基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁十八局集团有限公司科技研究开发计划项目()作者简介:陈德斌()男湖北襄阳人工程师主要从事项目管理和桥涵工程方面的工作:.引文格式:陈德斌.基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究.铁道建筑技术():.基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究陈德斌(中铁十八局集团天津国际工程分公司 天津)摘 要:跨线高架钢箱梁施工过程中受支承反作用力影响易造成钢箱梁倾覆影响钢箱梁施工安全性 本文提出基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术 结合沙特某铁路跨线高架钢箱梁施工利用有限元软件构建梁格钢箱梁模型研究自重荷载下支架支承反作用力变化规律 采用矢量和法计算抗倾覆稳定系数获取钢箱梁抗倾覆依据结合 技术模拟钢箱梁吊装过程避免高压线路影响钢箱梁安全施工计算箱梁底部应力结合稳定系数阈值验算钢箱梁施工稳定性 检查承重支架稳定性通过吊装作业、位置调整、落位步骤实现跨线高架钢箱梁安全施工 实践证明通过计算分析及一系列施工控制措施可有效保障钢箱梁施工安全关键词:稳定系数法 钢箱梁 安全施工 吊装 抗倾覆中图分类号:.文献标识码:./.():.:引言与现浇混凝土相比钢箱梁因其跨径大、美观、工期短而被越来越多地用于桥梁建设中 由于施工环境复杂特别是靠近高压线路条件下对钢箱梁施工存在很大危险 在桥梁整体结构施工过程中由于地基不均匀下沉而导致的桥墩侧向移动、梁体整体水平倾斜等方面的问题尚无充分探讨依据 文献提出了基于地震激励下支座竖向受力控制方法采用梁格法对斜交式中空板桥梁支座进行应力分析并对斜交角、刚度、跨径、支座刚度等因素进行研究以防止产生大斜交角 文献提出基于 的检测方法对初始波形变形进行形变反演并将 与频率检测相结合以实现对变形参数的实时探测 然而由于桥梁振动信号往往处在一个比较复杂的背景中受干扰因素影响导致反演结果很难表现出自身特点因此很难铁道建筑技术 ()陈德斌:基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究对其进行有效探测 面对上述问题沙特某铁路跨线高架钢箱梁设计施工使用了基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术以保证钢箱梁施工运营安全 基于数值模拟的钢箱梁架设抗倾覆稳定性分析 为了保证跨线高架箱梁安全施工对钢箱梁在进行施工时的抗倾翻稳定性进行研究 采用有限元方法对钢箱梁进行数值分析考虑不同荷载作用提出采用稳定系数法求解抗倾覆稳定性系数以此分析钢箱梁架设抗倾覆稳定性.梁格法钢箱梁模型建立利用 对支架受力进行分析模型如图 图 梁格法钢箱梁模型所示支架在重力荷载作用下各支承均呈现垂直向上的支承反作用力 自重荷载作用下 个支座均未出现脱位现象钢箱梁施工过程稳定安全.基于矢量和法的抗倾覆稳定系数计算从不同角度对不同的转动轴进行计算得到不同转动轴在不同荷载下的稳定系数和倾覆扭矩并将二者之比作为抗倾覆稳定系数 当钢箱梁环向外支撑连线旋转时采用矢量和法表征抗倾覆稳定系数:()式中:、分别为临时支座和永久支座截面面积、为临时支座形心到永久支座边界距离和永久支座形心到临时支座边界距离、分别为临时支座和永久支座滑动趋势方向 ()()式中:、分别为临时支座和永久支座有限元法计算的 点滑动面剪应力、分别为临时支座和永久支座在滑动面上的滑动距离、分别为临时支座和永久支座滑动面在 点的倾角自重荷载作用下设钢箱梁抗倾覆稳定系数阈值为 如果 表明钢箱梁架设过程稳定梁体不会发生倾覆 基于稳定系数法的钢箱梁安全施工技术根据数值模拟分析结合 技术模拟钢箱梁吊装过程 计算钢箱梁底部应力验算钢箱梁施工稳定性.钢箱梁吊装过程 模拟通过 技术能够较直观仿真钢箱梁整个吊装施工过程 模拟钢箱梁吊装施工如图 所示图 钢箱梁吊装 模拟钢箱梁吊装施工处于 高压线安全影响范围为保证吊装过程轨道悬臂端(最不利位置)至高压线路直线距离满足安全操作要求需对不同工况进行吊装施工模拟.基于稳定系数法的施工作业跨线高架钢箱梁稳定性表现在构件加载过程中钢箱梁稳定性是指在受力阶段失去原平稳状态并进入新的稳定平衡状态 采用特征值屈曲方法计算跨线高架钢箱梁弹性结构理论屈曲强度通过提取钢箱梁刚度矩阵奇异值获取结构的临界失稳荷载 以抗倾覆稳定系数计算钢箱梁底部应力公式为:()式中:为作用在钢箱梁上全部垂直于水平面的荷载 为钢箱梁底部倾覆力矩 为钢箱梁截面模量钢箱梁施工稳定性计算公式:()()式中:、分别为钢箱梁底受压面法向和切向分力、分别为钢箱梁自重在基底面法向和切向分力为稳定系数阈值当满足公式()时说明跨线高架钢箱梁能够安全施工反之则不能基于此设计跨线高架钢箱梁安全施工步骤如下所示:()步骤一:起吊进行履带式起重机步行范围定位检查承重支架稳定性 开始试吊如图 所示铁道建筑技术 ()陈德斌:基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究图 起重机作业范围定位正式起吊构件应保证速度不要过快以免构件掉落 在吊运期间用绳索拉紧梁体以免在半空旋转而造成危险并有利于部件安装()步骤二:位置调整平面位置调整:在钢柱和要进行调整的箱体内侧腹板上焊接 个受力点再将 螺旋千斤顶安装在两个受力点之间用螺旋千斤顶实现钢箱梁的精准定位前向位置调整:在要调节的钢箱梁箱体内部和前方工字钢上焊接 个受力点并在两端部间分别设置 的螺旋千斤顶以实现前向位置的精准调节左、右位置调整:在钢柱部分 型钢柱上焊接 个受力点用 螺旋千斤顶进行左右方向调节()步骤三:落位钢箱梁起吊到指定地点如果与预设定位有偏差需对其进行精细调节并遵循由平面到竖向的先后次序水平调整:钢箱梁底部与 型钢柱接触通过试验确定其初始摩擦系数为.在施工过程不稳定的情况下可设定摩擦系数为.垂直调整:用 台 的螺杆千斤顶进行调整 一端支撑于 型钢翼缘另一端与梁板相接并在其上安装 块 厚的钢板 当竖向高度达到要求后立即用钢垫或钢楔顶紧()步骤四:检测和复查在箱梁调节定位结束后对钢箱梁位置及线形进行复测如图 所示图 跨线高架钢箱梁施工工序完成吊装操作 实例分析为了验证基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术合理性以沙特某铁路跨线高架钢箱梁吊装为研究对象展开实例分析.工程概况钢箱梁弧形截面宽.长度为 梁体中线处梁高.下端宽度.左右翼缘宽度.顶部厚度 具体构造如图 所示图 钢箱梁构造示意在实际工程中钢箱梁施工采用横向分块施工方式在纵向横杆中部和两端横梁部位将整个结构分为 个区域 首先架设 根纵向横梁然后架设两边挑梁最后进行整体焊接.钢箱梁内部等效应力云图分析钢箱梁吊装过程会受到一定风速影响 为此设置两种风速分别为正常大风(风速./)和台风(风速./)其等效应力云图如图 所示图 不同风速下等效应力云图由图 可知在正常大风天气下钢箱梁内部等效应力最大值为 出现在钢箱梁左端最小值为 在钢箱梁底部出现与钢箱梁左端方向相反的等效应力其余区域等效应力较小 在台风天气下钢箱梁内部等效应力最大值为 最小值为 .结果分析分别采用基于地震激励下支座竖向受力控制方法、基于 的检测方法及稳定系数法对钢箱铁道建筑技术 ()陈德斌:基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术研究梁内部等效应力展开分析如图 所示图 不同方法等效应力对比分析由图 可知基于地震激励下支座竖向受力控制方法在正常大风天气下钢箱梁左端出现等效应力最大值钢箱梁底部最左边和最右边出现与钢箱梁左端作用方向相反的等效应力 在台风天气下等效应力最小值出现在钢箱梁左端最大值出现在钢箱梁底部但数值变化范围与图 并不一致由图 可知基于 的检测方法无论是正常大风天气还是台风天气下等效应力分布与实际情况有所不同由图 可知基于稳定系数法的分析结果在正常大风天气下钢箱梁左端出现等效应力最大值钢箱梁底部出现与钢箱梁左端作用方向相反的等效应力其余区域等效应力较小且数值变化范围与图 范围大体一致 结束语针对沙特某铁路跨线高架钢箱梁施工本文提出基于稳定系数法的跨线高架钢箱梁安全施工技术并得到如下结论:()通过数值模拟方法构建梁格钢箱梁模型获取自重荷载下支架支承反作用力()通过计算抗倾覆稳定系数分析钢箱梁抗倾覆能力()通过采用 技术模拟钢箱梁吊装过程设计跨线高架钢箱梁安全施工步骤参考文献 梁峰徐庆超阎宗尧等.地震作用下斜交空心板桥支座竖向受力特性分析及其控制.南京工业大学学报(自然科学版)():.刘兆翌林赟王彦平等.基于 桥梁振动目标位置及频率检测方法.信号处理():.曾准.基于 的临近高压线的高架桥钢箱梁施工技术.科技通报():.孙军岳真宏.曲线钢箱梁施工抗倾覆稳定性研究.公路():.王晓佳贺炜.伶仃洋大桥西锚碇筑岛施工柔性围堰结构稳定性研究.桥梁建设():.李广信.岩土工程安全系数法稳定分析中的荷载与抗力.岩土工程学报():.宋二祥付浩李贤杰.基坑坑底抗隆起稳定安全系数计算方法改进研究.土木工程学报():.吕爱钟贾晓阳.边坡危险滑动面及稳定安全系数的力学解析方法.工程地质学报():.彭学军张道兵尹华东等.基于单元安全系数法的浅埋隧道三台阶法开挖进尺优化.科学技术与工程():.王明年杨恒洪张艺腾等.水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用.现代隧道技术():.孙涛付凯歌朱小金等.虎门二桥小半径平曲线钢箱梁落梁施工关键技术.施工技术(中英文)():.王述红魏崴韩文帅等.基于 算法的边坡最小安全系数全局寻优方法.东北大学学报(自然科学版)():.霍亮亮武国芳王化杰等.正交层板胶合木轴心受压构件稳定系数的计算方法.建筑结构学报():.付文光陈双王振威.稳定安全系数计算公式中荷载与抗力错位影响探讨.岩土工程学报():.李惠霞何鑫龙繆广吉等.软黏土中坑中坑式抗隆起稳定安全系数计算.土木工程与管理学报():.铁道建筑技术 ()