贝雷支架在高排架大跨度渡槽施工中的应用研究.pdf
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1、作者简介郭延辉(),男,高级工程师,主要研究方向:水利工程。贝雷支架在高排架大跨度渡槽施工中的应用研究郭延辉袁晶练尧杰(青海省引大济湟工程建设运行局西宁;中国水利水电第四工程局有限公司西宁;青海大学土木工程学院西宁)摘要:结合青海省引大济湟工程实际,利用贝雷桁架和钢立柱进行离地、高跨度渡槽的槽体施工支撑,采用有限元软件对工程中的贝雷梁施工支架进行数值模拟,通过对贝雷梁施工支架温度敏感性分析、内力分析、稳定性分析、模态分析和可靠度分析等综合分析,得出适应青海高寒高海拔地区高排架大跨度施工的贝雷梁施工支架。该研究解决了高排架大跨度施工中搭建满堂脚手架施工支撑用量大、耗费施工成本、拆装复杂、拖延工期
2、等难题,从而可快速、安全、便捷地完成施工任务。关键词:高寒高海拔;贝雷施工支架;温度敏感性分析;模态分析;线性稳定分析;自振分析;可靠度分析 ,(,;,;,):,:;青海交通科技 第期引言贝雷片的结构简单,运输方便,安装快捷,载重量大,互换性好,适应性强。在高排架大跨度施工中可很好地代替传统组装繁琐、用量大、成本高、工期长的满堂脚手架施工支撑,从而更加快速、安全、便捷地完成施工任务,大量节约施工成本和时间成本。现以青海省引大济湟工程渡槽贝雷梁支架现浇法施工为例,介绍高寒高海拔地区贝雷梁施工支架在高排架大跨度施工中的应用,为后续相关工程提供借鉴。工程背景工程处于青海省引大济湟工程渡槽 排架柱位置
3、。施工用临时支架主体采用钢管柱加贝雷梁形式。柱顶分配梁规格为 ,长,通过柱头与立柱相连,立柱之间设置稳定联结系。柱顶分配梁上架设贝雷梁,采用加强型贝雷梁,横向共榀,在主梁腹板下方布置有三道贝雷梁。贝雷梁上间隔 设工横向分配梁,上面均布纵向方木,再铺竹胶板。材料参数()竹胶板:规格 根据 竹编胶合板国家标准,现场采用厚光面竹胶板为类一等品,静弯曲强度,弹性模量 ,密度取 。实际取值见表。表竹胶板材料特性表型号抗拉压弯 抗剪 弹性模量 备注 竹胶板 面板()木材:的方木为针叶材,类,方木的力学性能指标按公路桥涵钢结构及木结构设计规范中的 类木材并按湿木材的 取值,则:;。实际取值见表。表方木材料特
4、性表型号抗拉压弯 抗剪 弹性模量 备注方木 ()钢结构材料实际取值见表。表钢结构材料特性表型号抗拉压弯 抗剪 弹性模量 剪切模量 备注钢 分配梁钢 贝雷片()贝雷片的材料采用钢材,弦杆采用槽钢(,间距),腹杆采用工字钢(,)。贝雷片的连接为销接。()分配梁采用钢材,顶部分配梁采用型钢,底部分配梁采用双拼型钢。截面特性实际取值见表。第期青海交通科技表常用分配梁截面特性()型号截面积 惯性矩 截面模量 每米长质量 备注 ()钢管柱及支撑截面特性实际取值情况如表所示。表常用钢管立柱截面特性()型号截面积 截面模量 每米长质量 备注 数值模拟项目的贝雷梁临时支架采用 建立模型,进行数值模拟计算分析,横
5、向分配梁、贝雷架、贝雷架下横向分配梁和钢管柱均采用梁单元模拟。结构体系自重由程序自动计算。边界条件考虑:在分配梁与贝雷梁之间、贝雷梁与双拼分配梁以及钢管柱顶双拼分配梁与钢管柱之间采用弹性连接方式连接。贝雷片每分段销接释放梁端约束。模型建立贝雷梁支架模型结构由弦杆、腹杆、贝雷架上分配梁、贝雷架下分配梁、钢管柱、支撑架、支撑架、钢柱支撑、方木、竹胶板十种材料组成,在不改变结构各项性能指标的基础上,对其进行了如下简化:不考虑支架上的固定细小结构实体,如螺栓,建模过程中用边界条件代替;模型不考虑地基土沉降对模型的影响,建模时将支架与地基连接处全部固结。结构图如图所示。图支架结构计算模型图青海交通科技
