利用。图1(b)所示托架为固结托架，托架和桥墩间用预埋钢板锚固，所有杆件均承受轴力和弯矩作用，水平杆和桥墩连接点处的水平杆负弯矩值较大，水平杆的抗弯承载能力和抗剪承载能力及其锚固能力决定托架的承载能力。图1(c)所示托架为较接牛腿托架，水平杆通过精轧螺纹钢两边固定，精轧螺纹钢的抗拉承载能力保证托架的水平抗拔能力，牛腿结构承担整个上部结构的施工荷载作用，牛腿是托架结构的关键。图1(d)所示单点支撑，仅水平杆和桥墩连接，上部结构荷载均由水平杆承担，水平杆的抗剪承载能力控制托架的强度和稳定性，桥墩和托架水平杆连接部分承受局部压力较大。其中，由于较接牛腿托架结构受力合理、稳定性及承载能力高，在0#块的施工中应用较为广泛。图1不同结构形式托架下载原图2连续梁0#块托架设计方案某连续梁桥0#块全长&00m,支座处梁高6.25m,对其墩顶0#块施工方案进行设计。由于桥墩较高，0#块的施工采用三角托架施工工艺，托架水平杆、竖杆和斜杆均采用I32a工字钢。在三角托架上设置横向工字钢，横向工字钢上搭设碗扣支架、顶托和柿木。0#块的托架设计参数及布置图见图2所示。3托架承载能力计算 3.10#块截面荷载分析由于0#块横隔板处的混凝土自重可由自身的桥墩承载，截面取梁高在0#块底部处进行计算，以顶板厚73cm,底板厚80cm,腹板厚85cm计算。荷载按照翼缘板、顶板、底板和腹板分为3部分，计算截面荷载分布见图3所示，均布荷载计算见表1。图20#块墩顶托架布置图下载原图图3计算截面荷载分布图下载原图表1截面均布荷载计算表下载原表3.2托架受力分析及组合(1)混凝土自重预应力钢筋混凝土容重取26.5kN/ino(2)施工活荷载(1)施工人员、施工料具、运输荷载，按2.0kN/nr计；(2)水平模板的碗振捣荷载，按2.0kN/m计；(3)倾倒混凝土冲击荷载，按2.0kN/m计。(3)荷载组合永久荷载的分项系数，取1.2,可变荷载的分项系数，取1.4。3.3托架承载力计算分析3.3.1有限元模型建立计算采用ANSYS软件进行计算，根据截而特点，采用梁单元荷载计算，计算模型见图4。3.3.2托架整体结构有限元计算结果托架及上部横向工字钢整体结构在上部浇筑混凝土荷载、施工活载及自重共同作 用下的受力分析见图5所示。仃)托架整体模型最大竖向位移，刚度满足要求；(2)托架整体模型最大拉应力为112.958MPa,小于允许应力[o]=145MPa;(3)托架整体模型最大压应力为-112.958MPa,小于允许应力[。]二-145MPa;由以上计算可知，0#块施工阶段，托架整体强度及刚度满足要求。3.3.3托架结构有限元计算结果托架水平杆、竖杆和斜杆均采用T32al字钢。承受上部横向工字钢传递的荷载作用，受力分析见图6所示。图5托架及上部横向工字钢计算结果下载原图图6托架结构计算结果下载原图仃)托架最大拉应力为63.977MPa,小于允许应力145MPa;(2)最大压应力为-63.168MPa,小于允许应力-145MPa;(3)最大剪应力t神二110.951/0.277/0.0095二42163kPa二42.163MPa<[t]=80MPa。0#块施工阶段，132a工字钢托架强度及刚度满足要求。3.3.4托架锚固计算分析 (1)水平杆抗拔检算每个托架水平杆采用2根032mmPSB830精轧螺纹钢与桥墩连接，2根032mmPSB830精轧螺纹钢可承担的拉力为:2X830X1000X3.1415926X0.032X0.032/4=1335.04kN>152.06kN,水平杆的锚I古I满足要求。(2)竖向锚固检算托架竖向力的传递见图7所示。图7托架锚固部位受力图示下载原图对钢构件与混凝土桥墩连接点位置，EM=0,下部精轧螺纹钢承受的拉力为:349.80X0.262/0.175=523.7kN,由于钢构件还承担托架底部传递来的水平荷载152.06kN;则精轧螺纹钢受力按照523.7-152.06=371.64kN,应力：，满足要求;竖向剪力349.80kN,剪应力；满足要求。抗弯检算，锚固件承受竖向力为349.80kN,锚固件外露长度为0.2486m,则锚固件与桥墩连接位置的弯矩值为349.80X0.2486=86.96kN•m。截面厚抗弯惯性矩为：T=4X0.02X0.31/12=0.0001986m,;满足要求。斜杆传递给预埋件的竖向力为349.80kN,预埋件深入桥墩内为0.5m,按照30cm范围内的混凝土承受局部压力，受力宽度为0.20m,则局部承压应力为：九二0・20X0.30=0.052m;A=(0.2+0.06)X(0.2+0.2)=0.144m,,局部压应力oc-!=349.80/0.06=5830kPa=5.83MPa<[ac-l]=10.8[oc]=10.8X1.549=16.731MPa;桥墩混凝土局部承压满足要求。 4结束语通过对连续梁桥悬臂施工0#块的施工工艺进行分析，以及对不同结构形式的三角托架结构及其特点进行对比分析后，得岀三角托架由于其结构简单、受力明确、稳定性好等特点广泛应用于高墩连续梁桥0#块的现浇施工中。并对具体连续梁桥0#块的托架进行方案设计，分析托架所受荷载作用，用有限元心SYS软件建立托架计算模型，按最不利情况进行荷载施加，对计算结果进行分析，托架整体结构的承载能力满足要求，托架杆件的强度、刚度及稳定性也能满足需耍,并对托架和桥墩锚固处分析计算，均能满足承载力要求。为连续梁桥的悬臂施工提供了理论保证。参考文献[1]杨美良，李振华，钟扬•混凝土箱梁桥0#1#块施工托架安全性分析[J]•长安大学学报(自然科学版),2014,34(1):64-69.[2]易达，胡国伟•大跨度单T刚构四线铁路桥0号段施工技术研究[J].铁道工程学报，2013(7):47-52.[3]胡刚•高墩大跨连续梁0号块悬挑托架的设计与施工[J].铁道标准设计，2014,58(2):46-51.[4]胡小兵•情人谷特大桥0#块托架施工方案与结构计算[J]•城市道路与防洪，2014(11):144-189.[5]黄小良.万盛特人连续刚构桥0号块托架设计与承载力分析[J]・公路，2014(11):97-101.[6]陈平•薄壁高墩0#块预应力牛腿托架施工技术[J]•铁道建设，2009(1):17-19.[7]杨东升，李雅娟，于利存，等•高墩多跨连续桥刚构桥精细化施工控制技术研究[J]・公路交通科技(应用技术版),2014(11):48-51・