悬臂钢结构范文（精选12篇）
悬臂钢结构 第1篇
挂篮是一个能够沿梁顶滑动或滚动的承重结构, 其锚固悬挂在已施工的前端梁段上。它承受施工设备和新浇筑混凝土的全部重量, 并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工完成的梁段上。并由工作平台提供浇注和预应力筋张拉的场地。三角型组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上, 将受弯桁架改为三角形组合梁结构。又由于其斜拉杆的拉力作用, 大大降低了主梁的弯矩, 从而使主梁能采用单构件实体型钢, 由于挂篮上部结构轻盈, 除尾部锚固外, 还需较大压重。其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂篮基本相同。本文以某三角挂篮为背景, 检算挂篮支柱的强度。为工程技术人员提供数据支持。
1工程概况
某跨河大桥为变截面单箱梁连续桥, 总长度168m, 顶板厚度为0.4m, 梁高及底板厚度按照二次曲线变化, 支点处梁高6.65m, 跨中梁高为3.85m, 箱梁顶宽12m, 底宽6.7m。截面如图1所示。
该三角挂篮立面布置如图2所示。
现对其支柱强度进行验算分析。
2有限元模型建立
由图2可知, 支柱一端固结在主梁上, 另一端铰接在斜拉杆, 长度l=4.989m, 截面为前面定义的支柱截面, 建立屈曲模型基本步骤为:创建模型;静力求解, 须将分析类型类型设为static (也即静力分析) , 将预应力效应打开;获取特征值, 须先将分析类型类型设为buckle (也即屈曲分析) ;列表显示屈曲特征值。
支柱采用杆单元, 所建模型如图3所示。
其输出结果如表1所示。
表1计算了支柱的前四阶屈曲临界荷载, 支柱可看做压杆, 在工程领域只能用到压杆的第一阶屈曲临界荷载, 其值大小为Pcr=2.9×107N, 以后的每次荷载组合下求得的支柱轴向压力都和这个值作比较。
3加载计算
根据前文分析, 得到了支柱的临界屈曲荷载, 现对结构施加荷载组合, 计算其是否满足强度要求, 荷载组合包括混凝土自重、混凝土偏载、挂篮自重以及人群和机具荷载。通过ANSYS自带功能进行计算。支柱作为主要的受压构件, 只要考虑其轴向力和轴应力, 结果如图3所示。
由图4可看出, 最大轴力为Fmax=9.20248×105N远小于第三节计算的屈曲临界荷载Pcr=2.9×107N, 故支柱的稳定性满足要求。
4小结
当前挂篮国内外挂篮正向着轻型化发展, 挂篮利用系数 (浇注最大梁段混凝土重量与挂篮总重之比值) 越来也大, 特别是近几年, 我国的高速铁路发展迅速, 挂篮在高铁的大中跨桥梁广泛应用, 而高铁对桥梁的要求非常严格, 这就需要对已设计的挂篮进行严格的检算。本文利用大型有限元软件ANSYS, 对三角形挂篮支柱进行了强度验算, 结果表明, 该结构支柱满足要求, 可在工程实践中广泛应用。
参考文献
[1]雷俊卿主编.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社, 2000:56-59.
[2]陈伟, 李明, 等.桥梁结构临时结构设计[M].北京:中国铁道出版社, 2002:85-119.
[3]徐瑞龙, 徐庆, 等.刚构桥悬浇施工所用新型挂篮的受力分析[J].黄河水利职业技术学院学报, 2003 (1) :39-43.
[4]龚曙光.ANSYS基础应用及范例解析[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[5]叶先磊, 史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[6]王新敏.ANSYS数值结构分析[M].北京:人民交通出版社, 2007.
悬臂挂篮施工技术总结 第2篇
【摘要】 连续悬浇箱梁挂篮施工是桥梁施工的重点及难点，施工过程中必须加强质量控制。
【关键词】悬浇箱梁 挂篮施工 技术 总结
中图分类号：TU74 文献标识码： A
1.概述
挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重构架。挂篮锚固悬挂在已施工梁段上，为下一节段施工作业提供空中平台。完成一个节段施工后，挂篮即可前移并固定，进行下一节段的施工，如此循环直至悬臂灌注完成。
2.施工准备期间的质量控制
首先尽快熟悉图纸，了解设计原理、意图。特别是0#块件的临时支撑和临时固结、标准段施工、合拢段的锁定形式、边中跨的合拢顺序。根据图纸实际情况，初步验算各控制部位的应力。
3.施工过程的质量控制
3.10#块施工
0#块施工主要包括支撑搭设、模板施工、预压、钢筋绑扎和预应力管道布设、混凝土施工及其预应力张拉、压浆。临时支撑和临时固结设置是影响施工质量和施工安全的重要环节，主要有两个目的：首先是在悬浇施工阶段承受“T”构的荷载，避免永久支座参与受力或只受部分垂直力；其次是满足施工时的稳定，对梁体起到约束作用，防止因施工偏载而产生的倾覆。临时支撑和临时固结常用的形式很多，主要有：墩顶埋钢筋（或精轧螺纹钢）和墩顶设置硫磺砂浆或混凝土，墩顶设置砂筒和预埋钢筋，钢管支撑并在其内设置预应力钢束，钢管支撑中根据承台尺寸大小有垂直设置和斜向设置，根据不同的施工工作面，设置不同的形式，只要满足实际施工荷载方可。为了消除指支架的非弹性变形，校验弹性变形值，检验支架的强度和稳定度，需要对支架进行压载，一般考虑采用沙袋进行等载压载，注意布设观测点并利用观测值对模板标高进行适当调整。
预应力钢材及锚具进场后应按批次验收。验收时，应检验其质量证明书，包装方法及标志内容是否齐全、正确；钢材表面质量及规格是否符合要求，经运输、存放后有无损伤、锈蚀或油污，并对其力学性能进行复验。纵向塑料波纹管接长应用大一号的波纹管旋入连接，每端旋入长度不小于25cm。
混凝土采用C55商品混凝土，通过汽车混凝土输送泵泵送至0#块顶面进行浇注。混凝土浇注由0#梁段中心分别向1#梁段分层浇筑，应遵循先底板，后腹板再顶板顺序，同时在浇注过程中，墩柱两侧、桥中心线两侧应对称进行。混凝土振捣要紧随浇注顺序，随灌随振，不得漏振。箱梁钢筋密布，波纹管纵横交错，振捣困难，容易出现质量问题，施工时应高度重视，尤其在锚固块和腹板下倒角处等阴角部位，必须采取措施精心振捣，确保梁体混凝土内实外光。
3.2悬浇块件施工
3.2.1挂篮
挂篮主要由主桁架、行走及锚固系统、吊带系统、底平台系统、模板系统五大部分组成。行走系统均采用轨枕和反扣轮，无论何种挂篮，其强度、刚度、稳定性、累计变形量都要满足条件。挂篮和模板的总重量控制在块件重量的0.3-0.5之间。挂篮拼装完后需要对其进行预压，对挂篮的主桁架、横梁、吊带进行应力和变形测定，测量挂篮的弹性变形，消除非弹性变形。挂篮预压荷载按照悬浇最重块件120%计算。
3.2.2标准件施工
挂篮拼装完成后，对结构螺栓、焊缝、杆件数量、规格等进行仔细检查，合格后进行加载预压的目的是检验挂篮的承载力和消除结构的非弹性变形，试验前编写试验大纲。按要求分级加载，并监测结构变形，测得数据与计算进行比较，然后逐渐卸载，并测量结构回弹变形量，根据实测变形值确定挂篮底模的预拱度。
悬浇箱梁标高的控制好坏直接关系到成桥后的整体线性。标高控制主要包括挂篮前移的定位标高（箱梁设计标高、施工预拱度、成桥后的预拱度、挂篮的变形）、块件浇注后的标高、预应力张拉后块件标高
钢筋加工严格按照施工图纸进行下料成型和绑扎，正确理解各种钢筋的作用及其受力原理，并确保底、腹、顶板的钢筋连成一个整体。为了使后浇混凝土不引起先浇混凝土开裂，消除后浇混凝土引起挂篮的变形，箱梁混凝土的浇筑采用一次浇筑，由悬臂端向内浇筑，并在底板混凝土凝固前全部浇筑完毕，也就是挂篮变形全部发生在混凝土塑性状态之间，避免裂纹的产生。
块件预应力施工完成后，松开已完成块件和挂篮的连接件，特备是后锚部分的连接件，检查预埋螺栓和轨枕的固定、反扣轮的销轴、同一个挂篮的两个主桁架之间的连接情况，对称同步前移挂篮。同一个挂篮的两个主桁架前移的速度要一致，否则容易造成挂篮的扭曲变形。
悬浇块件全部完成后，进行挂篮结构拆除，在最后浇注梁段的位置，先在模板上设置吊点，按拼装时的相反顺序拆除挂篮的底篮及模板系统。陆上挂篮使用汽车吊直接拆除，水上挂篮首先在桥面上设置卷扬机，先拆除挂篮的底篮及模板。然后将挂篮主桁后退至墩顶位置，再使用汽车吊按拼装时的相反顺序拆除挂篮主桁杆件。挂篮的拆除在现浇箱梁的两悬臂端对称地进行，使现浇箱梁平衡受力，保证施工安全。
3.3边跨现浇段施工
本工程主要采用满樘钢管支架，钢管外径48mm，壁厚3.5mm。根据箱梁施工技术要求、荷载重量、荷载分布状况、地基承载力情况等技术指标，通过计算确定。钢管支架搭设步骤：立杆底座→立杆→横杆→接头锁紧→上层立杆→立杆连接锁→横杆。支架组装时，要求到多面层的同一方向，或由同向向两边推进，不得从两边向中间合拢拼装，否则，中间横杆因两侧支架刚度太大而不好安装。