6、第期荷载工况系数的确定自重为恒荷载,系统温度上升荷载,系统温度下降荷载,设计风荷载 ,场地类别,地基土容许承载力为的黏性土壤。根据规范和实际的荷载,由于地理环境和主要受力荷载,本文贝雷支架仅考虑自重和各施工荷载的作用。具体工况组合如表所示。表各个荷载工况荷载组合值系数工况自重施工动荷载上弦模板重量、和振捣荷载竖杠模板重量、振捣荷载下杠模板重量、振捣荷载上弦重量 竖杆重量 下弦重量施工阶段一 施工阶段二 施工阶段三 受弯曲作用构件挠度的容许值不宜超过表的规定。表受弯曲作用构件挠度的容许值序号构件类别容许值主体结构的构件 注:为跨度或支点间距离,悬臂构件可取挑出长度的倍;在标准风荷载下,结构柱的横
7、向位移不应大于,为从地基到塔顶的总高度。贝雷梁支架风荷载敏感性分析风荷载标准值指作用于支架上的水平荷载标准值,计算公式为:()()式中:为风荷载标准值();为高度处的风振系数,本例中按规范取;为风压高度变化系数,本例中取;为支架风荷载体型系数,本例中取;为基本风压(),本例中取。计算得到风荷载标准值,在 程序中将风荷载按节点荷载的方式加载到钢管的节点上,得出应力分布情况如图所示。图第三期荷载工况、最不利荷载工况组合应力图 第期青海交通科技 综合图,得到结构体系在两种工况作用下的最大组合拉应力、压应力,详见表。表结构拉、压应力表类别三期荷载 三期荷载风荷载 增长率 拉应力 压应力 由表可知,贝雷
8、梁结构体系的应力变化值的综合变化率为,由于敏感率均较小,结构体系的抗风敏感性均较强。实际高海拔施工过程中可以不考虑风荷载对结构的影响。但由于该风荷载以静力荷载施加,未考虑风荷载存在的动力特性,敏感性研究有待进一步完善。贝雷梁支架温度荷载敏感性分析该模型的线性热胀率和单元温度的变化(温差)是热变形的函数。由于其为钢结构,具有较高的线性热胀率,因此对其进行温度变化分析十分必要。由于整体受温度的影响比较均匀,所以只考虑了温度的作用。系统温度是对整个建筑物进行整体的升、降。在 软件中,可以对全部的单元进行温度变化的分析,最后的温度(体系温度)必须被输入到程序中。为明确理解不同温度对结构稳定性的影响,参
9、照,本文取现场全年气温为支架实际工作温度,支架使用的临时性规定温度为:、。在最不利荷载工况作用下结构体系的组合最大温度拉、压应力及变化率如图、表所示。图结构体系最不利荷载工况作用下最大温度拉、压应力走势图表结构体系温度拉、压应力表温度 拉应力 变化率 压应力 变化率 由图、表可知:结构以的拉、压应力为基准应力。、拉应力变化率为、,拉应力随温度的上升增加;、拉应力变化率为、,拉应力随温度的下降增加。、压应力变化率为、,压应力随温度的上升增加;、压应力变化率为、,压应力随温度的下降增加。青海交通科技 第期结构拉、压应力随温度上升、下降而增加,温度的上升引起的上升率小于温度下降引起的上升率。总体上,
10、温度下降拉应力变化率大于压应力变化率,温度上升拉应力变化率小于压应力变化率。当温度为时,拉应力变化率为。因此,在高寒地区温度应力对高排架大跨度贝雷梁的影响比较显著,不可忽略不计。贝雷梁支架内力分析荷载取值:()永久作用:钢材自重计算采用容重:,钢筋混凝土自重计算采用容重:,钢筋混凝土总重,则顺桥向每个分配梁承担荷载为,主要集中于弦杆处,此次计算按 比例分配于弦杆处和横梁处的分配梁单元。()可变荷载:施工人员、施工料具堆放、运输荷载标准值:,由上述荷载取值和荷载组合向模型施加渡槽施工期荷载,得到最不利荷载工况下,结构上产生最大弯矩、剪力、轴力、应力分布见图()()所示。图结构最大弯矩、剪力、轴力
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- 支架 排架 跨度 渡槽 施工 中的 应用 研究
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