钢箱梁临时胎架结构验算与安装

钢箱梁临时胎架结构验算与安装薛芳 【摘要】型钢胎架是钢箱梁安装中的重要操作平台具有占用作业空间小、安装方 便、工期短等其他工法不可比拟的优点.根据型钢胎架工艺特点，通过武咸公路高架 桥钢箱梁胎架工程实例，总结了型钢胎架的有限元结构检算、钢架安装等环节中较 为可行的工程措施.【期刊名称】铁道建筑技术 【年(卷)，期】2011(000)003 【总页数】6页(P1-6) 【关键词】钢箱梁;临时胎架;结构验算 【作者】薛芳【作者单位】中铁十一局集团城轨公司，武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】U448.2231工程概况武咸公路改造工程始于栅栏口立交二期，止于青菱立交。武咸公路规划为城市快速 路，全线采用高架桥加地面辅道形式，其中高架桥长约6.9 km。该高架的第L24 至L26联为高架钢箱梁，由标准段渐变至加宽段(由26 m渐变至48 m)，桩号 W097W109。钢箱梁标准横断面宽度为26 m，采用单箱四室结构，加宽段横断面宽度在29 48 m之间，最大横断面宽度达到48 m，采用单箱十室结构。考虑吊装施工环境 和运输条件，对钢箱桥进行了分段。由此最大分段重量为118.696 t,最大分段尺 寸为 6 006 mmx30 305 mmxl 920 mm。2钢箱梁安装胎架适用要求高架箱梁所在道路为武汉市主要交通干线，交通比较拥挤，且周围建筑物(房屋、 电线杆等)较多，很多高压电线杆(高约12 m)距离桥面水平距只有1 m左右，对钢 箱梁体的运输、吊装及焊接造成了极大困难。同时，根据交管部门和设计要求，施工期间必须保证双向双车道通行能力。为了最 大限度避免影响道路交通，通过对各种施工方案的综合比较，最终决定使用型钢胎 架作为临时支撑。型钢胎架施工起来主要有以下优点：(1)占地少，不需要较大工作 面，给后续工序提供了操作空间；(2)减少了对道路的占用面积，对道路交通影响小， 满足交通基本要求；(3)胎架由于是模块化施工，装卸、运输、安装等都很方便，施 工节奏明显快于其他方法(如满堂支架法)，对工期有保障。3临时胎架设计3.1临时胎架结构形式根据钢箱梁节段自重及现场地质条件，临时胎架采取钢管支架。临时胎架断面为2 825 mmx2 825 mm,根据桥梁底面标高，确定的最高胎架高 度为8.8 m。胎架结构的4根主肢采用中325x10钢管，顶部采用 H200x200x8x13型钢与主体相连牢固，并在顶部加焊4根中200x10调平钢管， 高度约为500 mm。同时，每套临时胎架上部设置2台千斤顶，根据施工需要， 可在安装期间对钢箱梁进行线形调整。各承力钢管横断面以及侧面的连接均采用 中89x4的钢管连接，保证结构的整体稳定性。根据L24至L26联的设计高度，我们计算出施工期间胎架高度为6.7 8.8 m。因 本工程整体工期较短，为了加快胎架的制作，决定主要利用本项目既有的6m标 准段胎架。高度不足部分，在现场根据实际高度用短支架进行加高。加高胎架部分 与原有6 m标准段胎架结构形式一致，主肢采用中325x10钢管，横断面以及侧 面的连接均采用中89x4的钢管，连接时采用焊接形式，即加高部分焊接在原有胎 架顶部的钢板上。以最大高度的胎架为例，其结构形式见图1。图1型钢胎架结构3.2荷载及工况组合情况依据施工过程模拟计算设计验算胎架，采用有限元软件MIDAS对胎架承载力、整 体稳定等受力性能进行校核。长度单位为毫米(mm),力的单位为牛(N)，应力单 位为兆帕(MPa)。本支架所涉及的荷载工况包括3种类型，主要考虑恒载(DL)、活载(LL)、风荷载、 温度荷载等作为设计荷载依据，见表1。表1胎架设计荷载汇总项目符号名称说明1 DL恒荷载胎架结构自重(结构理论 重量)2 LL活荷载根据桥的分段、安装顺序及胎架布置位置的选择和分析，此处考 虑钢桥传递给胎架的3种可能出现的不利活荷载分布。