橋梁蓋梁底部模板拆除方案計算分析

張文進(jìn)

摘 要：高速公路橋梁施工過程中蓋梁施工一般采用托架模板施工。本文針對高速公路工程中簡支梁橋的蓋梁底部模板拆除不同方案利用有限元分析軟件Midas-Civil進(jìn)行計算分析，選擇出安全合理的施工方案;主要包括蓋梁模板吊撤方案中是對模板支點的選取、對模板提供支撐作用工字鋼的力學(xué)計算分析以及吊裝鋼索和起重葫蘆的選擇等;為科學(xué)地選取施工方案提供足夠的理論支撐。

關(guān)鍵詞：橋梁;蓋梁;計算;模板拆除

中圖分類號：U445.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

巴基斯坦PKM高速公路項目是中巴經(jīng)濟(jì)走廊的旗艦項目和最大交通基礎(chǔ)設(shè)施項目;PKM項目SUKKUR-MULTAN-4標(biāo)標(biāo)段全長54公里，設(shè)計時速為120 km/h;共有橋梁14座其中K585+586位置處的橋梁為5跨的簡支梁橋，總長157 m，寬32 m;上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制工字梁，每跨12片梁。橋梁的橫截面圖及蓋梁的側(cè)面圖如下圖。此橋梁橫跨公路，橋梁的蓋梁施工時易采用滿堂架施工，滿堂架上設(shè)置由工字鋼組成托架;為方便施工人員施工以及小型施工機(jī)械放置，托架的寬度設(shè)置較大，整個托架的重量將近5 t;當(dāng)橋梁蓋梁施工完成后，需要選擇出安全、方便的托架拆卸方案。文中將根據(jù)施工經(jīng)驗提出幾種施工方案，對不同的方案進(jìn)行力學(xué)分析，最終確定出合理的施工方案。

1 計算吊撤蓋梁模板時需要的拉力

1.1 模板需要的材料類型及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)橋梁的蓋梁尺寸確定出蓋梁施工時模板選用的工字鋼和鋼模板的型號，其選用材料的具體參數(shù)及數(shù)量如下表1：

1.2 建立蓋梁模板模型以及力學(xué)分析

參照上述施工方案中采用的模板、工字鋼的已知參數(shù)，利用有限元軟件Midas-Civil（2015版本）來建立橋梁蓋梁模板的空間計算分析模型，模型選用的材料參數(shù)及模型如下圖。

首先，在選擇蓋梁模板吊撤方案中初步計劃的施工方案是對整個模板選擇4個受力位置，然后利用起重葫蘆、鋼索與16號工字鋼連接并施加給模板向上的力，然后解除點模板下方的橋墩抱箍讓模板整體平穩(wěn)下降，進(jìn)而進(jìn)行拆除。為了合理選擇4個受力位置，對以下兩種方案進(jìn)行對比：

第一種方案：4個受力位置選為橋梁兩相鄰墩柱中間的位置，共有5個墩柱，恰好選出4個受力位置;

第二種方案：2個受力位置在兩端，另外2個受力位置在中間。具體如下圖5所示：

由以上計算模型中可以得出：

第一種方案對4個受力位置計算得出，中間2個受力位置的受力很小，甚至為負(fù)值（支點處受拉力）（如圖5（b）），主要因為模板兩端懸空太長，在自身重力作用下下垂，使4個受力點中中間2個受力位置承受的荷載較小，兩端的2個受力位置的荷載較大，這種受力不均的狀況給現(xiàn)場施工控制帶來非常多的不可控因素，有很大的安全隱患，所以具體施工中不宜選擇此種方案施工。

第二種方案中，計算分析得4個受力位置受力相對均勻（如圖5（d）），四個受力點分別為13.5 kN，14.4 kN，14.7kN，12.6kN。在模板拆卸施工過程中便于控制模板整體向下移動，為施工的安全性提供了保證。

