论文部分内容阅读
摘 要：高速公路桥梁施工过程中盖梁施工一般采用托架模板施工。本文针对高速公路工程中简支梁桥的盖梁底部模板拆除不同方案利用有限元分析软件Midas-Civil进行计算分析，选择出安全合理的施工方案;主要包括盖梁模板吊撤方案中是对模板支点的选取、对模板提供支撑作用工字钢的力学计算分析以及吊装钢索和起重葫芦的选择等;为科学地选取施工方案提供足够的理论支撑。
关键词：桥梁;盖梁;计算;模板拆除
中图分类号：U445.6 文献标识码：A
巴基斯坦PKM高速公路项目是中巴经济走廊的旗舰项目和最大交通基础设施项目;PKM项目SUKKUR-MULTAN-4标标段全长54公里，设计时速为120 km/h;共有桥梁14座其中K585+586位置处的桥梁为5跨的简支梁桥，总长157 m，宽32 m;上部结构为预制工字梁，每跨12片梁。桥梁的横截面图及盖梁的侧面图如下图。此桥梁横跨公路，桥梁的盖梁施工时易采用满堂架施工，满堂架上设置由工字钢组成托架;为方便施工人员施工以及小型施工机械放置，托架的宽度设置较大，整个托架的重量将近5 t;当桥梁盖梁施工完成后，需要选择出安全、方便的托架拆卸方案。文中将根据施工经验提出几种施工方案，对不同的方案进行力学分析，最终确定出合理的施工方案。
1 计算吊撤盖梁模板时需要的拉力
1.1 模板需要的材料类型及相关参数
根据桥梁的蓋梁尺寸确定出盖梁施工时模板选用的工字钢和钢模板的型号，其选用材料的具体参数及数量如下表1：
1.2 建立盖梁模板模型以及力学分析
参照上述施工方案中采用的模板、工字钢的已知参数，利用有限元软件Midas-Civil（2015版本）来建立桥梁盖梁模板的空间计算分析模型，模型选用的材料参数及模型如下图。
首先，在选择盖梁模板吊撤方案中初步计划的施工方案是对整个模板选择4个受力位置，然后利用起重葫芦、钢索与16号工字钢连接并施加给模板向上的力，然后解除点模板下方的桥墩抱箍让模板整体平稳下降，进而进行拆除。为了合理选择4个受力位置，对以下两种方案进行对比：
第一种方案：4个受力位置选为桥梁两相邻墩柱中间的位置，共有5个墩柱，恰好选出4个受力位置;
第二种方案：2个受力位置在两端，另外2个受力位置在中间。具体如下图5所示：
由以上计算模型中可以得出：
第一种方案对4个受力位置计算得出，中间2个受力位置的受力很小，甚至为负值（支点处受拉力）（如图5（b）），主要因为模板两端悬空太长，在自身重力作用下下垂，使4个受力点中中间2个受力位置承受的荷载较小，两端的2个受力位置的荷载较大，这种受力不均的状况给现场施工控制带来非常多的不可控因素，有很大的安全隐患，所以具体施工中不宜选择此种方案施工。
第二种方案中，计算分析得4个受力位置受力相对均匀（如图5（d）），四个受力点分别为13.5 kN，14.4 kN，14.7kN，12.6kN。在模板拆卸施工过程中便于控制模板整体向下移动，为施工的安全性提供了保证。
综上计算分析，对于现场施工应选择第二种施工方案较合理。
从计算结果看，整个模板共5.7 t重，4个受力位置处的平均受力近1.5 t，在实际施工中，需考虑承重设备的承载能力具有3倍余量，合理选择受力钢索及起重葫芦的规格，即应选择钢索和起重葫芦的规格均至少为6 t。
2 对施工中重要构件进行受力分析
施工中选择的施工方案具体示意图如下图，主要辅助设备有Ф22钢索、规格为10 t的起重葫芦以及16号工字钢。
在现场施工过程中，整个模板的下面是用4根16号工字钢与8条钢索连接起来把模板吊起;为保证施工的安全性，要对模板下方的16号工字钢进行受力验算分析;在前一节的计算中得出每条钢索得承担1.5 t的重量，为保证安全施工，计算时需要考虑安全系数，分别计算钢索承重1.5 t、4.5 t与6 t时模板底部16号工字钢的变形及应力。
对于以上的计算得出的变形和应力进行对比分析：