(1)活荷载分布一(LL=LL1): 胎架只有一个立柱受力，按最大受力考虑，取可能出现的最大的竖向力F=1 187/4=296.75(kN)(此处胎架数量为4)洞时考虑吊装时弓|起的水平荷载，暂取该 段桥自重的10%/4=2.5%来考虑(该段桥处有4个独立胎架)(2)活荷载分布二 (LL=LL2):胎架一侧的2个立柱受力，此时胎架偏心受压，每个立柱F=1 720/(4x2)=215(kN)(此处胎架数量为4,每个胎架两根立杆受力)，弯矩M最大， 另外考虑荷载分布不均匀系数1.5，施加于其中的一个立柱同时考虑吊装时引起的 水平荷载，暂取该段桥自重的10%/4=2.5%来考虑(该段桥处有4个独立胎架)(3) 活荷载分布三(LL=LL3):4个加载力，此时胎架轴心受压，每根立杆受力F=810.5/4=202.625（kN）,另夕卜考虑荷载分布不均匀系数1.5，施加于胎架一侧 的2个立柱。同时考虑吊装时弓I起的水平荷载，暂取该段桥自重的10%/4=2.5% 来考虑（该段桥处有4个独立胎架）3 W风荷载按基本风压W0=0.35 kN/m2来考 虑，经过计算的每个胎架可能受到最大的风荷载为Fw=10.05 kN，方向垂直于桥 的长度方向4 T温度荷载温度荷载按201温差考虑 各工况组合及编号见表2。以上工况的边界条件为：（1）柱脚边界约束，考虑为固定铰支座（约束平动，不约束转 动）。（2）构件边界条件，立杆与支撑连接均视为铰接。构件连接实际构造应尽可能 接近设计约定，做到与实际现场一致。表2设计工况组合汇总编号各工况组合系数DL LL Wx Wy T备注1 1.35 0.98 2 1.2 1.4 3 1.2 0.98 1.4 4 1.2 0.98 1.4 5 1.2 0.98 - 1.4 6 1.2 0.98 - 1.4 7 1.2 1.4 0.84 8 1.2 1.4 0.84 9 1.2 1.4 - 0.84 10 1.2 1.4 - 0.84 活荷载为 LL=LL1、LL2 和LL3时，分别进行工况组合11 1升温加载12 -1降温加载13 Tenv温度工况 组合包络14 Cenv活荷载为LL=LL1、LL2和LL3时，各自的1 14工况组合包 络3.3平台架承载力及刚度分析3.3.1计算模型的建立胎架由立杆、水平撑、斜撑和端部结构等部分组成，构件的截面见表3。立杆为本 结构体系中承担荷载的基本单元和受力主体，主要承担竖向荷载;斜撑主要承受水 平剪力，是平台架整体刚度的重要保证构件。平台架计算模型见图2。表3各部位设计截面汇总编号部位构件截面1立杆P325X10 2水平撑、斜撑 P89x4 3 端部处理 H200x200x8x133.3.2结构荷载反应对不同的活荷载情况，分别进行计算分析，得出每种情况下最不利工况下的胎架结 构的应力、变形及稳定性等。本文仅示例第一种荷载组合。在最不利工况组合Cenv下，结构的应力和变形如图3所示。根据计算结果可知， 结构最大拉应力约为30.398 N/mm2，最大压应力约为-74.540 N/mm2 f=215 N/mm2 , x向变形为3.112 mm , y向变形为3.389 mm , z向变形为- 1.740 mm，变形矢量和为 4.828 mm (3-5)，表明结构具有较好的整体稳定性能。 3.5地基承载力计算为了确保胎架的稳定，在胎架主肢底端加焊一块700x700x20的钢板，四周采用 M24X160膨胀螺栓与路面基础固结。根据软件计算，提取胎架最大反力(已考虑安全系数)Fx=1 774 N , Fy=13 770 N , Fz=480 030 N，单个主肢受力为F= = 120(kN),施加给路面的压强为P=245kPa。根据一般公路及现场地质状况，公路的地基承载力大于440 kPa 245 kPa，故地 基承载力计算满足要求。实际施工时，提前进行试压，地基承载力参照440 kPa，但以试压结果为准。4临时胎架安装4.1临时胎架定位(1) 临时胎架安装前，对实地进行考察和测量，首先对安装基础不符合要求的，事 先进行平整、硬化，然后根据桥梁中心线、胎架轴线和节段的划分，用经纬仪或全 站仪确定临时胎架的纵横坐标及标高。图4活荷载为LL=LL1时结构构件应力比(2) 根据已放好的胎架脚位置，用墨线弹出各固定点位，尤其是螺栓位置务必准确， 减少安装误差。