3.4合拢段施工
合拢段施工是连续梁施工和体系转换的重要环节，合拢施工必须满足受力状态的设计要求和保持梁体线形，控制合拢段的施工误差。利用连续梁成桥设计的负弯矩预应力筋为支承，是连续梁分段悬浇施工的受力特点。悬浇过程中各独立现浇箱梁的梁体处于负弯矩受力状态，随着各现浇箱梁的依次合拢，梁体也依次转化为不同结构的受力状态，直至连续梁的成桥状态，这一转化就是连续梁的体系转换。
合拢锁定装置一般采用既撑又拉的办法，将两端连成整体。在合拢段箱梁的端部设置联结构造作为临时支撑，以承受温度升高使悬臂纵向伸长产生的压应力。同时，穿以部分纵向预应力连续束作为临时束进行张拉，以预压力来抵消两端因温度降低而缩短所产生的拉长，这样，通过设置承受压力及拉力的装置使合拢段混凝土得到保护。
合拢在两个悬臂端之间合拢，采用悬臂浇筑的挂篮浇筑合拢段，合拢段施工时，不宜引起该段施工的附加应力，因此，在浇筑过程中需要调整两悬臂端合拢施工荷载（设置配重），使其竖向变形相等，避免合拢段产生竖向相对位移。调整悬臂端合拢施工荷载，可设置水箱，注水调整。
合拢段混凝土浇筑时间应选在日温差较小的天气，应在夜间气温最低时开始。一次连续浇筑完成，合拢段混凝土浇筑温度应在15℃±5℃时进行，浇筑持续时间控制在2-3小时之内。注意混凝土在浇筑时振捣和浇筑完成后的养护，以防产生早期裂缝。
4.结语
通过介绍连续悬臂浇箱梁挂篮施工的工序及其主要控制点，要求我们在施工中必须提高施工责任感，不放过任何一个细微的漏洞。确保工程每道工序均符合施工技术规范和设计要求，以便在以后的施工中更好的控制工程质量。
参考文献：
【1】《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
【2】《预应力混凝土连续梁桥》（人民交通出版社）
【3】《预应力混凝土钢绞线》（GB/T 5224-2003）
【4】《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T 14370-2007）
【5】《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2004）
作者简介：
悬臂钢结构 第3篇
【关键词】型钢混凝土；大跨度悬挑梁；结构设计
和传统的钢筋混凝土材料相比，型钢作为一种新兴的建筑材料有着众多的优势，不仅可以节约建材，增加截面的坚硬程度，可以让耐火性和耐腐蚀性更强，从而保证建筑的稳定性和使用寿命。这是因为型钢中各种配钢率有所不同，比一般结构的钢材刚赔率大，甚至可以达到一倍以上。因此，为了保证整体的建筑质量，需要做好性能延伸方面的问题，改善钢筋混凝土的脆性，保证整体的抗震性结构，使其结构更加的持久耐用。
0.工程概况
我国某处的商业中心，办公楼集聚。一般的办公楼的建筑面积较大，通常会设置有地下两层机构，作为地上楼层的附属楼层，地下楼层一般是车位或是地下商场等结构类 型，在建筑的水平方面，需要和地上的楼层一样，而且办公楼的建筑性能和寿命一般在50年左右，这和住宅比起来，使用寿命较短，但是所需要的建材结构更加复杂，和传统的普通钢筋混凝土结构相比，这种建筑大部分采用的是剪刀墙的结构类型，配合局部混凝土的机构形式，抗震等级方面务必做到8级设防，才能够保证基本的抗震要求。根据大型的抗震等级规范设计，我国的大型结构的建筑一般会在其主体结构处设置剪刀墙，来保证建筑物的稳定性。
根据建筑方案大型会议室要求从A轴往外出挑8.1m，根据《北京市建筑设计技术细则》表5.1.1-3中对悬挑梁高度的要求为h=L/5～L/7， 故此处挑梁高应为1.15～1.60m。本工程由于建筑投资、造型功能等方面的要求，梁高限为0.8～1.0m。如何完成这一大跨度悬臂结构的设计，是对结构工程师的挑战。
1.低高大跨度悬臂梁的设计
（1）在大跨度建筑中，普遍使用的是低而高的大型跨度的横梁设计结构，这种设计结构在选型和横截面的布置方面，都需要承担较大的剪刀力，因此，在设计的过程中，需要首先对所选取的钢筋和混凝土进行配置型钢，同时，采取型钢腹板的承载能力，可以大幅度的提高整体的承载力，改善了钢型结构的脆弱类型，使其具有更好的延展性及耗能性。
经比选，确定悬臂梁采用型钢混凝土结构型式的设计方案。以截面抗剪承载力作为控制条件，确定型钢混凝土悬臂梁KHL106，KHL206 的截面尺寸为600mm×800mm，内部为工字型钢梁。同时根据《钢骨混凝土结构设计规程》的要求，取经济含钢率4.5%，即型钢面积约为21600mm2，实配型钢面积采用20600mm2。型钢的出挑长度根据悬臂梁弯矩包络图确定，取梁轴线长度的70%。梁体内混凝土强度等级为C30，型钢采用Q235B。
在悬臂梁的实施中，和传统的悬梁方式有所不同，其计算的结构要比传统的结构扩大10%，这也就意味着横截面的面积和侧 拉的钢筋承受能力在下降，受压侧钢筋的承受能力在缩小。一般来说，钢筋的配筋率有具体的要求，而在上下梁和钢筋的摆放位置上，需要和中型梁相互匹配，确保柱主筋和箍筋之间的有效性，同时按照相关的规范进行设计，确保合理的布置。
（2）低高大跨度悬臂梁的抗剪连接。
将型钢放置于梁的上部， 可较好地发挥型钢材料的抗拉性能， 但型钢上翼缘混凝土的界面间存在较大的剪应力，极可能产生相对滑移，因而抗剪连接件成为型钢混凝土组合梁充分发挥各材料性能的关键。本工程为避免型钢与混凝土接触面滑移， 在型钢上下翼缘处间隔150mm设置两排直径19mm、长80mm的剪力钉。剪刀钉的设计过程需要专业人员进行，首先对施工现场的环境进行勘察，确定剪刀钉的基本的规格，然而通过对现场所需的剪刀钉的机器设备的测试，保证剪刀钉按照图纸的要求进行设计，不可出现遗漏现象，而在剪刀钉的管理过程管理过程中，施工人员需要对现场环境做好勘查，确保项目能够在工期内完成，同时确保工程质量和施工人员的基本素质水平，保证基本的建筑进度，是建筑师需要重点做好的问题。
（3）低高大跨度悬臂梁的承载力计算。
在确定挑梁尺寸后，通过可能出现的不利情况进行分析， 找出最不利的一组内力值进行截面验算。同时发现对民用建筑结构中的长悬臂构件而言，竖向地震作用不是结构的最终控制内力。同时， 取最不利荷载组合工况下的内力， 利用ABAQUS软件对本悬臂梁进行有限元分析。分析的过程要做到科学合理，选用设计水平过硬的专业人士进行分析，确保数据的精确有效性，同时在做好这一分析之后，需要对内力组合进行抗震能力的测试，每个建筑物都需要取样调查，才能够保证基本的建筑不受外在环境的影响和损坏，保证基本的建筑结构坚固性，是每个设计师工作的重点。
其中，型钢和混凝土采用三维8节点实体单元模拟，钢筋采用线性三维桁架单元模拟。采用嵌入技术模拟钢筋，型钢与混凝土之间的相互作用，不考虑滑移等因素的影响。通过在悬臂梁上施加均布荷载， 梁端施加集中荷载的方式模拟最不利工况下构件的荷载条件， 可以看出悬臂梁约束端混凝土应力较大，最大值为7.64MPa，低于C30混凝土的抗压强度设计值14.3MPa；悬臂梁端纵向钢筋受拉应力最大值为5.10MPa， 远低于其抗拉强度设计值。从型钢应力分布图中可以看出无约束端型钢所分担的内力已经很小， 故从经济上考虑可适当缩短型钢长度。另从悬臂梁内应力的矢量分布可看出型钢与钢筋骨架能很好地协调工作，共同承担荷载。从各个角度进行悬臂梁的施工和数据的分析，保证项目在可行的范围内有序的发展，同时保证经济效益，确保施工安全。
（4）低高大跨度悬臂梁的裂缝和挠度验算按《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）第5.2.2条验算裂缝宽度，KHL106梁在充分考虑裂缝宽度分布的不均匀性和荷载长期效应组合影响的最大裂缝宽度ωmax为0.29mm，而规范规定的允许值[ω]为0.3mm，满足规范要求。按《型钢混凝土组合结构技术规程》（GB 138-2001）第5.2.3条验算挠度，KHL106梁的纵向收拉钢筋的配筋率ρ=1.5%时，在充分考虑荷载短期效应和长期效应组合作用下的最大挠度为49.496mm，而规范规定的允许挠度[f]为l0/250=64mm，满足规范要求。
2.结语
总而言之，在进行钢筋混凝土组合结构的施工时，需要对其抗震等级进行测定，同时合理的配比含钢率，确保混凝土柱可以达到合适的配钢需要。一般来说，钢板的厚度不宜过高，需要按照相关的规定进行设置。最后，在施工的整体过程中，都要考虑到各个方面的协调问题，确保各种衔接的有效率，从而保证整体项目的顺利进行。
【参考文献】
[1]北京市建筑设计标准化办公室.北京市建筑设计技术细则（结构专业）[M].北京：中国计划出版社，2003.
[2]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程.北京：中国建筑工业出版社，2010.
