第４２卷第５期 ２ ０ １ ６年２月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．５ Ｆｅｂ．２０１６ ·２０１· 文章编号：１００９—６８２５（２０１６）０５—０２０１—０２ 宽幅多室连续梁桥满堂支架结构受力分析 范启明 （中国石油长庆油田分公司第一采气厂工程项目管理室，陕西榆林７１８５００） 摘要：利用有限元软件，建立了某宽幅多室连续梁桥满堂支架模型，从支架系统的力学及变形行为方面，分析了支架结构的强 度、刚度及稳定性，从而保证了整个支架结构的安全性。 关键词：多室连续梁，满堂支架结构，受力分析 中图分类号：Ｕ４４１ 文献标识码：Ａ 随着混凝土的不断推广应用，从而在桥梁结构施工方法方面 设为５×４０ ｍ的等截面预应力混凝土连续箱梁，截面形式为单箱 进行创新改进，其中满堂支架施工因具有施工方便，灵活、经济等 七室，横隔梁分别设在中支点、边支点上，箱梁的顶底板线性呈直 优点已被大量应用于工程领域，并以满堂支架施工为研究对象形 线形式。成大量文献 。 。支架是桥梁在施工过程中的临时结构，同时其 ２支架构造设计 对结构的支承属于多节点受力支承，确保承担上部结构施工过程 中所传递的荷载，从而将荷载传至地基，故要求地基须有足够的 本桥箱梁底最大净空为５．０ ｍ，满堂支架所采用的立柱钢管尺 寸为４，４８×２．８ ｍｍ，其所布设的立杆纵向距离、立杆横向距离见 承载力，且要求全部支点均匀下沉，以预防梁体因为不均匀下沉 图１。其中，ａ为立杆纵向距离，其在跨中截面处的数值为９０ ｅｍ， 导致开裂 。对于施工过程中支架受上部传递的荷载较大，同 梁段截面处的数值为６０ ｃｍ；ｂ为立杆横向的距离，其值为６０ ｃｎｌ。 时保证支架的安全，进而要求其设计布局较为适当，且满足支架 的承载能力。 目前针对满堂支架施工方法做了相关研究，如张鹏等人 引 入“混凝土为理想的流体材料，且忽略其间的剪应力”的假设，并 以此为基础提出连续箱梁满堂支架的设计计算方法；刘华等人 主要结合实际工程采用预压等试验，消除支架的非弹性变形以测 量支架的弹性变形；高建华等人 运用有限元分析建立满堂支架 的空间计算模型，并对承载力、稳定性等进行验算。但是上述研 ａ（ｂ） Ⅱ（ｂ） 寻 图１立杆布置图 究未涉及宽幅多室箱梁满堂支架施工的分析，并未将理论计算与 ３支架理论计算及验算 有限元分析结合起来，因此，本文以某在建工程作为研究背景，分 ３．１ 木枋验算 析了宽幅连续梁桥满堂支架系统的受力情况。 为了保证木枋能承担上部结构的荷载，其布设方式为松木单 层进行施工。以０．６ ｍ跨径腹板处采用跨径为０．６ ｍ的梁对腹板 １ 工程概况 现浇箱梁具有受力整体性强、刚度大、线性易控制等优点，越 处的承载能力进行验算，支点中心间距６０ ｃｍ，横桥方向中心间距 ｅｍ，其截面特性值如表１所示。 来越多的桥型采用支架整体现浇的施工方式。由于该桥梁箱梁 为２０ 横向宽度与自重较大，同时采用满堂支架符合现场施工情况，安 通过理论计算其纵向木枋应力值为３．７８ ＭＰａ，挠度为０．０３１ ｅｍ， 全可靠。该桥梁主桥采用满堂支架现浇方式进行施工，其跨径布 横向木枋应力值为１１．３ ＭＰａ，挠度为０．０９４ ｅｍ，均满足要求。 能够使现场施工事半功倍，企业获得更多利润。 参考文献： 道技术，２００４，４１（５）：４６—５１． ［３］ 代春泉，王［４］ 方磊．城市隧道施工风险模糊综合分析［Ｊ］．建筑 ［１］ 金波，韩常领，王万平，等．既有隧道改建施工的安全风险 经济，２０１２（４）：２０—２１． 及时策［Ｊ］．公路，２００８（７）：２６９—２７１． ［２］ 石有才．既有运营隧道增建“喇叭口”施工技术［Ｊ］．现代隧 宏．规避隧道施工风险的措施探讨［Ｊ］．交通标准化， ２０１０（１８）：３３—３５． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ Ｊｉｎｊｉ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ Ｇｕｏ Ｊｉａ （Ｈｕｎａｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｊｉｎｊｉ ｍｏｕｎｔａｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｂｅｎｃｈｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｃｏｒｅ ｓｏｉｌ ｍｅｔｈｏｄ，ＣＲＤ ｍｅｔｈｏｄ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｅｎｅｆｉｔ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ，ｂｅｎｃｈｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｃｏｒｅ ｓｏｉｌ ｍｅｔｈｏｄ，ＣＲＤ ｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：２０１５—１２—０１ 作者简介：范启明（１９８０．），男，工程师 ·２０２· 第４２卷第５期 ２ ０ １ ６年２月 表１术枋截面特性值 山 西 建 筑 与理论计算偏差为１２．５％，而出现应力集中现象主要原因是施工 １２ ｌ ｌ 截面弯曲系数／ｍ ｌ １．６７×１０—５ 弹性模￣－Ｉ／ｋＮ·ｉｎ Ｉ９×ｌｏ 最大容许应Ｊｌ￣／ＭＰａ ｌ 工程中底模板与方木的受力有传递过程，而有限元模拟无法精确 Ｉ 模拟出来，只能将底模板方木连接在一起共同受力，因此造成一 定的偏差，但应力都小于１２ ＭＰａ，满足安全性的要求。根据方木 ３．２横杆稳定验算 横杆的端头分别以铰接的形式进行约束，其所受到的水平力 的力学特性，建立相同特性的材料，采用梁单元的方法建立。采 可忽略不计。横杆承担部分由上部结构传递下来的荷载以及自 取梁单元模拟方木，纵向方木有限元计算结果最大值６．６３ ＭＰａ， 重，同时其结构验算以０．９ ｍ的梁进行计算。 与理论计算偏差为７５．４０％，其挠度最大值为０．０４７ ｃｍ，与理论计 在验算横杆的承载能力时，应以其所处的最不利条件进行加 算偏差为５１．６１％，同时横向方木有限元计算结果最大值５．０６ ＭＰａ， 载，即在横杆跨中施加一个集中力进行验算。其横杆最大弯矩计 与理论计算偏差为５５．２２％，其挠度最大值为０．０５８ ｃｍ，与理论计 算可得为０．３７５ ｋＮ·ｍ，计算所得容许最大弯矩为６６８ ｋＮ·ｍ，稳 算偏差为３８．３％，因为将纵向方木与横向方木节点处共同连接受 定性满足要求。 力，导致纵向方木有限元计算值与理论计算值偏大，而横向方木 ４有限元计算对比分析 有限元计算值与理论计算值偏小，但是其结果均小于１２ ＭＰａ达 为了在箱梁施工过程中保证支架有足够的安全性及稳定性， 到其安全性的要求。同时要确保在施工过程中支架不产生较大的沉降，故支架分析具 ５ 结语 有一定的重要性。本文利用Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ有限元软件进行建模分 通过理论计算及有限元分析可以得出以下结论：１）理论计算 析，模型中采用均桁架单元模拟支架结构，采用梁单元模拟方钢 结果与有限元计算结果的变化规律对应一致，验证了有限元分析 及方木，支架底部的约束方式为竖向约束，同时将箱梁自重、施工 的可行性。２）支架立柱理论计算结果与有限元计算结果的偏差 荷载等荷载均匀分布于模板上。 都在合理范围内，各位置处的偏差基本小于１０％，同时在荷载作 用下支架的最大弹性变形为１．１２ ｅｍ，远小于规范所计算的控制 ４．１ 支架承载力分析 根据有限元模型计算得出支架在荷载作用下其立柱轴向应 最大变形值，故满堂支架采用有限元模拟分析偏安全，确保支架 力在支座处应力较跨中处小。其计算结果相较于理论计算都偏 系统是稳定的。３）剪力撑在荷载的作用下出现最大压应力为 小，但是都均小于２０５ ＭＰａ，因此其结果满足支架稳定性的要求。 １０７．１ ＭＰａ，最大拉应力为３９．１ ＭＰａ，均满足结构的强度，其主要 根据Ｍｉｄａｓ有限元计算结果，并同时选取一跨作为剪力撑的分析 作用保证支架在水平荷载下支架系统的受力整体性，因此剪力撑 能得出在跨中位置中横桥向由于风荷载等水平荷载的存在，因而 在支架系统中起一定的作用。４）底模板与方木传递上部结构带 剪力撑起到支撑作用，确保支架整体受力。剪力撑最大拉应力发 来的荷载，在模拟过程中以梁单元固结模拟会造成一定的偏差， 生在跨中支架底部，其应力值为３９．１ ＭＰａ，同时剪力撑最大压应 但是都在强度及刚度范围内，所以其有限元计算结果是可行的。 力发生在靠近端横梁截面底部的位置，其应力值达到１０７．１ ＭＰａ， 参考文献：结构强度均满足要求，主要是由于在端横梁处其竖向荷载较大， ［１］ 李海东，陈舜东．