为了确保胎架的稳定，在胎架主肢底端加焊一块700x700x20的钢板，四周采 用M24x160膨胀螺栓与路面基础固结。4.2胎架的吊装(1) 吊装前要进行实地考察，选择最优的吊机及运输车辆站位，减小对交通的影响， 同时检查吊机站位位置有无地下管道、溶洞等不利条件，确保吊机可以安全吊装。(2) 提前设立安全围护及交通引导标识，并安排好专人职守引导车辆通行。(3) 吊装时，严格对各节段进行编号，按顺序依次吊装。吊装期间严格遵守相关规定，严禁违规违章作业。(5) 桥梁安装完成后，选择部分胎架设置沉降观测点，用来对整个支架的沉降状况 及稳定性进行观测。(6) 临时胎架调节，临时胎架调节采用调节段(高度为500 mm左右)与千斤顶进行， 主要用于钢箱梁吊装时调节钢箱梁标高和安装结束后进行钢箱梁整体卸载。4.3胎架的焊接6m标准段直接进行安装，固定好相应的地脚螺栓即可。对需要加高接长和增加 柱间支撑的节段，一般采用焊接方式进行联接。根据先焊长焊缝，后焊短焊缝，先焊熔敷量大的焊缝，后焊熔敷量小的焊缝的原则， 制定现场焊接的焊接顺序。焊接时注意以下事项，确佬吉构安全。(1) 多层多道焊时，各层各道间的熔渣必须彻底清除干净。(2) 焊缝的转角处包角应良好，焊缝的起落弧处应回焊10 mm以上。(3) 埋弧自动焊焊剂覆盖厚度不应小于20 mm，且不大于60 mm，焊接后应等焊 缝稍冷却再敲去熔渣。如在焊接过程中出现断弧现象，必须将断弧处刨成1:5的 坡度，搭接50 mm施焊。(4) 不允许在焊缝以外的母材上随意打火引弧。施工人员如发现焊缝出现裂纹，应及时通知工艺员，查明原因后才能按工艺人 员制订的方案施工。4.4试压胎架安装完成后，需进行胎架试压，试压的目的是观察地基稳定性、地基的沉降、 胎架的实际稳定性、胎架的实际弹性变形，以及消除胎架的非弹性变形。试压块重量根据相应桥梁段的重量设置，考虑10%的安全储备，试压时间约8 h , 在此期间观测胎架的变形及地面的沉降情况，地基有沉降情况发生时，根据实际情 况采取地基处理(浇筑混凝土)或加大胎架底部钢板的办法进行处理。试压结束后，胎架安装为正式结束，此时应进行胎架的验收，技术、质量、生产部 门主要负责到场验收，并请监理旁站，验收通过后方可进行下一步工序。4.5临时胎架防撞为防止支撑体系安装后受到来自垂直通行及转弯的车辆撞击，必须加强对现场周围 车辆的疏导管理及采取防撞措施。胎架的两侧根据实际施工现场需要，分别设置防撞装置，如水马或锥形桶，在特殊 和重要路段设置反光防撞桶，同时还在一定距离内加设砂袋墙，砂袋墙高1m。 以避免车辆直接撞击支架。防撞示意见图5。图5胎架防撞墩示意5注意事项(1) 施工时应特别注意，当计算的胎架所依据的箱梁结构分段重量与现场实际不符 时，如安装重量大于计算重量，必须重新验算。(2) 安装型钢胎架时，严格按照计算模型选取的条件进行组织安装:立杆与基础的连 接要严格把关，必须达到计算模拟的固定铰支座。(3) 构件连接实际构造应尽可能接近设计约定，做到与实际现场一致。(4) 吊装构件就位时，一定要尽量对中，要缓慢放下，施工前做好详细的技术交底。(5) 做好防撞等维护结构，应保护好胎架，防止对胎架造成损伤，引起永久变形。(6) 胎架使用过程中，派专人定期检查胎架情况，发现异常问题及时解决。6结束语随着城市化进展的加快，各大城市均加大了市政建设力度，市政工程规模也逐年增 加。在此背景下，各种适用于市政建设的新型桥梁结构不断涌现，钢箱梁结构由于 结构简单、造型新颖、安装方便、工期短等优点，正不断成为城市高架桥的主要桥 型。如何以安全、高效的施工方法将钢箱梁准确安装到位，需要施工单位在生产中 不断总结。本文根据箱梁的施工特点，总结出了以型钢为材料用作钢箱梁的安装胎架。通过有 限元进行结构分析，对胎架的结构安全性进行了分析，并对安装要点进行了叙述。 目前临时胎架在武咸公路改造工程钢箱梁安装施工过程中得到应用，实现了少占空 间、快速施工的目标;在同类型施工中，其经验可供该广大技术人员选用方案时参 考。参考文献1孙清华，孙昊.概率论与数理统计M .武汉:华中科技大学出版社，20052 GB 50017 - 2003钢结构设计规范S