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石首长江公路大桥满堂支架及模板计算毕业论文

 2020-02-18 12:02  

摘 要

桥梁施工法多种多样,而支架施工是连续梁桥施工中的主要一种。并且在桥梁施工中,桥梁模板是一个必不可少的用具。本次毕业设计便是对桥梁模板以及满堂支架的验算。现浇箱梁中可使用的模板支撑体系的种类有非常多种,本次工程所采用的碗扣式支架便是其中最为常用的一种,它是利用所有的支点来承担所承受的荷载,所以支点越多,每个支点承受的荷载越小,再将这些荷载传递到地基之中。所以,在工程施工之前,先对桥梁的模板体系进行计算,再对碗扣式满堂支架结构进行计算,能够有效的保证桥梁工程能够安全的施工以及尽可能的保证在安全的前提下用减少桥梁工程所需的经济费用。

为了确保结果的准确性,本次毕业设计中利用了两种方法来分别验算结果,一个是有限元软件验算法,我们这次用的有限元分析软件则是Midas Civil 2019,其验算的过程是:建造相应的模型→设置模型的属性→添加模型所承受的荷载→运行得出结果;另一种方法即是参考设计规范计算法,其计算过程是:根据规范要求→计算桥梁模板和碗扣式支架所承受的荷载→根据规范的公式代入数值→把得出的数值与规范要求的容许值进行比较→验算结果是否正确。再将两种不同方法的结果进行比较,以便互证各自答案的准确性。

然后,对比上述两个不同方法的计算结果,再进行总结,得出最终的结论。根据结果表明,根据设计规范计算的结果小于模板和支架的正截面承载力和位移的容许值(根据设计规范规定的容许值),而有限元计算的结果也基本满足。

关键词:满堂支架;模板;有限元;箱梁桥

Abstract

Bridge construction methods are various, and bracket construction is the main type of continuous beam bridge construction. And bridge construction is an essential tool in bridge construction. This graduation project is the verification of the bridge template and the full hall bracket. There are many types of formwork support systems that can be used in cast-in-place box girder. The bowl-and-buckle bracket used in this project is the most commonly used one. It uses all the fulcrums to bear the load. Therefore, the more the fulcrum, the smaller the load on each fulcrum, and then transfer these loads to the foundation. Therefore, before the construction of the project, the calculation of the formwork system of the bridge is carried out, and then the calculation of the bowl-shaped full-frame structure is carried out, which can effectively ensure the safe construction of the bridge project and ensure the use of the bridge under the premise of safety. The economic costs required for the project.

In order to ensure the accuracy of the results, two methods were used in this graduation design to check the results separately. One is the finite element software verification algorithm. The finite element analysis software we used this time is Midas Civil 2019. The verification process is : Build the corresponding model → set the properties of the model → add the load that the model bears → run to get the result; the other method is the reference design specification calculation method, the calculation process is: according to the specification requirements → calculate the bridge template and the bowl buckle Loads on the brackets → Substituting values according to the formula of the specification → Compare the values obtained with the permissible values required by the specifications → Check whether the results are correct. The results of the two different methods are then compared to verify the accuracy of the respective answers.

Then, compare the calculation results of the above two different methods, and then summarize and draw the final conclusion. According to the results, the results calculated according to the design specifications are smaller than the allowable values of the normal section bearing capacity and displacement of the template and the bracket (according to the allowable values specified in the design specifications), and the results of the finite element calculation are also basically satisfied.

Key words:Full frame; template; finite element; box girder bridge

目录

1绪论 3

1.1背景、目的和意义 3

1.1.1背景 3

1.1.2目的 3

1.1.3意义 4

1.2国内外研究现状 4

1.2.1国内研究现状 4

1.2.2国外研究现状 5

1.3课题研究内容 5

1.4预期目标 6

2方案概况 6

2.1地形地貌、地质条件 6

2.2气象及水文 6

2.3工程概况 7

2.4支架安装 8

2.5编制依据 8

3方案设计 9

3.1支架计算荷载的取用原则 9

3.1.1设计荷载 9

3.1.2荷载取值 10

3.2使用材料 12

3.3桥梁模板的计算 13

3.3.1桥梁模板的荷载计算 13

3.3.2桥梁模板的强度验算 14

3.3.3桥梁模板的刚度验算 15

3.4木纵梁的计算(10×8cm) 15

3.4.1木纵梁的荷载计算 15

3.4.2木纵梁的强度验算 16

3.4.3木纵梁的刚度验算 17

3.5木横梁计算(I10工字钢) 17

3.5.2木横梁的强度验算 18

3.5.3刚度验算 19

3.6碗扣支架计算 20

3.6.1支架性能 20

3.6.2碗扣支架的荷载计算 20

3.6.3碗扣支架的强度验算 21

3.6.4碗扣支架的刚度验算 21

4有限元计算 22

4.1有限元及Midas Civil介绍 22

4.1.1有限元法的介绍 22

4.1.2 Midas Civil简介 22

4.2模板计算 23

4.2.1桥梁模板的荷载 23

4.2.2有限元建模 23

4.2.3有限元强度验算 25

4.2.4有限元刚度验算 26

5结果对比 28

6结论与展望 29

参考文献 30

致谢 32

1绪论

1.1背景、目的和意义

1.1.1背景

近几年来,由于跨海大桥、轨道交通和高速公路等等的工程技术不停的发展,大体积混凝土在一般桥墩中的占比率不断增大。但是由于常常浇筑的位置过高,导致在浇筑过程中,混凝土就会对桥梁模板形成一个不容忽视的压力,在施工的时候便会存在风险,除此之外,因为桥墩模板都有十分复杂的受力情况和构造,想通过理论分析算出结果是一件非常困难的事情,所以模板的计算和支架的计算便显得尤为的重要[15]