LF炉悬臂炉盖防倾覆结构 第4篇
“转炉-精炼-连铸”是典型的转炉炼钢工艺流程, LF钢包精炼炉作为转炉、连铸机之间的缓冲设备, 具有升温、脱氧、脱硫、合金微调功能, 加吹氩搅拌可以使钢液成份、温度均匀, 提高质量, 是炼钢厂生产品种钢的关键设备, 对转炉、连铸机匹配生产, 实现多炉连浇具有举足轻重的作用。炉盖是LF精炼炉的关键设备, 炉盖及其升降立柱构成了一悬臂结构。在生产实践过程中, 这种立柱容易发生倾覆事故, 造成精炼炉无法生产。以该炉盖悬臂机构为研究对象, 分析悬臂机构倾覆的根源, 提出和实施相应解决措施。
1 LF炉炉盖及其升降机构
1.1 炉盖结构及功能
LF炉水冷炉盖采用独特的多层帽形结构设计, 每层无缝钢管密排结构型式, 水流顺畅而没有死区, 形成高效的强制循环水冷通道, 能够有效地保证水冷降温效果和使用安全。炉盖位于钢包口上方, 中间有3个电极插入孔, 并配有烟尘收集通道和下料管等辅助设施。冶炼时降下罩扣在钢包上口实现密封, 从而保持钢包内良好的还原性气氛, 同时具有减少钢水散热及良好的烟尘收集功能。
1.2 炉盖升降机构功能及组成
为配合实现炉盖的冶金功能, LF炉炉盖均配有独立的升降机构, 功能是钢包进出冶炼工位时炉盖升起, 钢包进驻到冶炼工位后炉盖降下。为此, 炉盖升降时需要稳定, 不得出现较大幅度的倾斜和颤动, 否则就会危害到炉盖自身和电极等设备。
以LF炉Γ形悬臂式升降机构 (图1) 为研究对象, 升降机构主要由机座、Γ形升降立柱、导向轮装置、升降液压缸等组成。Г形立柱竖直安装在机座中间预留孔洞内, 机座相应平台上固定有导向轮装置, 对升降立柱强制导向, 使之只能在竖直方向完成上下运动。Γ形立柱既对炉盖起到支撑和升降功能, 同时又作为水冷炉盖的冷却水进回水路, 极大简化了炉盖冷却进回水管路。升降液压缸安装在立柱下端, 由其来实现炉盖的升降。Γ形立柱水平段为“牛头”结构, 末端部为方形法兰并与炉盖方形法兰通过螺栓连接为一体。“牛头”即可以上下摆动, 又可以左右调整, 使炉盖的安装、维修变得异常方便实用。
2 存在问题
悬臂炉盖在升降和冶炼过程中时存在“点头”现象, 晃动幅度大且不稳定。而且, 在精炼炉设备运行过程中, 多次发生升降立柱及其水冷炉盖倾覆事故, 碰断电极, 致使生产中断, 均是导向轮装置4的底座焊缝撕裂翘起造成。由于设备结构布局紧凑, 现场空间狭小, 使抢修难度大、时间长, 此隐患根本无法根治, 对生产组织影响极大。
3 原因分析
如图1所示, 水冷炉盖及其他附件的自重对Γ形升降立柱形成较大倾覆力矩, 立柱又会形成侧向水平力作用到导向轮装置上, 其受力示意简图见图2。精炼炉水冷炉盖重量一般均较大, 由其形成的倾覆力矩也巨大。如70 t精炼炉水冷炉盖 (含耐材小包盖) 自重加管路中冷却水重量重为13.6 t, 炉盖为悬臂结构, 其产生的倾覆力矩为435.6 k N·m, 包盖中心至升降立柱中心距离, 这里假设炉盖质量均匀分布而使质心在炉盖中心线上。实际上, 还存在一些不利因素:①使用一段时间后, 炉盖内壁不可避免的会附着一些钢渣, 重量会增加;②水冷炉盖加速上升阶段, 还会产生向下的惯性阻力。二者与重力同向, 可形成倾覆合力矩通过立柱转化为力作用在导向轮装置上, 这是最不理想的状况。另外, 炉盖在升降和冶炼时出现的较大幅度晃动“点头”现象都会引发无规律变化的附加力, 最终也是作用在导向轮装置上。
综上所述, 如果导向轮装置底座与机座间的焊接强度不足, 焊缝就会疲劳开裂而使导向轮装置失去导向作用, 结局就是立柱及炉盖发生倾翻, 折断电极。
由图1和图2可知, F1=F2+F3, 在所有导向轮装置中, 导向轮4受力最大, 最容易出现问题。事实上, 立柱及炉盖出现的多次倾覆事故, 均是因为导向轮4底座焊缝多次撕裂。
4 技术设计及实施
由上述分析可知, 要避免炉盖出现倾覆事故, 可以从2方面入手, 以便实现防倾覆设计。①适当增强导轮4底座抵抗倾覆力矩的能力;②主要消减小悬臂自重形成的倾覆力矩, 这是最根本的。
4.1 提高导向轮4与立柱支架间连接强度
该方式是加大底座尺寸, 增加其与支座平台间的焊缝连接长度来提高其抗倾覆能力, 这种方式对设备变动小, 相对简单。但是, 受立柱和机座结构及空间限制, 导向轮4底座与升降立柱间狭小, 其底座大小增加有限, 强度提高有限, 采取该方式不能有效解决倾覆事故。为此, 要从根本上解决还是要从第二方面着手。
4.2 消减悬臂自重引发的倾覆力矩
4.2.1 水冷炉盖的几种提挂方式
水冷炉盖的升降机构有多种方式, 根据炉盖上吊挂点分布数量的不同, 除悬臂式外, 还有2种方式。
(1) 3点提挂方式。炉盖外侧圆周均匀布置3个提挂点, 由液压缸通过短圆环链条和链轮对炉盖实现升降, 链轮作为链条垂直段与水平段的过渡支点。在炉盖上方左右各有一横梁, 液压缸一般水平布置横梁靠近炉后端, 左右各一, 其中一个液压缸驱动单链, 另一个液压缸驱动双链。当然, 还有一种变通方式是3个液压缸, 各对应一个吊挂点。
(2) 4点提挂形式。炉盖外侧钢板圆周共布置4个提挂点, 左右对称, 每侧布置2个。每侧2条链条向上经链轮转为水平向炉后方向延伸, 最终连接到拉杆上, 拉杆由一件水平布置的液压缸驱动。
一些钢厂LF精炼炉就采用了上述两种方式, 但是, 这两种方式液压系统存在的不同步缺陷使炉盖偏斜, 且不容易克服[1,2]。
多点提挂方式的液压系统配置及自动控制系统要求高, 机械结构复杂, 占用空间大。若借鉴这两种方式进行设计, 一是需要对现有液压系统及自动控制系统进行相应升级, 二是废除升降立柱及其导向装置, 重新设计升降机座等辅助设施, 变动很大, 基本是推倒重来, 造成投资费用高, 改造周期长, 不是理想选择。
4.2.2 防倾覆机构设计
立足现有本机主体设备, 遵循变动少、投资省、用时短及简单实用的原则, 提出一种既简单又有一定独创性的技术改进, 较好地解决了设备难题。主要设计思路是在炉盖远离立柱侧施加向上的力, 适当冲减或抵消炉盖自重对立柱形成的倾覆力矩。若单纯从消减倾覆力矩方面来说, 无疑是将吊挂点设置在离立柱最远的位置为最佳, 施加的力最小, 但炉盖此处有作业口, 不合适。最终结合炉盖的结构布局, 确定在炉盖作业口左右两侧各设一提挂点, 两挂架夹角为60°, 对称布置。如图3所示, 每侧提挂由1件挂架、1条短环链条、2件链轮及配重组成, 链条一端连接在炉盖挂耳上, 再依次绕过链轮1和链轮2, 另一端向下与配重体连接。这样, 两侧配重的自重就可以通过链条传递到炉盖上, 形成向上的力。此力与炉盖重量方向相反, 形成了抵抗炉盖自重引发的倾覆力矩。为保证链条只提供竖直向上的拉力而不形成其他方向的分力, 挂架必须有足够长度使链条竖直向上绕过链轮1, 链轮1的支撑梁也易于安装, 此时70 t钢包精炼炉炉盖挂架的链条挂点与立柱中心的垂直距离为5.3 m。
由于升降立柱和炉盖的下降时是靠自重完成的, 需要保留足够的向下的作用力;并且, 大配重体积也大, 造成不必要浪费, 对炉盖形成的较大作用力也会对炉盖结构安全形成潜在威胁。因此, 只要设备形成的倾覆力矩不对导向轮装置的安全运行造成威胁即可, 初步考虑改进后的系统倾覆力矩保持在原来的50%左右即可。经过多次调试, 最终确定两侧配重块重量约为2000 kg和2150 kg, 即炉盖有烟气通道侧的配重适当重一些。这样, 改进后的倾覆合力矩降低了49%, 导向轮4所受的力亦得到同比例降低。
考虑到现场工作环境较为恶劣, 配重提挂链条类型为短环起重链, 按照安全系数应≥6进行选取, 链轮做相应设计。链轮1和链轮2安装在新增的支撑梁上, 此梁与操作平台横梁连接为一体。链轮1略高于平台, 使炉盖升到最高位时挂架与链轮之间距离≥200 mm;链轮2不高于操作平台, 以保证操作人员作业安全。
5 效果及结论
该机构结构简单, 对现有设备改动小。投用后运行稳定, 炉盖未再发生倾覆事故, 炉盖晃动现象也得到改善, 为生产稳定顺行提供了有力设备保障。目前, 该防倾覆机构已在70 t和90 t精炼炉上得到成功应用。
摘要：分析精炼炉悬臂炉盖倾覆故障原因, 进行优化设计, 消除了倾覆隐患, 取得预期效果。
关键词：LF炉,水冷炉盖,升降立柱,防倾覆
参考文献
[1]周龙江.精炼炉炉盖倾斜故障的排除[J].液压与气动, 2001, (3) :29-29.
广西镇流右江大桥悬臂施工线形控制 第5篇
广西镇流右江大桥悬臂施工线形控制
通过广西镇流右江大桥悬臂施工实例,分析了影响悬臂施工线形控制的.因素,介绍了立模标高的计算方法,探讨了观测点的设置和桥梁的线形控制测量,以达到及时调整立模标高,确保合龙精度的目的.
作 者：黄小健 HUANG Xiao-jian 作者单位：中铁二十局集团五公司,陕西,西安,710016刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：35(7)分类号：U445关键词：桥梁 线形控制 连续刚构 悬臂施工
现代桥梁工程悬臂施工工艺 第6篇
[关键词] 现代桥梁悬臂施工技术悬臂浇筑
一、工程简介
某工程主桥上部为45+80+45米变截面P.C.连续刚构箱梁,箱梁根部梁高4.2米,高跨比1/19.05,跨中梁高1.8米,高跨比1/44.44,箱梁顶板厚25厘米,底板按二次抛物线变化,除墩顶0号块设两个厚50厘米的横隔板及边跨设厚80厘米的端横隔板外,箱梁其余部位均不设横隔板,采用双向预应力体系。
二、悬臂浇筑施工工艺
悬臂施工法建造预应力混凝土梁桥时,不需要搭设支架,而是直接从已建墩台顶部逐段向跨径方向延伸施工,每延伸一段就施加预应力使与已建成的部分联结为整体。按照梁体的制造方式,悬臂施工法可分为悬臂拼装和悬臂浇筑两类。这里简要介绍一下悬臂浇筑施工工艺。
悬臂浇筑施工系利用悬吊式活动脚手架(简称挂篮)在墩柱两侧对称平衡地浇筑梁段混凝土(一般3-8米),每浇筑完一段,待混凝土达到设计强度后张拉纵向预应力钢绞线,然后向前移动挂篮,进行下一段施工。
大桥上部箱梁悬臂浇筑共分为四个部分,即第一部分0号块施工;第二部分为2~8块梁段悬臂浇筑部分;第三部分为边跨现浇段施工;第四部分为合拢段施工,包括边跨合拢段施工和中跨合拢段施工。
1. 0号块施工
0号块是所有梁体中的高度最大、重量最重的一块,且在墩柱顶,不采用挂篮施工。0号快因为体积比较大,里面倒角多,所以分两次浇筑,第一次浇筑到腹板高度1.5米以上。0号块里面分布有纵向预应力钢绞线,横向和竖向的精轧螺纹钢。另外0号块顶板所有纵向预应力钢绞线管道都要通过。因此在浇筑前要仔细检查管道的坐标和质量,以免在0号块误差太大。