桥梁现浇施工碗扣式满堂支架稳定性计算 而水平荷载导致部分剪力撑杆件出现拉应力，因此从剪力撑的受 有限元模型进行分析得出在荷载作用下其支架结构发生线弹性变 件是其最大变形值不得超过计算跨径的１／４００为１０ ｍｒｕ，且支架结 横向变形不大，故支架满足变形要求。 ｌ Ｊ『．铁道建筑，２０１４（１１）：１４一ｌ５． 与应用＿Ｊ １．铁道工程学报，２００１，７１（３）：６４—６８． 中的组合运用［Ｊ］．西南公路，２００６（２）：４８—５３． 长安大学，２０１０：１００—１０１． 力情况进一步得出其对于支架整体受力性能起着重要作用。对 ［２］ 郝英龙，孔祥平．满堂支架在混凝土现浇施工中的方案设计 化，其最大变形值为１．１２ ａｍ。参考规范得知验算支架的刚度的条 ［３］ 张海良．八七型钢梁与钢管满堂支架在５０ ｍ连续箱梁施工 构宽度较大，其立杆的最大高度基本为５ ｍ，因此支架系统纵向及 ［４］ 张建伟．连续梁桥满堂支架施工控制技术研究［Ｄ］．西安： ４．２底模板及方木承载力分析 根据竹胶板的力学特性，通过建立材料的力学特性，以板单 ［５］ 苏卫国，刘 剑．现浇箱梁高支模满堂支架的有限元分析 ［Ｊ］．华南理工大学学报（自然科学版），２０１３，４１（２）：８２—８７． 张鹏，肖绪文．客运专线现浇连续箱梁满堂支架设计计算 元连接各节点模拟底模板进行面加。由此有限元分析结果得出， ［６］方法研究［Ｊ］．铁道标准设计，２００９（１２）：４２．４６． 其受力较为均匀，最大应力为５．１９ ＭＰａ，与理论计算偏差达到 刘 华，傅学军，孙胜利．西山沟Ⅱ号大桥连续箱梁支架施 １８０％，其挠度最大值０．０２９ ｃｍ，相比于理论计算偏差为８１．２５％， ［７］工技术［Ｊ］．桥梁建设，２００９（１２）：４２—４６． 出现于个别位置上，计算所得结果高于理论计算结果，但是从有 高建华，冯志强，管品武．某无背索部分斜拉桥主梁碗扣式钢 限元分析结果可以看出箱梁底部模板的应力基本都在１．６２ ＭＰａ左 ［８］管支架施工方案研究［Ｊ］．河南科学，２０１２，３０（６）：７５９－７６２． 右，相较于理论计算偏差为１３．２２％，其挠度基本在０．０１４ ａｍ左右， Ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｃａｆｆｏｌｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗｉｄｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｃｈａｍｂｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅ Ｆａｎ Ｑｉｍｉｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏｍｐａｎｙ １ ｓｔ Ｇａｓ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｙｕｌｉｎ ７ １ ８５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｓ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｓｃａｆｆｏｌｄ ｓｕｐｐｏ￣ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｗｉｄｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｃｈａｍｂｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅ．Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｕｐｐｏ￣ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｒｉｇｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｃｈａｍｂｅｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｅａｍ，ｓｃａｆｆｏｌｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｒｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