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云计算-大体积0#块分次浇筑托架受力计算模型及监控技术研究.pdf
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云计算-大体积0#块分次浇筑托架受力计算模型及监控技术研究.pdf
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WORDS:Continual
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construction;Constructs
the
bracket;Numerical
analysis,Construction
control
第一章绪论
第一章绪论
1.1连续刚构桥大体积O撑块施工概况
大跨预应力混凝土连续刚构桥常常采用对称悬臂浇筑法施工,需要0群块来做
施工起始平台,由于0群梁段的砼方量较大,且在高空施工,因此O捍块的施工是悬
臂浇筑施工所面临的首个难点。在结构中0拌块处于上部主梁与下部桥墩的连接处,
不仅是主梁悬臂浇筑的基础,而且是受力最复杂的构件,其体积一般较大,且施
工条件差,梁体内预应力管道集中,普通钢筋布设密集。因此,O拌块的施工通常
在临时托架上支模进行分次浇筑,少则2次,最多达4次。临时托架的作用,一是
作为O群节段施工的作业平台和受力支撑结构;二是在有支座的预应力连续梁悬臂
灌筑法施工时,临时支撑可以承受悬灌过程中产生的部分不平衡弯矩【l】。O撑块施工
平台作为连续刚构0群块的支撑体系,它的形式、强度和变形对0撑块的浇筑程序、裂
缝控制关系重大。目前O撑块施工平台的设计,由落地式立柱支架、悬空支架、墩
身留孔穿型钢、预埋焊接牛腿搭设平台,到预埋焊接三角形支架。但随着公、铁桥
梁设计思路向大跨度方向的发展,墩身高度和0拌块质量的增大且对混凝土外观质量
要求的日益加强,又产生了预应力三角形支架构成O挣块施工平台的施工方法。重庆
合川白果渡嘉陵江大桥主桥0撑块就是采用这种方法。
目前,在高墩大跨连续刚构桥O拌块浇筑前均要进行临时托架的设计、检算、
拼装以及预压工作。大跨高墩连续刚构桥O撑块施工的主要特点为高空作业。作为
主要承重构件的托架,要求具有以下几个特点【4】:
①拼装必须简单易行。由于在高空中作业,施工平台很难搭建,要求托架的
拼装工艺不能过于繁琐,避免较多的组合或施焊工序。
②构件宜轻巧。大桥的0撑块托架组拼工作均为高空作业,采用缆索吊装系统
来完成所有构件的起吊作业,由于该缆索吊装系统吊重能力有限,因此要求托架
的各个构件重量不能突破缆索吊装系统的起重限值。
③托架刚度要大。要求托架的整体刚度大、变形小,减小托架变形对。群块混
凝土浇筑的影响,避免混凝土由于托架变形而产生初始裂缝。
临时托架的受力特点是将O群块重量和其施工设施等重量通过墩身顶端的构造
设施传递到墩身,由墩身传递到基础。根据受力特点,托架可分为适合低墩的落
地式托架以及适合高墩的悬臂式托梨‘71。施工特点是在墩身施工中预埋连接钢板和
水平杆,再与型钢及板件连接成托架,在其上支模施工O拌块,与传统的落地支架
比较,节省了大量的施工用材。托架杆件的主要形式包括型钢、万能杆件以及贝
2
第一章绪论
雷架。临时托架形式的选择宜综合考虑桥梁的结构形式(有无支座)、桥墩高度、河
床条件(是否有条件做到落地支架)、器材等诸因素,做到经济合理【31。
一般的临时托架主要由牛腿支架(包括斜撑、上拉纵梁等)、横向分配梁和纵
向分配梁等组成,具有体积小、用材省、传力路径明确等优点。浇注混凝土时托
架的传力路径为:新浇混凝土一钢模板一方木_纵向分配梁_横向分配梁_÷牛腿
支架_÷墩身_基础。
①纵向分配梁
纵向分配梁与底模接触,起着均化底模所承受的箱梁顶板、腹板以及底板等
荷载的作用;同时起着作为侧模的支撑点的作用。由于腹板段荷载集度大,因此
该处纵向分配梁应布置得较密。纵向分配梁一般可采用较小高度的双槽钢截面。
②横向分配梁
由于托架还需承受翼板以及一部分腹板段的外伸荷载,因此横向分配梁在与
桥墩外侧支设的牛腿支架交接处弯矩较大,一般可采用截面高度较大的工字钢均
匀铺设。
③牛腿支架
牛腿支架是整个托架受力的关键部分,起着把整个0撑块荷载传递到桥墩的作
用。外侧牛腿支架(外托架)是支撑0群块悬挑出来的这部分荷载,内侧牛腿支架
(内托架)主要起支撑两桥墩中间部分的荷载。由于箱梁腹板荷载大,因此,桥
梁横断面左右两侧最外处的牛腿支架受力较大,其上拉纵梁若采用预埋件与桥墩
连接,会带来局部压力过大,导致混凝土开裂。若把上述的内外托架靠外边的牛
腿支架的上拉纵梁在桥墩处拉通,则可解决上述问题。因此,施工中靠外边受力
较大的牛腿支架内外拉通,靠内受力较小的牛腿支架则利用预埋件与桥墩连接,
这既消除了安全隐患,又把对桥墩的不利影响减小。
④连接方式
托架杆件之间的连接方式主要有栓接和焊接两种。螺栓连接方便拆卸,但增
加了节点板、高强螺栓等材料费用以及安装费用;电焊连接能有效地减少结构的