2.悬臂浇筑部分施工
悬臂浇筑的部分共有2-8号块,每幅桥总计28块。挂篮作为悬臂浇筑的主要施工设备,钢筋绑扎,孔道安装,混凝土浇筑,钢绞线张拉等工序都要在上边操作,因此在设计时除要经济外,还必须有足够的安全性和灵活性,便于在施工过程中安全的操作。张皮沟大桥的挂篮主桁设计采用国产贝雷片,每片长3米,高1.5米,重270千克。上下横梁采用240工字钢焊接而成。外模采用定型模板,内模采用组合模板。祥见挂篮组装图挂篮在0号块竖向精轧螺纹钢张拉结束后就可以组装,在挂篮正式使用前要进行预压,检验实际的承载力和安全可靠性,并获得弹性变形的数据和消除挂篮的非弹性变形,为施工控制提供依据。1号块是悬臂浇筑部分的第一阶段,精确的控制挂篮的标高和平面位置,对全桥的控制提供保障。挂篮的标高要考虑以下因素:桥面设计标高;挂篮在不同荷载下的变形值,混凝土变形,包括温度应力变形和后期徐变变形。悬臂浇筑部分的混凝土要一次性浇筑完,避免梁体中部产生竖向裂缝。1号块浇筑后要进行纵向的预应力钢绞线张拉,张拉后即可松动后锚和向前移动挂篮,进行下一段施工,直到悬臂浇筑结束。
3.现浇段施工
大桥的过渡墩高33米,如果采用支架施工现浇段比较困难,我们施工采用挂篮做吊架,挂篮的主桁前支点在过渡墩顶。现浇段施工要在5号块施工的同时进行,以保证在8号块施工结束后可以及时进行边跨合拢。
4.合拢段施工
合拢段施工是体系转换的过程,通过合拢段的施工,使桥梁完成体系的转换。首先进行边跨合拢,最后进行中跨合拢。边跨合拢采用吊架施工,待现浇段施工结束后,混凝土强度达到设计强度后即可进行边跨合拢段的施工。中跨合拢段的劲性骨架待边跨混凝土浇筑后,边跨挂篮拆除后才能合拢。中跨合拢段的混凝土浇筑要在一天中的最低温度下进行。应当指出的是,要严格控制合拢程序,否则会与设计的合拢后产生很大的误差,其结构恒载内力也会发生变化,体系转换时由徐变引起的内力重分布也不相同,故采用不同的合拢程序在结构中产生不同的最终恒载内力,对整个结构的竣工后使用产生很大的影响。
三、施工控制
1.挠度控制
施工过程中的挠度计算不仅与力学计算模式的选取有关,而且更重要的是与许多挠度影响的因素有关,这些主要因素包括:施工阶段的一期恒载,即梁体自重和预加应力;施工临时荷载:悬浇的挂篮和模板机具设备重;人群荷载、大自然的温度变化、湿度变化、风荷载;桥墩变位、基础沉降、施工误差等。这些影响因素中,还有许多模糊不定及随机变化的因素的情况,因此,挠度监测十分困难。为了更加精确的控制梁体的挠度变形,每进行一块至少要分六个阶段进行观测,即混凝土浇筑前后、张拉前后、挂篮移动前后,观测已经浇筑的所有梁段,有条件可以每天观测,详细掌握挠度变化,为下一个块体施工提供依据。
2.平面位置的控制
在箱梁浇筑前要布设测量监控控制网,控制网的布设,应遵照变形观测能反映结构的实际变形为原则。我们考虑在每墩顶0号块的中心位置安装1个工作基点,工作基点要与附近的导线点形成控制网,并且要定期进行复核,以保证工作基点的误差在合格范围内。
通过我们精心组织施工,严格施工程序,加大监控力度,使得张皮沟大桥左幅的合拢误差都控制在合格范围内。
四、悬臂施工的优缺点
悬臂施工的方法从发明到现在,只不过短短的40多年,之所以能够被广泛地应用,正是因为它具有许多独特的优点。
1.悬臂施工比较适用于大跨径桥梁中,对于跨越河道、沟谷更加适用,而且受地形影响小。
2.悬臂浇筑可以减少吊装等程序,一次成型,简化了桥梁施工程序。
3.悬臂浇筑机械化程度高,减少劳动力投入量。
4.可以适用于多种桥梁类型,如梁式桥、刚架桥、拱桥、斜拉桥等。
5.由于实现机械化和循环重复作业,可改进工艺并提高工程质量,容易实现连接及中跨合拢。
6.淘汰了满堂支架的施工方法,给桥下以较宽敞的净空。
虽然,悬臂施工方法具有许多优点,它同样存在一些缺点:悬臂浇筑必须等所有墩台施工完才能进行,而且在混凝土浇筑后要等强度达到设计强度才能进行下一道工序,这样会延长施工时间;施工监控比较复杂,施工误差再所难免,桥面没有混凝土调平层,块体接触处很容易产生不平整的现象。
结语:
高空悬臂结构架体支撑施工技术应用 第7篇
银帆·西雅图工程商业楼建筑面积3321702, 商业综合体地下均为3层, 基础埋深19m, 地上11层, 高65.60m, 标准层高6m;商业综合体主要功能为商业、餐饮、休闲娱乐健身为一体的商业综合楼。
该工程存在大量的悬挑结构, 在悬挑结构施工时均采用[20a槽钢悬挑, 在槽钢上搭设脚手架, 悬挑长度3500mm, 板厚120mm, 支撑方式如下图所示:
脚手架底部采用20a槽钢悬挑梁支撑, 斜拉钢丝绳采用2根φ17 (6×19公称抗拉强度为1850N/mm2的钢丝绳) 。
槽钢间距为1.0m, 脚手架立杆纵距1.0m, 步距为1.8m, 立杆横距为1.2m。连墙件按二步三跨布置, 每层均设连墙件, 在有框架柱的位置中间加设连墙杆加强连接。
固定槽钢悬挑梁的地锚为φ20钢筋制作, 预埋在楼层板的设计位置。
2 悬挑槽钢计算
2.1 荷载计算
悬挑楼板自重:q1=25×0.12=3kN/m2
悬挑楼板模板自重:q2=0.35kN/m2
立杆荷载为:NG1=0.0384× (6.30+5.30) =0.445kN
水平杆荷载为:NG2=0.0384× (1.0+1.0) ×20=1.536kN
扣件自重:NG3=0.0135×20=0.27kN
施工活荷载标准值为:q3=2kN/m2
单根立杆所能承担的力为
立杆的计算高度为Lo=L+2a=0.900+2×0.6=2.10m
λ=210/1.58=132.91 查表得φ=0.374
立杆稳定性计算σ=N/ (φA) =9.52KN/ (0.374×489) =52.06N/mm2<f=205N/mm2
立杆稳定性满足条件。
2.2 斜拉钢丝绳的计算
槽钢选用20a的, 槽钢容重为0.23KN/m, IX=1780cm4, WX=178cm3
钢丝绳选用6×19的, 钢丝绳个公称抗拉强度为1850N/mm2, 钢丝绳的破段应力总和为165.5KN, 安全系数为8。
设置两根钢丝绳, 一个作为保险用取最不利的一根计算。
2.3 [20a槽钢强度计算
2.4 锚固端与楼板连接的计算
水平钢梁与楼板压点采用钢筋拉环, 钢筋拉环长度计算如下:
[f]为拉环钢筋抗拉强度, 按照《混凝土结构设计规范》10.9.8[f]=50N/mm2;钢筋选用Φ20的则最大拉力为N=2×50N/mm2×A=31.4KN
MB=24.36KN·m则锚环的最小距离为S=27.24KN·m/31.4KN=0.87m, 锚环的最小距离为0.87m, 选用3.5m满足条件。
2.5 整体稳定性计算
卸料平台的整体稳定满足条件。
2.6 钢梁锚环的长度计算
水平钢梁与楼板压点采用钢筋拉环, 拉环锚固长度计算如下:
普通钢筋锚固长度的计算:
经计算:la=394mm
la-受拉钢筋的锚固长度;fy-普通钢筋抗拉强度设计值 (fy=310N/mm2) ;ft-混凝土轴心抗拉强度设计值 (C35混凝土ft=2.2N/mm2) ;d-钢筋的公称直径 (20mm) ;a-钢筋的外形系数 (0.14)
锚环两侧锚固长度共500mm大于394mm满足锚固长度要求。
3 斜拉钢丝绳的设置要求
为减少斜拉引起的水平力, 避免立杆与小横杆连接扣件发生滑移而引起立杆向里弯曲变形, 应使斜拉钢丝绳与水平短横杆的交角α尽量大。
斜拉钢丝绳用花篮螺栓拉紧, 做到所有钢丝绳拉紧程度基本相同, 使钢丝绳受力均匀。
吊点必须在悬挑梁与外立杆、大横杆的交点处, 钢丝绳必须由大横杆底部兜紧。
4 搭设构造要求
4.1 立杆
脚手架立杆支撑在[20槽钢上, 节点如下图所示。立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧, 不得隔步设置或遗漏。立杆上的对接扣件交错布置, 各接头中心至主节点的距离不大于步距的1/3。
大横杆置于小横杆之下, 在立柱的内侧, 用垂直扣件与立杆扣紧。相邻步架的大横杆立杆顶端高出结构檐口一个步距, 立杆接头采用对接接头连接, 相邻立杆的接头位置应错开布置在不同的步距内, 并在高度方向错开的距离不应小于500mm, 各接头距主接点的中心距不大于60cm。立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧, 不得隔步设置或遗漏。使用双立杆处, 必须都用扣件与同一根大横杆扣紧, 不得只扣一根。立杆的垂直偏差:当架高在30m以内时, 应不大于架高的1/200。使其全高偏斜不大于10cm。
立杆与大横杆必须用直角扣件扣紧 (大横杆对立杆起约束作用, 对确保立杆承载能力的关系很大) , 不得隔步设置或遗漏。
对接、搭接符合下列规定:
立杆上的对接扣件交错布置:两根相邻立杆的接头不设置在同步内, 同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不小于500mm。各接头中心至主节点的距离不大于步距的1/3。
立杆除顶层顶部外, 不得搭接, 必须对接。若采用搭接, 搭接长度不小于1m, 采用不少于3个旋转扣件固定, 端部扣件盖板的边缘至杆端距离不小于100mm。
4.2 大横杆
大横杆置于小横杆之下, 在立柱的内侧, 用垂直扣件与立杆扣紧。上下大横杆的接长位置应错开布置在不同的立杆纵距中, 相邻接头水平距离不应小于500mm, 搭接接头长度不小于500mm, 与相近立杆的距离不大于纵距的三分之一, 接头处应等距离设置三个扣件固定。同一排大横杆的水平偏差不大于该片脚手架总长度的1/300, 且不大于5cm。大、小横杆的允许挠度, 一般暂定为杆件长度的1/50。
上下横杆的接长位置错开布置在不同的立杆纵距中, 与相邻立杆的距离不大于纵距的三分之一。同一排大横杆的水平偏差不大于该片脚手架总长度的1/250, 且不大于50mm。相邻步架的大横杆错开布置在立杆的里侧和外侧, 以减少立杆偏心受力情况。
4.3 小横杆
贴近立杆布置, 搭于大横杆之上, 并用直角扣件扣紧。小横杆间距与立杆纵距相同, 且根据作业层脚手板搭设的需要, 可在相邻立杆之间加设1~2根小横杆, 其最大间距不大于750mm。
伸出外排大横杆边缘距离不小于10cm, 伸出里排大横杆距结构外边缘150mm。上下层小横杆应在立杆处错开布置, 同层的相邻小横杆在立杆处相向布置贴近立杆布置 (设于双立杆之间) , 搭于大横杆之上并用直角扣件扣紧。在相邻立杆之间根据需要加设1根或2根。在任何情况下, 均不得拆除作为基本构架结构杆件的小横杆。
