高铁道岔梁高大模板支架工程设计

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论文字数:33653 论文编号:sb2021052316011435678 日期:2021-06-14 来源:硕博论文网
本研究主要得出如下结论:(1)通过分析工程特点和水文地质特征,并对支架基础进行受力计算,认为基础性能良好。(2)对多种支架设计方案进行有限元模型构建,通过计算可知:① 梁式构件强度方面,钢管柱-贝雷梁梁式构件强度大于钢管柱-军用梁梁式构件;立杆强度方面,四种方案的立杆强度安全系数分别为 2.44、2.25、2.57、2.46,各方案的安全系数差异不大,且均大于 1.0,满足规范要求。

1 绪论

1.1 研究背景
近 20 年来,我国高铁蓬勃发展,截至 2019 年底,我国高铁营运里程达到 3.5 万公里,位居世界第一[1]。高铁大幅改变了人们的出行方式,促进了社会的发展和城市文化的交流融合,也对中国区域经济一体化进程起到了极大促进作用。
随着我国高铁建设如火如荼的开展,受高铁站选址等因素的作用,道岔铺设在桥上的方案设计越来越多[2],因此高架道岔梁也成为了设计施工中需要重点考虑的内容。为满足结构受力要求,道岔梁在设计时一般选用连续且截面渐变箱梁,其截面宽度多变,跨度较大,技术含量相较其他形式高,但施工难度也随之变大,因此在结构设计时候比普通桥梁要求更高[3,4]。由于每联箱梁截面形式都不一样,很难工厂化批量式的生产,因此多采用现场浇筑方法进行施工。
支架法是当前道岔梁多采用的施工方法,其技术成熟,应用广泛[5]。在利用支架法进行道岔梁施工的过程中,支架是承担施工过程中的桥梁梁体荷载和其他附属构筑物及施工人员和设备的临时承重结构,有着非常重要的作用。由于支架设计和搭设质量不合格而产生重大安全事故的例子时有发生。例如,广东坪乳公路某段桥梁施工中发生支架坍塌,致近百余人伤亡;南京某高架桥施工时支架坍塌,造成 10 余人伤亡;合肥包河大道某段高架在对贝雷梁支架预压时产生支架倾斜坍塌,造成 7 人受伤;厦门某桥梁施工过程中发生坍塌,造成 20 余人伤亡;郑州农业路某段高架桥支架施工桥梁,拆除旧桥部分匝道箱梁施工时支架坍塌,致 1 人死亡,8 人受伤。通过对近几年比较重大工程事故的调查发现,支架坍塌事故约占 17%。由于支架坍塌事故发生较为突然,容易造成较为严重的人员伤亡事故。
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1.2 高大模板支架国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对高大模板支架系统的计算理论和试验研究开展较早,成果较为丰富。在上世纪中期,PerryRoberson提出了初始缺陷因素对支架体系中轴压杆的影响,并且总结了Perry公式;Brand 对比了试验测得的承载力与理论计算得到的极限承载力,证明取步长为计算长度的弹性屈曲理论解可作为模板支撑体系的稳定承载力值[6,7];Hindson利用足尺试验为依据,分别从试验和理论两个方面对支架的承载力进行了计算[8];Oliveto和Lightfoot分别采用不同方法对支架的极限稳定承载力进行了分析,得出了较好的结果[9];Timoshenko和Simitses分别通过实验发现了残余应力也能对屈服荷载产生重要影响[10,11];Weesner通过试验方法对多个高大模板支架进行了对比研究,并将得到的结果与软件数值模拟计算得出的理论计算结果进行比较,认为几何非线性分析所得出的计算结果与实际实验结果更加接近[12]。Godley以节点的半刚性条件为前提,对二维和三维的模型计算结果进行对比,探索了节点的刚性条件下的非线性模型[13]。随着欧美各国结构稳定理论的发展,一些研究人员通过多次试验,得到了SSRC柱子曲线及欧洲柱子曲线[14],之后通过总结归纳,将二者融为一体,为国家和行业规范的制定提供依据[15]。
1.2.2 国内研究现状
国内对高大模板支架的研究开始较晚,但近年来我国基建事业快速发展,国内各科研院所和设计单位也对高大模板支架进行了深入研究,因此现阶段对高大模板支架的研究成果颇为丰富。
梅源等通过现场调查及统计分析认为,高大模板支撑体系施工期间,不同时刻新浇筑的混凝土自重值符合正态分布规律,通过后续计算,给出了支撑体系施工时支架系统上荷载的建议值,并利用相关案例验证了取值的准确性[16]。杜荣军等研究得出扣件式钢管模板高支撑架稳定性计算方法以及施工管理要求[17]。李维滨等在不同连接条件下对扣件式满堂支架进行受力对比,认为扣件的抗滑承载力会影响架体的搭设质量,应计算其稳定性和挠度,并提出在施工时应该在支架系统中增加剪刀撑,以增大支架整体刚度[18]。赵滇生等提出利用多节间连续压杆理论来计算支架中立杆和横杆受力,用数值分析软件进行弹性屈曲分析,进而验证了模型的可靠性,为高大模板支架的设计提供了有益参考[19]。
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2 道岔梁高大模板支架系统设计方案选型