非弹性变形,但拆卸时对杆件损害大,材料重复利用次数少,且焊缝质量不易保
证。建议牛腿支架各杆件采用螺栓连接,纵、横分配梁之间采用电焊连接。
托架虽然为临时结构,但它是O群块施工的平台,承受大部分浇筑0撑块重量和
施工荷载,它的变形大小对O撑块立模标高起着决定性的作用,所以一方面要保证
托架在施工期间具有足够的安全性,同时要控制托架的变形,保证0群块施工的顺
利完成。托架检算既可以按传力路径一步步手算,也可以建立托架的空间模型借
助有限元软件进行分析【l】。
托架检算时主要考虑的荷载有:混凝土自重、模板及支架自重、施工人员和材
第一章绪论
3
料机具等堆放荷载、振捣混凝土时产生的荷载、浇注混凝土时产生的偏载、风荷
载等。其中混凝土自重荷载宜分为5段考虑,即翼板段+腹板段+顶、底板段十腹
板段十翼板段。荷载工况可包括强度及稳定验算工况、刚度验算工况以及考虑偏
载的稳定验算工况。除了对托架各构件进行强度、刚度、稳定等受力分析以外,
对起连接作用的预埋件、螺栓、焊缝等也必须进行验算,以确保施工过程中的安
全性【2】。
0撑块施工前还要对托架进行预压,主要目的为:
①检验托架的强度和稳定性,确保0群号块施工过程中的安全。
②消除托架的非弹性变形,避免托架变形过大而导致箱梁混凝土开裂。
③消除托架的非弹性变形后,继续施压,测量托架的弹性变形,与理论值相
比较,并据此作为确定O群块立模标高的依据。托架预压主要有水箱预压、袋装砂
预压和千斤顶预压三种预压方式。前两种属于换重预压方式,简单易行,但费工、
费时、费料,且不便于加载控制。利用千斤顶张拉设备施加集中力进行预压,具
有控制精确,变形指标可量化,安全可靠,便于施工操作的优点,并可节省大量
吊重物资及吊架设施【31。
在未来的O群块分次浇筑施工中桥梁工作者将综合考虑各方面的因素,确定托
架的结构形式,根据荷载分布特点,优化托架平面布置,以达到合理、经济、安
全的目的。
1.2连续刚构桥大体积O存块托架施工控制技术
0舟块是连续刚构桥主梁悬臂浇筑的基础并且是施工面临的首要难点,托架作
为O拌块分次浇筑施工的受力支撑结构将直接影响皑块施工的安全性。为了解0撑
块分次浇筑过程中托架的实际受力情况,判断分次浇筑过程中托架和0撑块结构是
否安全,因此有必要在O样块分次浇筑过程中对托架进行应力监测。目前主要采用
电阻应变片和应变仪来监测托架在0撑块分次浇筑施工过程中的应力。
电阻应变片的工作原理f91是基于电阻丝具有的应变效应,即电阻丝的电阻值随
其变形而发生改变。由物理学可知,金属电阻丝的电阻R与长度L、截面面积A
有如下关系:
尺:p三
(1.1)
彳
式中:
R一电阻;
旷电阻率;
l_电阻丝长度;
A.一电阻丝截面积;
当电阻丝拉伸或压缩后,其长度会发生变化,电阻变化式为:
4
第一章绪论
一dR:心s
(1.2)
R
”
式中:瓦一电阻丝的灵敏系数。
可见,应变片的电阻变化率与应变值成线形关系。当把应变片牢固粘贴于试件
上,使之与试件同步变形时,便可由电量一非电量关系测得试件的应变。在应变
仪中,由于敏感栅几何形状的改变和粘贴、基底等的影响,灵敏系数与单丝有所
不同,托架监测采用‰=2.6,监测数据采用YJ一26型静态电阻应变仪进行测读。
1.3问题的提出及本文研究内容的意义
高墩大跨径连续刚构桥,常采用I晦时托架作为0拌节段施工的作业平台和受力
支撑结构;同时在分次浇筑过程中,必定有一定的时间间隔(6.15d),先前浇筑的
混凝土已经达到足够的强度,这样先前浇筑形成的0群块将与托架一起成为后续混
凝土浇筑过程中的受力支撑结构。其参与程度、分次多少将直接涉及到对托架承
载力的要求和先后浇筑形成的O群号块的安全性。如果将O拌块多次浇筑的混凝土看
成是全部由托架承受,势必要求托架有巨大的承载能力,同时这也与事实不符。
因此探索O拌块分次浇筑过程中的托架及先后浇筑形成的各部分O撑块的受力和变
形,以及0撑块已浇筑的混凝土与托架一同参与受力程度的分析是十分必要的。故
本文将进行大体积O拌块分次浇筑托架受力计算模型及施工控制技术的研究和探
讨。为同类桥梁大体积0拌块分次浇筑施工确定托架的结构形式和平面布置,提供
参考和借鉴。
1.4本文研究主要内容
为了探索0群块分次浇筑过程中托架及先后浇筑形成的各部分0群块的受力、变
形情况。本文以重庆鱼洞长江大桥(跨度260m预应力连续刚构)为工程依托,利
用大型结构有限元分析软件ANSYS建立主箱梁O#块、桥墩及托架的三维实体模
型,模拟0拌块分次浇筑施工。并再次利用ANSYS模拟一次性浇筑0群块施工,对
此桥O#块有无分次浇筑时托架的受力情况进行了数值分析研究。这项研究工作包
括以下五个方面:
①综述了连续刚构桥大体积O群块施工概况及大体积0群块托架的施工控制技
术。
②介绍了有限元分析的基本理论、数值计算分析常用的软件及数值分析方
法,为大体积O撑块三维空间数值分析提供理论依据。
③利用ANSYS二次开发工具,采用ANSYS参数化设计语言(ANSYS
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