综上计算分析，从受力构件的最大挠度位移和最大应力两方面进行考虑，荷载作用于受力构件考虑4倍的安全系数（即验算构件强度时，应将承受实际荷载的4倍进行计算），每根16号工字钢在6 t荷载作用下承受的最大应力为361.881 1 MPa，而Q235钢的屈服强度为235 MPa，即在保证构件安全工作时最大能承受的应力为235 MPa，所以此种施工方案不能保证施工安全。
为了施工安全，下部的受力工字钢，用两根16号工字钢并排联接在一起共同受力（如图8所示），盖梁顶部的受力构件也是此种构件，但顶部的受力构件受力方式与下部构件不同，顶部构件受的是均布力;下面首先对下部构件进行力学分析：
综上计算分析可得出构件承受的应力和变形：
计算分析：当每根工字钢承受荷载为6 t时，即每个支撑点荷载为29.6 kN，16号工字钢跨中最大挠度为0.006 m，所受的最大应力为163.4 MPa，工字钢所承受的荷载与变形满足要求且能保证施工安全。
最后再进行盖梁顶部的16号工字钢进行受力分析，顶部的工字钢受的是均布力荷载，按总荷载为6 t进行计算，计算分析结果如下图：
计算分析结果中可知，盖梁上部构件在均布荷载作用下的最大位移为0.34 cm，所受最大应力为107.5 MPa，托架所承受的变形和应力满足设计要求且能保证施工的安全性。
对于Ф22钢索，查找相应规范对应进行分析，此种钢索可以保证安全施工;具体参数见下表4：
为了方便盖梁托架缓慢下降，每条钢索上设置一个起重葫芦，起重葫芦规格为10 t，从上述的表格里分析可知此规格的起重葫芦可以满足施工安全的要求。
3 结语
综合以上计算分析，第二种施工方案中在盖梁底部模板拆除作业中所有涉及到的受力构件，包括模板底部的工字钢、盖梁上部的工字钢、Ф22钢索、10 t的起重葫芦均能满足受力要求，能保证施工的安全性。
参考文献：
[1]葛俊颖.桥梁工程软件Midas civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2]公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）[S].
[3]杨嗣信.建筑工程模板施工手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
关键词：桥梁;盖梁;计算;模板拆除
中图分类号：U445.6 文献标识码：A
巴基斯坦PKM高速公路项目是中巴经济走廊的旗舰项目和最大交通基础设施项目;PKM项目SUKKUR-MULTAN-4标标段全长54公里，设计时速为120 km/h;共有桥梁14座其中K585+586位置处的桥梁为5跨的简支梁桥，总长157 m，宽32 m;上部结构为预制工字梁，每跨12片梁。桥梁的横截面图及盖梁的侧面图如下图。此桥梁横跨公路，桥梁的盖梁施工时易采用满堂架施工，满堂架上设置由工字钢组成托架;为方便施工人员施工以及小型施工机械放置，托架的宽度设置较大，整个托架的重量将近5 t;当桥梁盖梁施工完成后，需要选择出安全、方便的托架拆卸方案。文中将根据施工经验提出几种施工方案，对不同的方案进行力学分析，最终确定出合理的施工方案。
1 计算吊撤盖梁模板时需要的拉力
1.1 模板需要的材料类型及相关参数
根据桥梁的蓋梁尺寸确定出盖梁施工时模板选用的工字钢和钢模板的型号，其选用材料的具体参数及数量如下表1：
1.2 建立盖梁模板模型以及力学分析
参照上述施工方案中采用的模板、工字钢的已知参数，利用有限元软件Midas-Civil（2015版本）来建立桥梁盖梁模板的空间计算分析模型，模型选用的材料参数及模型如下图。
首先，在选择盖梁模板吊撤方案中初步计划的施工方案是对整个模板选择4个受力位置，然后利用起重葫芦、钢索与16号工字钢连接并施加给模板向上的力，然后解除点模板下方的桥墩抱箍让模板整体平稳下降，进而进行拆除。为了合理选择4个受力位置，对以下两种方案进行对比：
第一种方案：4个受力位置选为桥梁两相邻墩柱中间的位置，共有5个墩柱，恰好选出4个受力位置;