4.4 连墙杆
连墙杆垂直向层层设置, 连墙件靠近主节点设置, 偏离主节点的距离不大于300mm。
从底层第一步水平杆处开始设置。
由于结构柱的间距比较大 (一般为9000mm) , 所以根据连墙件的布置要求, 在两个柱之间的楼板上下间用脚手管支顶, 做为拉结点, 采用菱形布置。
剪刀撑与横向斜撑相结合的方式, 随立柱、纵横向水平杆同步搭设, 用通长剪刀撑沿架高连续布置。双立杆脚手架处用双钢管剪刀撑, 单立杆脚手架处用单钢管剪刀撑。
剪刀撑每五步四跨设置一道, 斜杆与地面的夹角在45°~60°之间。斜杆相交点处于同一条直线上, 并沿架高连续布置。剪刀撑的一根斜杆扣在立杆上, 另一根斜杆扣在小横杆伸出的端头上, 两端分别用旋转扣件固定, 在其中间应增加2~4个扣结点。所有固定点距主节点距离不大于15cm。最下部的斜杆与立杆的连接点距槽钢的高度控制在30cm内。
剪刀撑的杆件连接采用搭接, 其搭接长度不小于100cm, 并用不少于3个旋转扣件固定, 扣件均匀分布, 端部扣件的边缘至杆端的距离不小于10cm。
横向斜撑搭设在主楼脚手架部位, 在同节内、由底至顶呈"之"字形, 在里外排立杆之间上下连续布置, 斜杆应采用旋转扣件固定在与之相交的立杆或横向水平杆的伸出端上。除转角处设横向斜撑外, 中间应每隔6跨设置一道。
每道剪刀撑跨越立杆的根数为4跨, 斜撑与地面的倾角为50°, 局部有调整的部位不小于6m, 倾角在45°~60°之间。
脚手架外侧立面的两端各设置一道剪刀撑, 并由底至顶连续设置。剪刀撑斜杆的接长采用搭接。
剪刀撑斜杆用旋转扣件固定在与之相交的横向水平杆的伸出端或立杆上, 旋转扣件中心线至主节点的距离不大于150mm。横向斜撑在同一节间, 由底至顶层呈之字型连续布置。
剪刀撑沿架高连续布置, 剪刀撑的斜杆除两端用旋转扣件与脚手架的立杆或大横杆扣紧外, 在其中间应增加2-4个扣结点。
5 脚手架拆除施工
拆除时砼强度必须达到100%、拆除前必须完成以下工作:
拆除前, 工长要向拆除施工人员进行书面安全技术交底, 班组要学习安全技术操作规程。
拆除脚手架时, 地面设围栏和警戒标志, 并派专人看守。严禁一切非操作人员入内。
全面检查脚手架的扣件连接, 连墙杆支撑是否牢固、安全。
清除脚手架上杂物及地面障碍物。
拆除应符合以下要求:
拆除时, 先搭的后拆, 后搭的先拆。一般拆除顺序为:
栏杆→脚手板→剪刀撑→小横杆→大横杆→立杆→斜挑杆→水平横杆→水平挑杆
所有连墙杆随脚手架逐层拆除, 严禁先将连墙杆和卸荷杆件整层或数层拆除后再拆脚手架。分段拆除高低差不大于2步, 如高差大于2步时增设连墙杆加固。
当脚手架拆至下部最后一根长钢管的高度时, 应先在适当位置搭临时抛撑加固, 后拆连墙杆件和卸荷杆件。
拆除架子时, 地面要有专人指挥, 上下呼应, 动作协调, 当松开与别人有关的接结点时应先告知对方, 以防坠落。
6 结语
该方案安全高效, 可为节省大量的人力物力, 对类似工程提供了切实有用的施工经验
参考文献
[1]《建筑施工手册》 (第四版) 缩印本.北京:中国建筑工业出版社, 2003.
悬臂钢结构 第8篇
一、长悬臂无梁板桥梁结构特点分析
国外关于长悬臂无梁板桥梁的研究比较早, 但是由于早期的数值计算方法不完善, 所以也影响了其构造设计的发展。近年来随着计算机技术和软件技术的快速发展, 数值计算能力得到大力的提高, 长悬臂无梁板桥梁也逐渐的增多。我国也在改革开发以后对长悬臂无梁板桥梁进行了相关的研究, 在东北地区修建了多座无梁板桥梁, 例如早期修建的沈阳文化路立交等;同时在我国的其它地区, 例如北京、四川、广东地区也出现了很多长悬臂无梁板桥梁, 这些桥梁大部分采用的是墩柱和板不固结的方法。长悬臂无梁板桥梁在一些桥位环境恶劣, 平面结构和形状复杂的条件下得到良好的应用, 是一种经济合理的设计形式。我国所设计和建造的长悬臂无梁板桥梁大部分采用多点支承或者固结的方法, 外侧的悬臂长度不超过2.5m。
本工程位于上海市崇明岛地区的一个文化活动中心, 整个工程由2座独立并且对称的桥梁组成。桥梁在建设完成之后要求其不仅要发挥桥梁的实用性, 同时还要和周围的环境统一, 满足景观的要求。其中河道的宽度30m左右, 采用一般的梁板结构桥梁在高度上不能满足设计的要求, 经过多个设计方案的比较决定采用无梁板桥梁结构。无梁板桥梁结构具有上部结构高度比较低, 而且整体造型轻盈的优点, 但是如果要仅仅采用一孔设计方法在施工上存在一定的难度。为了满足景观的设计要求, 采用两跨的布置方案, 但是增大了悬臂的长度, 其长度达到了5.1m, 这和其它的无梁板桥梁结构存在一定的不同。由于本桥梁的墩台支承不在同一直线上, 所以属于不规则的支承结构, 在设计时需要格外的注意。最后确定的桥梁总体长2×16=32 (m) , 宽度为12.6m, 曲线的R为1500m, 在竖直方向上纵坡为1.28%, 平面处于直线方向上。桥梁的结构示意图如下所示:
二、长悬臂无梁板桥梁的设计及优化
结构式无梁板桥梁的上部和下部之间有两种连接方式, 固结和不固结, 联系到本工程的特点, 决定采用桥墩和板固结的设计方法。这种设计不仅能够有效地减少无梁板的厚度, 同时也能够降低板身的弯矩和墩顶板身的弯矩峰值, 而且也有效地减少支座的经济支出, 减少工期。在支座的地方又利用了滑板橡胶支座的设计方法, 从而提高了桥梁整体结构在水平方向上的稳定性, 减缓了桥梁整体所受的温度应力。同时在每个桥台都设置了2个支座, 在结构的中心线上又安设了抗震挡块。
在构造上无梁板采用了钢筋混凝土的施工结构, 宽度为12.6m, 厚度为0.4m, 其跨高比为1/40, 其中人行道的宽度为1.9m, 同时利用人行道比机动车道高的条件将板的厚度增加到0.5m, 其底面和机动车道板面保持水平。一般的无梁板桥梁在桥墩处为了降低负弯矩以及增强其抗切作用的需要, 常常在墩顶处布置托板结构和扩大的柱头。在设计上该桥梁为了抵抗桥梁本身的结构作用力而使板身变厚的设计方法外形不仅美观, 而且在力学结构上也更加的合理。其中桥墩采用了柱式墩的设计方法, 桥台采用了钢筋混凝土排架式的轻型桥台。由于无梁板在结构上属于薄板的构造, 因此在竖向荷载的作用下其受力和一般的桥梁结构存在不同, 具有空间受力的特点。在传统的受力分析时常常采用荷载的有效分布以及弹性薄板理论的分析方法, 前一种方法对于其限制条件比较多, 而后一种计算方法存在数值计算的特点, 其计算过程非常的复杂, 特别是应用在某个具体桥梁工程时由于边界条件的不同和限制, 常常出现误解的情况, 这种计算方法也在一定程度上影响了无梁板桥梁的推广。随着有限元理论和应用程序的发展, 在求解无梁板桥梁结构的受力特点时已经大大的简化, 也非常的方便。
根据桥梁本身的特点, 要考虑到结构自重的影响、人群和汽车的荷载、基础变形以及温度的作用等。通过有限元软件可以得到桥梁内部不同结构的应力分布以及桥梁在自重条件下的弯矩分布, 可以使设计人员清晰地了解到无梁板桥梁内部的整体受力特点。一般的多点支承板在水平方向上也常常发生变形弯曲的现象, 但是其弯矩值一般只有竖直方向上的10%左右。联系到本桥梁的特点, 由于不规则支承和长悬臂使得水平方向上的弯矩超过了竖直方向上的10%, 甚至能够超过一倍左右, 这种现象在桥墩的立柱附近的板面上表现的更加明显。在同一板面的横截面内部, 其应力的大小沿着板宽方向呈现出不均匀分布的特点, 在纵弯矩上靠近悬臂端外侧的板面上的正弯矩大于其靠近结构中心即内侧的板带, 但是其负弯矩则小于内侧板带。这说明了无梁板桥梁在内部的整体受力分布上由于支承的影响而表现出空间分布的特点, 因此在做截面设计和配筋时必须考虑到这一特点进行优化, 例如在设计中把人行道的板面厚度增加0.1m就是一种有效的方法。
桥墩和板连接上采用了固结的设计方法, 这种设计方法不仅提高和改善了板的受力特点, 同时在施工方面也具有独特的优点。采用固结的方法可以有效地减少板的跨径, 同时也可以让无板面桥梁的上下两个部分同时受力, 不对称竖向荷载的设计方法减少了板内部的应力。在设计上采用长悬臂独墩的方法, 在中心支点处的板面水平方向上为长悬臂状态。采用长悬臂状态可以提高桥梁的整体受力, 同时板面在受到轮载的时候具有比较明显的局部效应。悬臂梁在竖向轮载的作用下其内力形式为负弯矩的状态, 也就是上部受拉下部受压, 但是长悬臂梁的弯矩在结构上还具有独特的特点, 当汽车荷载单轮作用在独柱墩顶的机动车道外侧时, 板面的整体变形为下挠度。但是在此处板面不仅受到了负弯矩的作用, 同时在轮载的作用下局部板面也受到了正弯矩的作用, 即处于上端受压下端受拉状态。当车辆后轴单轮在70k N的荷载作用下, 其顶面处的最大拉应力出现在板加掖附近地方, 最大压力处于轮载的中心。因此对于独柱墩的长悬臂桥梁在设计时, 不能应用有效分布的方法来进行配筋计算。当荷载的作用点距离自由端有一定的距离时, 要考虑到作用点外置所产生的正弯矩, 在板的下部要配置足够的钢筋, 防止在应用的过程中产生裂缝。在设计桥墩和梁的固结区域的板面受力时, 要按照我国的相关规定计算其承载力和配筋。
三、结语
悬臂钢结构 第9篇
关键词：悬臂梁,计算跨度,挠度,锚固长度
在冶金工业设计中经常会遇到框架结构中涉及悬臂梁的情况, 例如:在两个建筑物沉降差比较大, 需要互通时, 在建筑物间设悬挑梁等。悬臂梁一般在露天环境中, 承受栏杆, 楼梯等各种荷载。如果在使用条件下存在不安全因素, 产生裂缝, 且裂缝随时间推移逐步加深, 不但影响整个建筑物使用功能, 同时会对建筑物安全性造成影响。 悬臂梁构造设计, 既要考虑设计受力的合理和安全, 又要兼顾建筑物的适用和美观。本文将对悬臂梁设计要点进行分析。
一、受力分析
在框架结构中, 悬臂梁通常为内部主框架梁向外延伸部分, 其根部承受较大弯矩, 而另一端的弯矩较小, 故悬臂梁在计算跨度较大或者根部弯矩较大的情况下, 考虑到设计的经济适用, 可以采用变截面, 这样, 既节约了材料, 也减轻了梁的自重。 根据规范[1]第6.2.1条正截面承载力的计算应该符合有以下几种假定:一是平截面假定;二是不考虑混凝土的抗拉强度;三是钢筋的应变与相同位置处混凝土的应变相同。
二、计算简图