1.1.2目的

一般而言,在永久的桥梁工程结构体中并没有桥梁模板的存在,换句话说,模板只是为了浇筑混凝土而使用的一种临时性的构造物,所以相对于混凝土和钢筋这些桥梁工程中最基本的材料,模板便没有被设计人员和施工单位高度重视,但是模板的设计与使用的是否得当,实际上也是每一个桥梁工程能否成功的重要因素之一[11]

现浇箱梁中比较常见的模板支撑体系是碗扣式满堂支架[3],它是利用多个支点来分散所承受的荷载,再将这些荷载传递到地基之中。在桥梁工程的现场浇筑混凝土阶段,必须把各个支架的沉降量保证在设计规范所规定的容许值之内,为了避免裂缝的产生,还必须确保所有的桥梁支架的沉降量相差不大。除此之外,为了每一个建筑工人以及工程建筑本身着想,就必须保证在施工的时候是绝对安全的,因此桥梁支架和桥梁模板的正截面承载力、位移、以及稳定性的计算是重中之重,因为这直接关系于桥梁是否能安全施工以及施工完成后的使用问题。而对于模板部分则必须满足承载力和稳定性的要求才能正常施工,否则存在的安全隐患不容小觑。

1.1.3意义

从古至今,无论是古代的石桥或是木桥,还是现代的钢筋混凝土桥等等,桥梁的建设一直都是交通建设中不可或缺的部分,一座桥是否是豆腐渣工程亦或是其安全性能是否达标都将对交通的安全造成不可预算的后果[8]。所以在桥梁施工之前对满堂支架以及桥梁模板的正截面承载力、挠度进行计算是不可缺少的重要步骤[12],这也是保证桥梁能够安全施工的前提同时还是把经济效益达到最大化的重要依据。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

国内采用现浇桥梁模板的方法相比于其他国家先对较晚,不仅早期基本只关注如何去改进面板材料,而且结构形式也非常单一,但即便如此,它的通用性还是很强的。近几年来,逐渐的有人开始研究不同种类桥梁专用的模板结构体系,其研究得到的收获也非常之多。人们不再是只从材料改进的角度来提升桥梁模板建设的技术,现在也从专用体系这个方面进行研究,计算机的技术以及网络化的发展也为模板设计注入了新的血液,以后的桥梁模板发展和创新可谓是一片光明,不仅可以从制造工艺和新材料的应用等方面发展,也可以从结构设计和组织管理等方面进行创新[9]

随着普遍使用预应力混凝土,桥梁建设在上部结构的施工中也是突飞猛进,比如就地浇筑法,它的特点就是极其方便,原因是不需要其它地方来预制混凝土,也就变成了现如今一种最常用的施工方法[10]。本次工程便采用这种方法,首先要搭建满堂支架,然后把模板搭设在支架上,接着把混凝土浇筑在模板上,经过几天的保养使得混凝土的强度达到90%,再进行脱模步骤[6]

当这个世界有了悬臂施工法之后,满堂支架法施工法被人们使用的次数也越来越少,不仅仅是因为相比之下它的工期实在较长,而且它所需要使用的木材和钢材也非常之多,其实满堂支架法是一种年代久远但也因此完整的一种工艺[4]。但是这些年来,由于桥梁结构一直在永无止息地发展,也因此产生了各式各样的新型桥梁,例如弯桥和斜桥等等[5]。这类桥梁在进行预应力混凝土连续梁桥施工时,像满堂支架这类的施工方法的优点也被放大出来,比如一次性布置、预应力筋又可以集中张拉等等,其结构不会引起恒载徐变二次矩,也不会发生体系转换,所以,在大部分的桥梁工程中满堂支架法又成为了潮流的宠儿。

现如今,满堂支架法是众多桥梁上部现浇连续箱梁施工方法中最常用又好用的一种[2]。木模板是满堂支架最开始使用的模板种类,例如本次工程使用的竹胶板,然后慢慢就有了钢脚手架,和发展到现在各式各样的万能杆件,在这所有的模板种类中,碗扣式脚手架是使用的最多的一种。碗扣式脚手架的优点有非常多,比如它是轴心受力构件,力学性能好,结构强度也高,接头构造还合理;工人的劳动强度很低,它的自锁能力强,抵抗弯矩、剪力和抗扭能力强,可以避免螺栓作业,安装也很简单,光靠是一个铁锤就能完成它所有的操作工艺[7]!使用碗扣式支架不仅省时省力而且还安全可靠。所以,满堂支架施工法中碗扣式支架是使用最多的一种。