2.1 工程概况
2.1.1 工程基本信息
本研究选择昌景黄高速铁路某单线变双线道岔梁。线路为电气化无缝线路,本联处于无咋轨道区段,采用埋入式轨道板,线路左侧设电力电缆槽,右侧设通信、信号电缆槽。
该道岔梁上部结构为一联(32.6+5×32.7+32.6) m 混凝土连续箱梁,下部结构为实体圆端墩接桩基础,本联梁底距地面 14 m,属于高支架模板施工范围。箱梁左侧设转辙机加宽平台,顶板局部加宽 1.10 m。梁体设变宽,顶宽 7.40 m~ 10.71 m,底宽3.80 m ~ 6.90 m。道岔梁桥型布置和顶平面如图 2.1 和 2.2 所示。
图 2.1 道岔梁桥型布置图
图 2.1 道岔梁桥型布置图
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2.2 模板方案设计
本研究选取窄端加宽跨进行受力分析,跨距 32.7m。主梁为一侧翼缘加宽的单箱单室截面,梁高 3.02m,桥面宽 8.5m,梁底宽 3.15m,翼缘加宽段 1.1m,翼缘悬臂端厚 0.22m,桥墩采用实体圆端墩。主梁材料为 C50、桥墩材料为 C40、承台桩基材料为 C30;梁部受力主钢筋均为 HRB400。
由于箱梁的箱体构造,因此需要设置内模和外模。
底模采用规格 2 440 mm×1 220 mm×18 mm 的竹胶板,连接缝贴软塑双面胶,挤压密实,并使用钉子钉设牢固,调整标高后,清除多余胶料,可达到较好平整效果,保证梁体拆模后的美观性。
梁体钢模:为保证梁体外观质量,全桥现浇梁均采用定型钢模,施工时注意将外模下面垫衬至顶面与底模表面齐平,避免错台。外侧模拼装时,着重控制模板角度和模板标高。外侧模拼装完成后,进行除锈,然后按要求涂刷脱模剂。内模采用组合钢模板拼装,组合模板规格型号为 P3015,倒角部位模板特殊加工。
内模支撑架由方钢和钢管组合焊接而成,纵向间距 75cm,支撑架底部纵梁与竖向钢筋焊接,再与箱梁底板的钢筋网进行连接。布置支撑钢筋位置处,混凝土垫块加密布置,竖向粗钢筋于拆模后切除,对其外露面进行防腐处理。梁内模构造示意如图 2.6所示。
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3 高铁道岔梁高大模板支架方案设计..............................13
3.1 支架方案模型构建及参数设置.............................13
3.1.1 钢管柱-贝雷梁支架................................13
3.1.2 钢管柱-军用梁支架.................................17
4 道岔梁高大模板支架系统预压变形监测......................................41
4.1 钢管柱贝雷梁支架安装搭设技术...............................41
4.1.1 体系构造.......................................41
4.1.2 支架安装..............41
5 结论与展望............................52
5.1 结论..................................52
5.2 展望.........................53