由上述分析及假定, 可拟定计算简图如图1所示。有一混凝土悬挑梁, 受集中力P及均布荷载q1, q2, 跨度分别为a, b, 求C点的挠度 (不考虑混凝土为非线弹性材料, 刚度仍用EI表示) 悬挑跨度b通常与房屋内部主跨度a相关, 且与悬挑梁端集中力大小P也有关。经分析可知[2], 当悬挑跨度b≤0.2a～0.4a时, 则悬挑梁的根部截面弯矩一般不会大于主跨梁的控制截面最大弯矩, 当梁上仅有均布荷载q作用时, b取大值, 当梁端有均布荷载q和集中力P同时作用时, b取小值。这一推论一般用在初步设计时估算悬挑梁的跨度及截面大小, 实际设计过程中, 稍微超过此范围也是允许的, 悬挑梁的设计首先要初选截面尺寸, 截面高度h取梁计算跨度的1/8～1/6, 当悬挑梁的计算跨度>9m, 或由于房屋结构开间较大, 作用于悬挑梁自由端处的纵向梁承受较重的围护结构, 纵向梁需要较大的截面高度时, 适当增大h数值, 这样, 对构件的设计承载力是有利的。梁的截面宽度b有高宽比限值, 一般h/b=2.0～2.5, 或与主跨梁同宽。
三、荷载计算
荷载包括恒载与活载, 恒载的取值一般为均布荷载和集中荷载, 包括梁自重, 活载的取值, 查《荷载规范》[3]可知取2.5～3.5之间。
四、内力分析
一般框架结构的内力分析要借助PKPM等电算软件完成, 对其中的某些特殊构件或特别部位手算作为辅助, 这样可以弥补电算的某些缺陷, 对悬挑梁应对其承载能力极限状态和正常使用极限状态分别予以计算。悬挑梁的承载能力极限状态满足时, 正常使用极限状态未必满足, 所以, 其配筋一般由裂缝和挠度控制, 很大程度上, 正常使用极限状态的变形验算决定了梁的配筋和最终的截面高度。所以在进行内力分析时, 悬挑梁挠度计算显得尤为重要。本文的内力分析主要推导一下悬臂梁挠度的计算公式。该计算公式是根据结构力学和材料力学的相关理论, 同时考虑了混凝土材料的非线性特征推导得出的。考虑到混凝土是非线弹性材料, 在计算过程中, 参照规范[1]中给出的按荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应组合影响的长期刚度B进行计算, B的取值按规范[1]第7.2.1～7.2.5条计算, 计算简图同上。
图2中C点挠度为悬臂梁分别在集中力P和均布荷载q2作用下在C点产生的挠度之和:
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图3中简支梁在均布荷载q1和支座弯矩Mb作用下, B点产生的转角θB
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图4中为转角θB对悬挑梁产生的挠度fb=θBb, 所以, 图1中悬挑梁的最终挠度为:
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悬挑梁一般为混凝土梁, 考虑到是非线弹性材料, 将公式中的EI用BI代替即可。悬臂梁的挠度限值, 规范[1]有规定, 对钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合, 并均应考虑荷载长期作用的影响进行计算, 计算悬臂构件的挠度限值时, 其计算跨度按实际悬臂长度的2倍取用, 在使用上对挠度有较高要求的构件, 挠度限值适当减小。对于不同跨度的悬臂梁挠度限值查表得出。上述公式中的要求不大于表中查出的挠度限值, 即可保证梁的变形在控制范围内。
五、梁内钢筋及锚固长度
悬臂梁可设计成等截面或者变截面, 现以变截面悬臂梁为例, 分析悬臂梁中的钢筋。悬臂梁的受力钢筋应按计算确定, 并不少于两根, 其伸入支座的长度应满足锚固要求, 对应不同抗震等级, 不同的弯折角度, 最小锚固长度l'3, l4[4]按规范确定。 在悬臂梁中, 应有不少于两根上部钢筋伸至悬臂梁外端, 并向下弯折不小于12d。其余钢筋不应在梁的上部截断, 弯起点与按计算充分利用该钢筋的截面之间的距离不应小于h0/2且弯起钢筋的弯终点外应留有锚固长度, 其长度在受拉区不应小于20d, 在受压区不应小于10d;对HPB300级光面钢筋, 在末端尚应设置弯钩。 悬臂梁的下部架立钢筋应不小于2根, 其直径不小于12mm。 当悬臂梁端设有次梁的间接荷载时, 应在次梁内侧增设附加箍筋。如图5所示。
六、结语
由于现行规范对混凝土悬臂梁没有具体明确的规定, 以致在实际工程设计中常会出现各类问题, 诸如构造配筋不足, 结构安全无法保证;有些设计又过于保守, 配筋过大, 不但给施工带来很大的困难, 更造成不必要的浪费。从本文对悬臂梁的分析中, 可以看出设计悬臂梁, 关键是要有一个清晰的设计思路和深层次的概念。了解悬臂梁适用条件, 悬臂梁设计才会得心应手。作为一名从事工业结构的设计人员, 在实际工作中, 不仅需要对各类结构构件及结构体系有个清醒的认识, 不断总结正确的理论知识, 而且要对图纸在施工过程中遇到的问题进行深刻的剖析, 结合工艺, 电气等专业知识才能设计出完美的结构体系。
参考文献
[1].混凝土结构设计规范, GB50010-2010
[2].朱聘儒.混凝土结构设计[M].成都:西南交通大学出版社, 2002
[3].建筑结构荷载规范, GB50009-2001
悬臂式龙门吊小车结构的有限元分析 第10篇
博格龙门吊是德国博格公司为专门搬运预制板所制作的专用悬臂式龙门吊机, 该龙门吊采用箱形梁结构, Q345钢板焊接而成, 工作等级为A6级, 最大起重量为10吨, 主梁跨度8.8米, 横跨8米, 因此, 该龙门吊机小车运行结构跨度为8米, 小车结构如图1所示。在工作过程中, 由于小车机构在承受自身重量的同时必须承受得住所有起吊载荷的重量, 因此, 对小车结构提出了一定的要求。在设计过程中, 为验证设计方案中小车结构是否满足强度和刚度要求, 采用传统纯理论分析误差必然很大。本文使用有限元分析软件ANSYS, 选取合适的单元类型, 对小车结构进行模型建立、边界条件约束和载荷加载, 从而进行强度和刚度分析, 结果表明该小车结构强度和刚度符合使用要求。
1 小车结构受力分析
小车机构在工作过程中会受到以下载荷作用:
(1) 自重载荷PG1;
(2) 起升载荷Fz;
(3) 运行机构水平惯性力PH;
(4) 风载荷;
(5) 钢丝绳牵引力FG;
(6) 链条牵引力FL[1];
(7) 轨道约束反力P反。
受力简图如图2所示。图2中未标出自重及风载荷。
2 小车结构约束分析
分析小车结构时, 在小车车轮位置施加约束, 约束状态如下[2]:
(1) 因车轮与轨道间不允许有相互脱离, 四个点在垂直方向即z方向被约束;
(2) 因车轮轮缘与轨道作用, 四个点在垂直于小车运行方向即x方向被约束;
(3) 因该小车运行机构为马达通过链条牵引方式, 平行于小车运行方向即y方向被约束;
(4) 因车轮与轨道之间的连接特性, 四个点三方向的转动自由度为自由。
3 小车结构工况分析
对于小车结构只考虑三种工况, 见表1。
其中:工况1主要是验算小车在额定载荷作用下主梁垂直静刚度;工况2、3主要验算小车结构的强度。
4 有限元模型的建立
为了真实模拟小车结构, 采用多单元组合技术, 计算模型的单元划分如图3所示[3,4]。
(1) 小车结构主要由钢板组成, 故在建模过程中, 采用空间板单元Shell63, 尽可能如实反映结构形状变化。
(2) 小车车轮结构与门架连接处简化为有约束的支撑面。
(3) 起吊重物简化为集中载荷。
(4) 小车轮轴采用实体单元Solid45。
小车结构有限元模型共离散为16 293个单元, 其中板单元804个, 实体单元15 489个, 如图3所示。
5 小车结构ANSYS静力分析
经ANSYS静力分析计算得出上述三种工况下小车结构的位移变化图、等效应力图及变形图, 如图4~6所示。小车在起升重物时即考虑起升冲击时各车轮约束点的约束反力见表2, 坐标系同约束分析时的坐标系。
小车起升重物后, 随门架结构运行时即考虑总重量和运行水平惯性载荷时各车轮约束点的约束反力见表3, 坐标系同约束分析时的坐标系。
N
N
其中, 节点929对应约束点Ⅰ, 节点1856对应约束点Ⅱ, 节点2783对应约束点Ⅳ, 节点3707对应约束点Ⅲ。
6 小车结构强度及刚度分析
GB3811-83规定, 起重机结构设计计算可采用许用应力法或极限状态法, 本文强度校核采用许用应力法, 即弹塑性材料许用应力为[σ]=σs/ns。其中σs为材料的屈服极限, ns为安全系数[5]。在结构受载荷组合Ⅱ时, 安全系数取1.33。小车材料为Q345, 则许用应力[σ]n=259MPa。
对A6级起重机, 当在跨中位置时, 结构最大变形量应满足:
小车结构的静刚度按起重机设计规范中门架结构分析的指标进行分析。如上所述, 以主梁跨中在额定起升载荷和小车自重作用下的垂直静挠度为L/800, 作为保证生产率较大的A6级吊机能正常使用的主梁垂直静挠度的最低指标。已知小车结构L=8 m, 则容许挠度[f]中=10 mm。
工况1:从图4可以看出, 此工况下小车最大变形发生在结构中部, 最大变形量为8.238 mm, 小于容许挠度[f]中=10 mm, 故此工况下小车刚度满足要求。
工况2:从图5可以看出, 小车结构在工况2时, 最大等效应力为242 MPa, 发生在结构主体和车轮轴的接触部位, 小于许用应力[σ]n=259MPa, 故在此工况下, 小车结构强度满足要求。从图6可以看出, 此工况下, 结构最大变形量为9.947 mm, 发生在结构中部, 小于容许挠度[f]中=10 mm, 故此工况下小车刚度满足要求。
工况3:采用相同的分析方法, 可得在工况3下的应力图和应变图, 从应力图可得出, 小车结构在工况3时, 最大等效应力为179 MPa, 同样, 发生在结构主体和车轮轴的接触部位, 小于许用应力[σ]n=259 MPa, 故在此工况下, 小车结构强度满足要求。从应变图可得出, 此工况下, 结构最大变形量为7.854 mm, 发生在结构中部, 小于容许挠度[f]中=10 mm, 故此工况下小车刚度满足要求。
7 结论
从以上分析可看出:
(1) 小车结构在各种危险工况下, 等效应力和变形量均小于允许值, 强度和刚度满足设计要求;
(2) 由应力分布云图看出, 应力变化是平缓的, 说明各点没有明显的应力集中现象, 结构设计是合理的。
通过有限元分析软件ANSYS分析, 可确定博格龙门吊的设计方案满足强度和刚度要求。另外, 还可以运用ANSYA对门架结构进行分析, 也可从节省材料的角度对此龙门吊进行结构优化改进。
参考文献
[1]王金诺, 于兰峰.起重运输机金属结构[M].北京:中国铁道出版社, 2002.