1.2.2国外研究现状

新型模板施工的技术具有施工速度快、成本低、工程质量好等优点,已经在高层建筑施工中广泛应用。根据海洋环境高桥墩特点的施工特点,采用新型模板施工技术进行桥梁施工,采用围堰施工,脚手架模板施工和爬坡水工施工。其良好的效果也成为了其他类似结构的一种参考。

1.3课题研究内容

研究的基本内容:

外力计算

模板计算

支架计算

有限元计算

1.4预期目标

熟悉箱型桥梁结构,掌握桥梁的外力计算,学习参考所需的规范,根据参考规范的公式进行桥梁模板和支架的强度验算和刚度验算,并将结果根据跟范与规定的容许值相比较,然后学习Midas Civil软件,建造模型,接着验算模型,再把验算结果与规范容许值进行比较,然后和公式计算结果对比,以确保结果的准确性。

2方案概况

2.1地形地貌、地质条件

2.2气象及水文

石首长江公路大桥所在的地区的气候属于北亚热带季风气候,它的特点是处于亚热带和暖温带之间并偏向于暖温带。由于该地区的光亮充足,所以每天地表可以接受很多的热量,而且降水十分丰沛,大部分的天气也都是无霜天,雨热也是同一个季节,年均温度基本处于14.6~15.9℃之间,最高温度直逼42.9℃,最低气温也能降到-13.9℃。年平均日照时数大约为2001.6~2319.5 小时,大晴天有246~281天,年平均降水量在983.8~1429.8mm。在六月份和七月份时,该区域的风向基本为西北风,其余时间多为南风或者偏南风,年平均风速为1.9~2.9m/s,最大风速可达23.1m/s。

因此它的水量也会因水,所以这里的土质具有良好的富

的补给来源于相邻的含水层以及地表上的水,所在的地底位置不深,所以

2.3工程概况

根据《某箱梁桥满堂支架及模板计算》可知,在石首长江公路大桥中,有17联63跨预应力钢筋混凝土现浇箱梁。在工程施工过程中,采用碗扣式满堂支架法对这些箱梁进行浇筑施工。施工的准备工作是进行地基处理,可以采取人工加固或者更换承载力更强的基础的形式,如桩基础、筏板基础等,然后按照规范要求搭设满堂支架。搭设和去除支架的工序,一定要严格满足要求。在搭设支架中,现浇箱梁的内外模采用竹胶板的形式。浇筑混凝土时,腹板和底板需在顶板之前浇筑完成,浇筑完成之后再进行顶板的浇筑工作。在完成混凝土浇筑工作之后,在浇筑的砼覆盖上合理的土公布(此处需仔细作业,否则会影响养护结果)并洒水上去进行养护工作。在混凝土养护的龄期达到7天以上之后,看其强度是否有设计强度的九成,条件均达到之后再开始实施张拉作业,该工序完成后,按照工艺要求,在一天之内便要进行压浆作业,直到前文提到的所有作业完成后,再拆除满堂支架。

按照文献《某箱梁桥满堂支架及模板计算》中提到的,计算碗扣式支架既可以采用系统计算的传统方法,同样可以采用新兴的有限元建模方法来计算。计算碗扣式支架时,应充分考虑到对模板的设计是否合理、最不利荷载的组合会不会造成结构破坏或者失稳、模板强度、刚度是否符合规范要求、支架是否满足规范中的强度和稳定性验算等, 计算结果应与工程实际一致。

2.4支架安装

在2.3节提到过,本次工程的施工工艺是满堂支架施工。在施工作业前,需要对该支架做一个受力分析。通过分析计算出每根支架立柱所承受的荷载大小,结合支架的容许承载力等,从而确定支架应该按照什么方式布置,常见的有行列式,也可以用梅花式。从结构的端点处布设第一根立杆,立杆按照顺桥和横桥两个方向布置,每90厘米间距布置一根杆件,在腹板位置的横桥向需要按60厘米布置,横杆则设置为120厘米一个步距,然后把立杆与地面角度调整为90°,接着扣紧碗扣,第一层安装完后才能安装第二层的立杆和横杆,直至所有立杆、横杆安装完成,接着再安装顶托,并把U型顶托安装在图纸所示位置,顶层和底层的横杆设置60厘米的步距。底层扫地杆离地为20厘米。与此同时,还需要设置一些剪刀撑,来确保满堂支架的整体稳定性,这些剪刀撑应该设置在支架沿横向和纵向每隔4m处,然后稳固钢管的连接处,如果未连接紧密,可能导致位移超出规范限制,在工程实际中产生事故。之后进行顶托调整工作,而后在横桥方向铺设I10工字钢,接着在顺桥向设置长10厘米宽8厘米的方木,底板上间距是40厘米每个方木,腹板上间距是25厘米每个方木,然后箱梁底模选用δ=15毫米的竹胶板,铺设在纵向方木上。

2.5编制依据

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