4 道岔梁高大模板支架系统预压变形监测

4.1 钢管柱贝雷梁支架安装搭设技术
4.1.1 体系构造
昌景黄高速铁路道岔梁钢管柱贝雷梁支架体系自上而下分别为 100×100 mm 方木、I14 工字钢、贝雷片、2HN600×200 型钢组合、砂箱、φ630mm 钢管柱、桩基础。道岔梁施工时以贝雷梁支架为平台,以完成的桩基础承台为支点,每跨现浇梁支架均采用三孔贝雷梁钢管柱支架。在桩基础上搭设φ630 mm 钢管柱,钢管柱高度为5~8 m。钢管柱上搭设 2HN600×200 型钢组合作为分配梁。支撑纵梁采用贝雷片,数量根据实际情况进行调整,腹板位置处加强布置。垫梁采用 I14 工字钢和 100×100mm方木间隔布置,间距 30 cm。底模板采用 2 440 mm×1 220 mm×18 mm 规格竹胶板。
图 4.1 钢管立柱底部连接立面及平面示意图
图 4.1 钢管立柱底部连接立面及平面示意图
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5 结论与展望

5.1 结论
我国高铁建设正在稳步推进之中,受高铁站选址等因素的作用,道岔铺设在桥上的方案设计越来越普遍,因此高铁道岔梁也成为了设计施工中需要重点考虑的内容。道岔梁多选用连续变截面箱梁,其截面宽度多变,跨度较大,技术含量相较其他形式高,施工难度大,在结构设计时候比普通桥梁要求更高。支架法是当前道岔梁施工时采用最多的施工方法。在支架法施工道岔梁的过程中,支架作为临时支撑结构,承担施工过程中的桥梁梁体荷载和其他附属构筑物及施工人员和设备的重量,具有非常重要的作用,由于支架设计的不合理而导致的工程事故时有发生,且经常造成人员伤亡。因此支架系统对于道岔梁的施工安全问题至关重要,对此进行研究,对于减少事故发生的可能性,为相关工程提供参考,具有重要意义。
本文从高大模板支架系统入手,通过梳理国内外相关文献,查找相关理论。针对实际案例,分析其工程特点,之后从技术和经济性两个角度对多种支架方案进行分析,选定最优的支架方案,之后分析其内外模板的受力特点,并在实际施工中对相关监测要点进行分析。本研究主要得出如下结论:
(1)通过分析工程特点和水文地质特征,并对支架基础进行受力计算,认为基础性能良好。
(2)对多种支架设计方案进行有限元模型构建,通过计算可知:
① 梁式构件强度方面,钢管柱-贝雷梁梁式构件强度大于钢管柱-军用梁梁式构件;立杆强度方面,四种方案的立杆强度安全系数分别为 2.44、2.25、2.57、2.46,各方案的安全系数差异不大,且均大于 1.0,满足规范要求。
② 稳定性方面,四种方案的稳定性安全系数均大于 1.0,最小是钢管柱-军用梁式支架,为 2.08,最大是扣件式满堂支架,为 2.85。
③ 刚度方面,钢管柱-贝雷梁支架和钢管柱-军用梁支架的安全系数分别为 2.65和 1.46,满足规范要求。
④ 4 种支架方案均安全可靠。强度安全系数最小为 1.64,稳定性安全系数最小为 2.08,梁式支架的梁式构件的刚度安全系数最小,为 1.46,均大于 1.0,满足规范要求。
参考文献(略)
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