[2]张晓丽, 李德建, 张雄, 等.龙门吊机静动力特性分析[J].重庆工学院学报, 2006 (5) :29-32.
[3]王心利, 张启贵.Q300t/32m龙门吊机主要结构的三维有限元分析[J].四川建筑, 2005 (4) :68-72.
[4]张红兵, 万长东, 尚广庆, 等.自动扶梯木行架结构的有限元轻量化分析[J].机电工程, 2012 (10) :1139-1142.
连续梁悬臂灌注施工技术 第11篇
关键词：预应力混凝土连续梁 悬臂浇筑 施工技术
0 引言
近年来，随着社会经济的快速发展，我国交通发展进程日益加快，工程中的桥梁建设规模也不断扩张，这对桥梁施工技术提出了更高的要求。预应力混凝土连续梁在桥梁施工中被广泛使用。
1 工程情况
本项目为钱江通道及接线工程南接线段，第10合同段，桥梁上部结构主要为27联预应力砼先简支后连续梁、1联跨信益线（40+60+40）预应力连续箱梁；下部结构为H型敞口双柱式墩，设置有盖梁，底部为承台加桩基础。
2 连续梁灌注施工技术
本管段有一处桥梁上部结构为变截面预应力砼连续梁，施工采用搭设满堂支架现浇施工，满堂支架采用一次搭设，全断面预压施工。
施工顺序为：0#段施工 ——对称段灌注砼——边跨合拢——中跨合拢。
2.1 0号梁段灌注施工工艺
2.1.1 支架搭设及预压 在主墩浇砼完成，0号梁段采用轮扣搭设满堂支架，在支架上现浇来完成。通过施工便道将支架配件运到施工现场，采用吊车进行垂直提升。墩身四周用钢管顶在墩身上，并与支架进行联接，保证支架的稳定。施工时两主墩可同时施工。
0号梁段扇形施工支架示意图
2.1.2 正式支座与临时支座 临时支座：按照支座连接方式连接桥墩与梁，在施工中过程中，由于正式支座不能承受相应的不平衡力矩，在这种情况下需要对临时支座进行设置，对梁体在一定程度上进行临时固结和锁定，在施工过程中对于产生的不平衡力矩在一定程度上进行平衡处理。在施工过程中，对于每个墩顶来说，临时支座需要设置8个，采用C40硫磺砼结构。
正式支座：对于正式支座来说，通常情况下都是采用盆式橡胶支座对永久支座进行相应的处理。并且在一定程度上，对于单向活动支座来说需要与上下导向挡块进行对正，同时对正固定支座上下各部件的纵轴线。
2.1.3 模板、钢筋 安装模板：在安装模板的过程中，为了确保施工质量，通常情况下，需要按照下列顺序安装模板：底模→外侧模→内模→端头板→底板堵头板→顶板内模→顶板堵头板→外翼边板。
安装底模：在安装底模的过程中，通常情况下，底模需要通过特制大块钢模板进行处理，并且在一定程度上采用底模包侧模的方法进行安装。
安装侧模：对于侧模，通常情况下需要采用大块钢模进行处理，在安装侧模的过程中，在侧模和支架吊装就位后，在一定程度上通过碗扣式脚手架对翼缘板下口进行相应的支撑，通过这样处理在一定程度上可以有效地防止侧模发生倾覆，进而在一定程度上确保了施工的安全性。
安装内模：在安装侧模的过程中，采用钢木组合模板做钢管架的下支撑，并且在一定程度上采用拉条和外模相拉，进一步确保腹板几何尺寸的准确性。
制作钢筋：在施工过程中，对于钢筋的制作，通常情况下需要在施工现场搭建钢筋绑扎平台，同时在平台上对钢筋进行分片分段绑扎，并将制作好的钢筋吊装入模，进而在一定程度上确保钢筋的绑扎质量，加快施工进度。为了便于吊装，通常在钢筋网内设钢管骨架，钢管骨架在入模后进行拆除。
安装钢筋：在施工过程中，对于钢筋的安装，通常情况下都是在底模定位后，按照相应的设计要求，对底板钢筋、腹板钢筋进行绑扎，然后进行立内模，最后对顶板的钢筋进行相应的绑扎处理，同时放置预埋件。
2.1.4 砼浇注 在施工过程中，浇筑混凝土时，为了确保浇筑质量，采用一次浇注成型的方法浇筑混凝土，并且在一定程度上检查钢筋、模板、标高、轴线等，当检查合格后，开始浇筑混凝土。在浇注混凝土的过程中，为了确保浇筑质量和施工安全，通常情况下先浇筑底板，然后再浇筑底板，并且按照从两端向中间的顺序进行混凝土的浇筑，进而在一定程度上防止支架发生变形，进一步减小对支架产生的水平推力。随后进行腹板、顶板混凝土的浇筑。在施工过程中，进行混凝土浇筑时，通常情况下需要对分层灌注厚度和捣固质量进行严格的控制。直接捣固预应力波纹管在施工过程中是严禁出现的，进而在一定程度上防止管道移位或出现漏浆。
2.1.5 拆卸模板 在施工完成，进行模板拆卸时，为了确保作业人员的安全，通常情况下，按照下列顺序拆卸模板：堵头板→端模板→内模板→外侧模板→过人洞模→底模。
当混凝土强度超过2.5Mpa后，堵头模板即可拆除；当混凝土强度超过75%，即可对内模进行拆除；当混凝土强度超过90%，同时龄期达到10天，在这种情况下，按照对称同步的原则，对预应力筋进行张拉处理。
2.2 对称段的施工
2.2.1 模板及支架 对称现浇段的模板同0#段的施工方法相同。
2.2.2 绑扎钢筋、安装波纹管道 根据设计要求，对钢筋进行下料和弯制，当钢筋制作成型后，通常情况下，需要对制作好的钢筋进行挂牌，同时分类堆放，当需要钢筋时，将其吊装到浇筑砼的梁段进行人工绑扎。通常情况下，在对钢筋进行绑扎的过程中，按照顺序，先绑扎底板、腹板的钢筋，同时安装相应的竖向预应力筋及波纹管道，当内模到位后，接着进行绑扎顶板底层钢筋。
在对混凝土进行灌注前，通常情况下，需要对预应力管道接头连接的紧密程度、管身的完好性等进行检查，并且在一定程度上将塑料管穿插到预应力管道内，在灌注混凝土的过程中，对于预应力管道不能进行直接的振捣，在一定程度上防止其发生移动、破损和漏浆等。
2.2.3 混凝土施工 混凝土的灌注和振捣：在施工过程中，对于后浇筑的混凝土来说，通常情况下，为了防止先浇筑的混凝土出现开裂现象，進而在一定程度上影响施工质量。通常情况下，在施工过程中，需要对箱梁梁段混凝土进行一次浇筑成型处理，并且在底板混凝土凝固前完成全部混凝土的浇筑工作。支架变形在混凝土初凝前要求全部发生，进而在一定程度上避免产生裂纹。
2.2.4 预应力施工 在施工过程中，根据设计要求，需要对竖向预应力筋进行下料和加工成型。
张拉钢绞线：通常情况下选用YCW-400型千斤顶、ZB-500型电动油泵对预应力束进行张拉。
在张拉过程中，分别进行纵、横、竖三向张拉，其中，张拉纵向预应力筋在一定程度上是控制工期和施工质量的关键工序。在张拉过程中，通常情况下需要按照设计要求进行，通常情况下，梁段砼强度及刚度达到设计值的90%，且龄期超过10天，在这种情况下，才可以对纵预应力筋进行张拉。
2.3 合拢段施工及体系转换
在对连续梁进行施工的过程中，其中最为关键的环节就是合拢。因此在连续梁灌注施工体系转换过程中进行合拢施工时，通常情况下，需要在一定程度上满足受力状态的要求，进一步对合拢施工段的施工误差在一定程度上进行严格有效的控制。
在合拢施工过程中，通常情况下需要对边跨进行合拢，最后在一定程度上合拢中跨。边跨合拢段的施工通常情况下在边跨直线段支架上完成，对预应力在一定程度上同时进行张拉，然后拆除临时支座，将临时支座反力在一定程度上向永久支座进行转移，进而在一定程度上实现双悬臂梁向单悬臂梁的第一次体系转换。在支架上继续完成中跨合拢段的施工，进而在一定程度上实现由两单悬臂梁向三跨连续梁的第二次体系转换。
3 结束语
悬臂浇筑施工时，应认真收集各工况数据，按照计算数据调整标高，已达到设计高程，做到平衡施工。其浇筑时间应选在一天当中温度最低时进行，并做好相应的保护措施，使之混凝土的温度缓慢上升，以确保工程的施工质量。
参考资料：
[1]赵晓明.混凝土连续梁施工中应注意的问题[J].桥梁技术，2010（11）.
[2]李有为.霸王河特大桥连续梁悬灌施工技术探析[J].山西科技，2010，25（3）：96-97，101.