綜上計算分析，對于現(xiàn)場施工應(yīng)選擇第二種施工方案較合理。

從計算結(jié)果看，整個模板共5.7 t重，4個受力位置處的平均受力近1.5 t，在實際施工中，需考慮承重設(shè)備的承載能力具有3倍余量，合理選擇受力鋼索及起重葫蘆的規(guī)格，即應(yīng)選擇鋼索和起重葫蘆的規(guī)格均至少為6 t。

2 對施工中重要構(gòu)件進(jìn)行受力分析

施工中選擇的施工方案具體示意圖如下圖，主要輔助設(shè)備有Ф22鋼索、規(guī)格為10 t的起重葫蘆以及16號工字鋼。

在現(xiàn)場施工過程中，整個模板的下面是用4根16號工字鋼與8條鋼索連接起來把模板吊起;為保證施工的安全性，要對模板下方的16號工字鋼進(jìn)行受力驗算分析;在前一節(jié)的計算中得出每條鋼索得承擔(dān)1.5 t的重量，為保證安全施工，計算時需要考慮安全系數(shù)，分別計算鋼索承重1.5 t、4.5 t與6 t時模板底部16號工字鋼的變形及應(yīng)力。

對于以上的計算得出的變形和應(yīng)力進(jìn)行對比分析：

綜上計算分析，從受力構(gòu)件的最大撓度位移和最大應(yīng)力兩方面進(jìn)行考慮，荷載作用于受力構(gòu)件考慮4倍的安全系數(shù)（即驗算構(gòu)件強(qiáng)度時，應(yīng)將承受實際荷載的4倍進(jìn)行計算），每根16號工字鋼在6 t荷載作用下承受的最大應(yīng)力為361.881 1 MPa，而Q235鋼的屈服強(qiáng)度為235 MPa，即在保證構(gòu)件安全工作時最大能承受的應(yīng)力為235 MPa，所以此種施工方案不能保證施工安全。

為了施工安全，下部的受力工字鋼，用兩根16號工字鋼并排聯(lián)接在一起共同受力（如圖8所示），蓋梁頂部的受力構(gòu)件也是此種構(gòu)件，但頂部的受力構(gòu)件受力方式與下部構(gòu)件不同，頂部構(gòu)件受的是均布力;下面首先對下部構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析：

綜上計算分析可得出構(gòu)件承受的應(yīng)力和變形：

計算分析：當(dāng)每根工字鋼承受荷載為6 t時，即每個支撐點荷載為29.6 kN，16號工字鋼跨中最大撓度為0.006 m，所受的最大應(yīng)力為163.4 MPa，工字鋼所承受的荷載與變形滿足要求且能保證施工安全。

最后再進(jìn)行蓋梁頂部的16號工字鋼進(jìn)行受力分析，頂部的工字鋼受的是均布力荷載，按總荷載為6 t進(jìn)行計算，計算分析結(jié)果如下圖：

計算分析結(jié)果中可知，蓋梁上部構(gòu)件在均布荷載作用下的最大位移為0.34 cm，所受最大應(yīng)力為107.5 MPa，托架所承受的變形和應(yīng)力滿足設(shè)計要求且能保證施工的安全性。

對于Ф22鋼索，查找相應(yīng)規(guī)范對應(yīng)進(jìn)行分析，此種鋼索可以保證安全施工;具體參數(shù)見下表4：

為了方便蓋梁托架緩慢下降，每條鋼索上設(shè)置一個起重葫蘆，起重葫蘆規(guī)格為10 t，從上述的表格里分析可知此規(guī)格的起重葫蘆可以滿足施工安全的要求。

3 結(jié)語

綜合以上計算分析，第二種施工方案中在蓋梁底部模板拆除作業(yè)中所有涉及到的受力構(gòu)件，包括模板底部的工字鋼、蓋梁上部的工字鋼、Ф22鋼索、10 t的起重葫蘆均能滿足受力要求，能保證施工的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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