第二种方案：2个受力位置在两端，另外2个受力位置在中间。具体如下图5所示：
由以上计算模型中可以得出：
第一种方案对4个受力位置计算得出，中间2个受力位置的受力很小，甚至为负值（支点处受拉力）（如图5（b）），主要因为模板两端悬空太长，在自身重力作用下下垂，使4个受力点中中间2个受力位置承受的荷载较小，两端的2个受力位置的荷载较大，这种受力不均的状况给现场施工控制带来非常多的不可控因素，有很大的安全隐患，所以具体施工中不宜选择此种方案施工。
第二种方案中，计算分析得4个受力位置受力相对均匀（如图5（d）），四个受力点分别为13.5 kN，14.4 kN，14.7kN，12.6kN。在模板拆卸施工过程中便于控制模板整体向下移动，为施工的安全性提供了保证。
综上计算分析，对于现场施工应选择第二种施工方案较合理。
从计算结果看，整个模板共5.7 t重，4个受力位置处的平均受力近1.5 t，在实际施工中，需考虑承重设备的承载能力具有3倍余量，合理选择受力钢索及起重葫芦的规格，即应选择钢索和起重葫芦的规格均至少为6 t。
2 对施工中重要构件进行受力分析
施工中选择的施工方案具体示意图如下图，主要辅助设备有Ф22钢索、规格为10 t的起重葫芦以及16号工字钢。
在现场施工过程中，整个模板的下面是用4根16号工字钢与8条钢索连接起来把模板吊起;为保证施工的安全性，要对模板下方的16号工字钢进行受力验算分析;在前一节的计算中得出每条钢索得承担1.5 t的重量，为保证安全施工，计算时需要考虑安全系数，分别计算钢索承重1.5 t、4.5 t与6 t时模板底部16号工字钢的变形及应力。
对于以上的计算得出的变形和应力进行对比分析：
综上计算分析，从受力构件的最大挠度位移和最大应力两方面进行考虑，荷载作用于受力构件考虑4倍的安全系数（即验算构件强度时，应将承受实际荷载的4倍进行计算），每根16号工字钢在6 t荷载作用下承受的最大应力为361.881 1 MPa，而Q235钢的屈服强度为235 MPa，即在保证构件安全工作时最大能承受的应力为235 MPa，所以此种施工方案不能保证施工安全。
为了施工安全，下部的受力工字钢，用两根16号工字钢并排联接在一起共同受力（如图8所示），盖梁顶部的受力构件也是此种构件，但顶部的受力构件受力方式与下部构件不同，顶部构件受的是均布力;下面首先对下部构件进行力学分析：
综上计算分析可得出构件承受的应力和变形：
计算分析：当每根工字钢承受荷载为6 t时，即每个支撑点荷载为29.6 kN，16号工字钢跨中最大挠度为0.006 m，所受的最大应力为163.4 MPa，工字钢所承受的荷载与变形满足要求且能保证施工安全。
最后再进行盖梁顶部的16号工字钢进行受力分析，顶部的工字钢受的是均布力荷载，按总荷载为6 t进行计算，计算分析结果如下图：
计算分析结果中可知，盖梁上部构件在均布荷载作用下的最大位移为0.34 cm，所受最大应力为107.5 MPa，托架所承受的变形和应力满足设计要求且能保证施工的安全性。
对于Ф22钢索，查找相应规范对应进行分析，此种钢索可以保证安全施工;具体参数见下表4：
为了方便盖梁托架缓慢下降，每条钢索上设置一个起重葫芦，起重葫芦规格为10 t，从上述的表格里分析可知此规格的起重葫芦可以满足施工安全的要求。
3 结语
综合以上计算分析，第二种施工方案中在盖梁底部模板拆除作业中所有涉及到的受力构件，包括模板底部的工字钢、盖梁上部的工字钢、Ф22钢索、10 t的起重葫芦均能满足受力要求，能保证施工的安全性。
参考文献：
[1]葛俊颖.桥梁工程软件Midas civil使用指南[M].北京：人民交通出版社，2008.
[2]公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）[S].
[3]杨嗣信.建筑工程模板施工手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.