悬臂钢结构 第12篇
不过在空间环境下, 受包裹展开条件、重量、能源、电磁环境、可靠性等多方面条件的约束, 现有研究的许多主动或半主动振动控制手段, 往往在空间柔性结构工程中无法应用[1,2]。充气变体结构由高压气源驱动, 且具有良好的可折叠性和可展开性, 因此成为目前空间柔性展开结构的一个热点研究方向[15,16]。通过近几年来对充气结构力学特性的持续跟踪研究后, 提出可将充气变体结构元件作为一种变结构控制手段, 应用于空间柔性结构的振动控制。基于“充气加筋”技术的柔性结构振动控制方法就是遵循这一思路的初步可行性研究。“充气加筋”变结构振动控制技术的潜在优势主要体现在:①“充气筋”可以在被控结构系统将发生过度振动时, 迅速充气张紧, 为被控结构带来附加刚度和附加阻尼的贡献, 从而起到振动抑制的作用;②充气筋处于松弛状态时可以随意折叠, 占位小, 质量轻, 这一点对于空间飞行器大型展开结构的初始包裹尤为有价值;③充气加筋变结构控制方法的驱动能源为高压气源, 不需消耗大功率电能, 无需在被控结构上引入任何电磁干扰环节, 因此对于被控结构的能源和电磁特性无影响, 这一点对于空间大型天线结构的振动控制具有显著吸引力;④充气筋只在被控对象过度振动时充气, 其它状态下充气筋处于松弛状态, 无须担心气体泄露问题;⑤充气筋技术属于半主动控制方法, 即使充气筋失效, 也不会对主体结构带来负面作用, 无主动控制技术的控制溢出或反效等问题, 因此可靠性高。
现以柔性悬臂板模型为对象, 开展基于面内充气加筋方案的振动控制试验研究, 以检验这种变结构技术在振动控制中的可行性。
1 柔性悬臂板模型设计
太阳能帆板是空间飞行器上最常见的柔性悬臂结构。以该类装置展开后的结构为原型, 设计制作一个简化的弹性悬臂板模型作为试验对象。简化模型的结构和外形尺寸如图1所示, 其结构由2块基板和1个Y型支架组成, 两块基板之间通过连接片连接。为便于对比面内充气筋对不同刚度结构的影响大小, 制作了2个外围几何尺寸相同, 但厚度不同的实验件开展实验研究。
2 5 mm厚悬臂板的面内充气加筋方案的振动实验研究
2.1 厚板面内充气加筋方案的设计
悬臂板的基板厚度为5 mm, 材料为LY-12铝;两块基本板间的连接片长40 mm, 宽25 mm, 厚3 mm, 材料均用LY-12铝;Y形支架用5 mm厚的钢板切割而成;Y形支架、基板及连接片之间采用螺钉连接。组装后模型总长约为1.04 m, 宽0.3 m, 总重5.43 kg。
厚板面内充气加筋方案设计如图2所示, 面内充气加筋是指在悬臂基板的两侧各布置一根充气管, 期望通过控制充气管的内气压变化来调节结构的刚度, 达到振动抑制的目的。实际设计时, 在每个基板的相对侧沿位置上各固定了一个铝卡箍来固定充气筋。单根充气筋的长为0.82 m, 截面直径为32 mm, 采用210D尼龙涂层布制作。这些充气筋在不充压的条件下都是柔韧的织布材料, 在卡箍内可滑动, 可随主结构任意折叠。充压后, 充气筋膨胀, 自然挤紧固定在铝卡箍内, 为主结构提供附加刚度。
2.2 厚板面内充气加筋方案的振动实验
针对图2所示的面内充气加筋悬臂板, 主要进行了两类振动试验, 第一类是模态试验, 第二类是振动响应控制试验。
模态实验, 即给充气筋充入不同大小的恒定压力, 然后应用锤击法, 测试各个测点的频响函数。图3所示给出了图2所标示的测点3位置的频响函数曲线。根据测试所得的频响函数曲线, 可识别得到悬臂板的前5阶固有频率和固有振型。
表1给出了3种充压工况下, 悬臂板的模态测试结果。对比可见, 三种压力下, 同阶模态的固有频率值变化很小。100 k Pa与0 k Pa工况相比, 一弯、二弯、一扭振型的固有频率分别升高了约0.9%、1.8%和0.5%, 三弯和二扭的固有频率甚至略有降低。200 k Pa与100 k Pa相比, 固有频率的差异基本处于频率识别误差的涵盖范围之内。总体来说, 改变充气内压, 面内充气筋对结构固有频率的影响非常小, 意味着面内充气筋对于本结构带来的附加刚度贡献非常微弱。
振动响应控制试验系统的构成如图2所示, 包括充气控制系统, 振动响应测试系统, 振动结构3部分。充气控制系统包括高压气源、一级减压阀、精密减压阀、单向阀及压差计。一级减压阀的作用是将高压气源的输出压力由8 Bar降到4 Bar, 达到二级精密减压阀的输入要求。二级精密减压阀则可以按照充气筋的压力需求来设定输出压力。单向阀的作用是可通过人工控制来实现充气筋的充排气操作。压差计可以实时测量充气筋的内外压差。振动响应测试系统采用常规的振动测试方法, 加速度响应采用PCB的33B30型ICP压电式加速度传感器, 采集分析系统为LMS的Test.Lab动态数据采集分析系统。振动结构即为附加有充气筋的悬臂板, 其响应扰动通过突然释放悬臂板稍端质量块的方法实现。
振动控制策略目前采用人为控制的Bang-Bang控制策略, 即在质量块释放的同时, 迅速打开充气阀, 按预设的压力值快速充入气体。
振动响应控制试验共分3个工况进行:工况1) 充气压力0 k Pa;工况2) 充气压力100 k Pa;工况3) 充气压力200 k Pa。
3种工况下测得的悬臂板稍端加速度响应曲线如图4所示。对比分析表明:从振动幅度大小的对比来看, 加压工况的振动响应幅值仅略比0 k Pa小;从衰减率的对比来看, 三种工况的自由振动衰减率基本相同。以上试验结果表明, 针对5 mm厚的悬臂板, 截面直径32 mm的面内充气筋带来的附加刚度和附加阻尼贡献相对过小, 其对主结构的振动特性影响非常有限。
3 1 mm厚薄板面内充气加筋方案的振动实验研究
3.1 薄板面内充气加筋方案的设计
由于前述悬臂板自身刚度较大, 面内充气筋对模型刚度的相对影响过小, 振动控制效果非常微弱。为进一步突出充气筋的附加刚度作用, 现设计制作了更薄的柔性悬臂板, 如图5 (左) 所示。该悬臂板的结构形式、材料及外围尺寸与图1完全一致, 只是基板、Y形支架及连接片的厚度均减薄为1 mm。
另外为消除铝卡箍带来的附加质量影响, 本文设计了侧沿布管套固定方式进行面内充气筋的固定。具体做法为, 先在悬臂板的两边侧沿, 分别用10个T形薄耳片固定一根两端开口的布管套, 然后将制作好的充气筋插入布管套内。充气筋充压后发生径向膨胀, 自然张紧在布管套内。采用的充气筋截面尺寸、长度及材料与图2模型完全相同。面内充气筋安装后的状态如图5 (右) 所示。
3.2 薄板面内充气加筋方案的振动实验
由于该悬臂板的自身刚度较弱, 为减小自重变形影响, 试验模型采取竖直固定安装方式, 如图5 (右) 所示。试验研究同样分成两步进行, 先进行不同充气压力状态下的模态试验, 然后进行动态的响应控制试验。
模态试验结果如表2所示, 对比可见, 100 k Pa工况与0 k Pa工况相比, 前5阶固有频率分别上升了7.6%、7.1%、25.2%、9.2%和8.3%。200 k Pa与100 k Pa相比, 固有频率变化基本可忽略。一扭和二扭模态的固有频率则分别升高了2.9%和1.9%。这一试验结果表明:本例设计的面内充气筋为1 mm悬臂板结构带来了可观的附加刚度贡献;面内充气筋对结构扭转刚度的影响要大于对弯曲刚度影响;对弯曲模态而言, 面内充气筋对高阶弯曲模态的影响要强于低阶弯曲模态。
第二部分实验为响应控制试验, 分别进行了定频正弦稳态响应控制和瞬态响应控制试验。
定频正弦稳态响应控制试验进行时, 分别以0 k Pa工况的前3阶固有频率为激励频率, 通过电磁激振器给结构施加等幅的定频正弦激励力。待结构振动达到稳态后, 按Bang-bang控制策略快速打开单向阀, 按精密减压阀预先设定的输出压力值, 迅速向充气筋内充气。测量充气前后结构的振动响应曲线, 分析振动控制效果。响应测量采用非接触的激光位移传感器测量, 响应测点为9号测点。激光位移传感器的型号为KENYCE的LK-150。
由于200 k Pa工况与100 k Pa工况相比, 固有频率变化非常小, 响应控制试验时仅给出动态充压100 k Pa情况下的振动响应控制曲线。如图6所示为保持激励力幅10 N, 激励频率分别为1.801 Hz、5.723 Hz和9.830 Hz激励情况下, 测量得到的充气控制前后结构振动响应的变化曲线。分析可见, 充压后结构的振动响应明显减小, 平均的相对减小幅度分别为:32%、78%和88%。3种工况下, 充压后的振动响应显著减少, 且面内充气筋对一扭和二弯振动的响应控制效果要强于一弯模态。
瞬态响应控制试验的方法与2.2节类似, 即通过突然释放质量块的方法进行结构的初始扰动。具体实施时通过细线、质量块及滑轮构建一个垂直于模型板面的初始载荷, 然后迅速烧断靠近模型板面的细线, 触发初始扰动, 具体装置模型如图5 (右) 所示。扰动触发后, 迅速打开单向阀按预定压力值向充气筋内充气, 通过KENYCE的LK—150型激光位移传感器测试全程的振动响应。
试验过程共记录了充气压力为0 k Pa、100 k Pa、200 k Pa三种工况下的自由衰减振动响应曲线, 如图7所示。试验曲线的对比表明, 100 k Pa工况与0 k Pa工况相比, 前者振动响应幅值更高, 衰减更慢。200 k Pa工况的响应曲线与100 k Pa基本重合。这一试验现象表明, 面内充气筋条的增加不仅没有有效抑制瞬态扰动激起的结构振动响应, 反而使得振动幅度略有增加, 且瞬态响应的衰减速率也有所降低。分析导致这种现象的原因主要在于:其一, 面内充气筋条主要对悬臂板结构的高阶模态有较为明显的附加刚度贡献, 对一弯模态运动的附加刚度影响非常微弱, 不足以在瞬态振动的条件下将振动能量转移到高频模态, 实现更快速的衰减;其二织布充气张紧状态下的阻尼效应比织布松弛状态下的阻尼效应弱, 使得充气后结构的附加阻尼效应减弱。
4 结论
提出了基于面内充气加筋方案的柔性结构振动半主动控制方法, 并成功设计制作了相关试验装置, 开展了初步的振动试验研究。试验研究结果表明, 面内充气筋对悬臂板高阶模态的影响要大于低阶模态。当面内充气筋的附加刚度贡献与主结构自身刚度匹配较好时, 面内充气筋方案可通过固有频率移动来有效抑制结构的稳态振动响应, 且对高频模态的影响尤为显著。面内充气筋对瞬态激励激起的悬臂板低频弯曲振动的抑制效果有限。此外试验研究发现, 充气筋充气扰动的过程并不会额外加剧结构的振动响应。相关试验研究验证了利用充气加筋进行柔性结构振动响应控制的可行性。相关的理论分析方法、附加刚度优化匹配方案、先进控制率设计等研究工作值得进一步深入推进。
摘要：提出一种基于充气加筋技术的振动半主动控制方法。充气筋易于折叠, 其刚度随充气压力变化, 为空间可展开柔性结构的振动控制提供了一种新的变结构控制手段。设计制作了2块板厚分别为5 mm和1 mm的柔性悬臂板作为被控主结构。针对每1个柔性悬臂板模型, 分别设计制作了面内充气加筋装置, 开展了相应的振动试验研究。试验结果验证了利用充气加筋方案进行柔性结构振动控制可行性。面内充气筋对悬臂板结构的高阶振动模态影响大于低阶模态, 在附加刚度匹配适当的条件下, 可有效抑制正弦激励所激发的高频模态振动, 但难以抑制悬臂板结构受瞬态激励所激起的自由衰减振动。