研究
ResearchandDesign
与设计
基于MIDAS/Civil的桥墩模板设计
赵青龙
(中铁十一局集团六公司,湖北襄樊441105)
摘 要:在桥墩模板载荷分析的基础上,采用有限元软件MIDAS/civil进行桥墩模板的设计,首先介绍了桥墩模板模型建立的方法,并确定模板框格单元大小,分析龙骨梁的间距与截面尺寸,进而建立桥墩模板整体模型以计算其强度和刚度,最终完成桥墩模板的设计。关键词:MIDAS/Civil;桥墩;模板;设计
中图分类号:TU755.2 文献标识码:A 文章编号:167223953(2009)0320031204
某桥墩模板基本结构如图1所示,现采用有限元软件MIDAS/civil来进行分析计算,以确定模板面板区格大小和龙骨梁间距,并进行强度和刚度的校核。
γββF=0.22ct012v
F=γcH
1/2
(1)
式中,F为新浇筑混凝土对模板的侧压力(kPa);γc
为混凝土的重力密度(kN/m3),取25kN/m3;t0为新浇混凝土的初凝时间(h),取8h;v为混凝土浇筑速度(m3/h),取2m3/h;H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m);β1为外加剂影响修正系数,掺具有缓凝作用的外加剂时,取1.2;β2为混凝土坍落度影响修正系数,当坍落度110～150mm时,取1.15。
1/2
ββ采用式(1)计算F=0.22γ=85.87ct012v
kPa。则线性变化部分(γh分布)高度h=F/γ=
3.43m。即在台帽部分(高度2.95m)混凝土侧压
力按线性分布。1.2
风荷载计算
风荷载强度计算公式[2]:
W=K1K2K3W0
(2)
图1 桥墩模板基本结构图
1荷载分析
[1]
式中,W为风荷载强度(Pa);K1为风载体形系数,按长边迎风圆端型截面处理K1=1.1;K2为风压高度变化系数,按≤20m计算取K2=1.0;K3为地形地理条件系数,按最不利环境取K3=1.3;W0为基本风压(Pa),取风速v为17.2～20.7m/s,则W0
=
计算荷载包括:①新浇筑混凝土对侧面模板的压力;②混凝土振捣时的垂直面冲击荷载4.0kN/m2;③风荷载(按八级风考虑)。模板强度计算时,考虑以上三种荷载,而模板刚度计算时仅考虑新浇筑混凝土对侧面模板的压力即可。1.1新浇混凝土侧压力的计算
新浇混凝土侧压力取式(1)中的较小值:
11.6
v=267.8Pa。
=
2
故风荷载施加时最大风载强度W
K1K2K3W0=383Pa。
2
2.1
收稿日期:2009202220
),男,工程师,主要从事机械设计工作 作者简介:赵青龙(1975—
建模的过程与方法
建模过程
在桥墩整体模型建立前,首先采用MIDAS/
civil软件对面板区格尺寸进行优化设计,即采用大
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31国防交通工程与技术
・研究与设计・ 基于MIDAS/Civil的桥墩模板设计 赵青龙 小不同的区格与不同截面的加筋肋(分为横肋与竖肋)进行分析计算,以得到满足强度与刚度要求的面板区格最优结构尺寸;然后结合面板区格的结构尺寸,进一步分析计算龙骨梁的间距与截面尺寸;最后建立桥墩整体模型(分为墩身、墩帽两部分)进行整体结构的强度与刚度分析。2.2建模方法
模板制造工艺要求:面板与加筋肋、龙骨梁直板部分与加筋肋均为焊接方式,龙骨梁圆端部分与加筋肋采用螺栓固结,中间对拉杆与龙骨梁采用螺栓连接。
在桥墩模板有限元模型中,面板采用板单元,龙骨梁与加筋肋采用梁单元,对拉杆采用杆单元。
根据模板制造工艺要求,建模时加筋肋与面板采用共线方式,加筋肋与龙骨梁采用梁单元共节点方式,以实现其刚性连接;对拉杆采用杆单元与龙骨梁共节点方式,以实现其铰接。
根据MIDAS/civil的截面定义功能,对模型各部件采用相应的截面形状和尺寸。相关要求。故面板最大区格可采用500mm×500mm,竖肋和横肋的最大间距可按500mm间距布置。龙骨梁间距的确定
根据面板区格的大小,确定每条竖肋所承担的荷载最大值为F竖肋=85.87kPa×0.5m×1.2=51.5kN。
加载时采用面加载的方式,面荷载大小取最大3.2
混凝土侧压力,计算模型如图4所示。
图4 龙骨梁计算模型变形云图如图5所示,可知在竖肋上最大的变
形值为2mm,为满足刚度1/500的相关要求,所以龙骨梁最大间距可为1000mm。按照施工要求,墩身模板按高度分为0.5m、1m、2m和3m四种。龙骨梁设置方式可为:在0.5m、1m节段中间设置1道;2m节段设置2道,且距两端各为450mm;3m节段设置3道,中间设置1道,两端距端部450mm各设置1道。
3
3.1
面板区格和龙骨梁间距的确定面板区格的确定
面板区格的计算采用对面板加载的方式,计算模型如图2所示。边界条件为对板边采用3边固定1边自由的约束方式,荷载按最大侧压力施加。
图5 龙骨梁变形云图
图2 面板区格计算模型
4
4.1
整体模型计算
面板区格选择为500mm×500mm时,计算结
果如图3所示。
图3 区格面板变形云图
区格内最大垂直于面板的变形为4mm,满足
32国防交通工程与技术
墩身模型计算
接缝处连接法兰为厚14mm钢板,宽100mm;竖肋采用[8槽钢;横肋采用10mm钢板,宽为80mm;龙骨梁采用双槽钢16b。计算模型如图6所示。4.1.1刚度要求
计算得知模板最大变形值为5mm;按宽度方向直面部分宽度为3200mm,依据刚度要求1/500计算,则容许变形值为3200mm/500=6.4mm:故满足刚度要求。4.1.2强度要求
荷载施加考虑荷载组合侧压力+浇筑冲击力+
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・研究与设计・ 基于MIDAS/Civil的桥墩模板设计 赵青龙
图6 墩身模型图8 墩帽计算模型
图7 墩身面板应力云图风荷载,墩身面板应力图见图7。计算可知,在龙骨梁直线段端部最大的轴力95.6kN、最大的正弯矩20.4kN・m,对于龙骨梁端部最大应力值为:
6
mm95600Nσ=M+N=20.4×10N・+3
WA233626mm5030mm2=106MPa≤[σ]=145MPa。4.2墩帽模型计算
墩帽部分竖肋、横肋、连接法兰及龙骨梁的选择与墩身部分相同。龙骨梁共设置4道,计算模型如图8。刚度计算采用混凝土侧压力,侧压力的大小按照
rh线形变化。顶部荷载大小为0,底部荷载大小为F=γH=25kN/m×2.95m=73.75kN/m。
3
2
图9 墩帽变形云图
5结束语
(1)采用有限元软件MIDAS/civil来设计桥墩
模板,不仅确定了模板面板区格大小和龙骨梁间距,而且通过对强度和刚度校核,表明该模板满足设计
要求。
(2)运用MIDAS/civil软件对桥墩模板进行设计和有限元分析,与传统方法相比,提高了分析精度和设计质量。
参考文献
[1]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出
版社,2001
[2]铁道第三勘察设计院.TB10002.1—2005铁路桥涵设计
墩帽变形云图如图9所示。可知墩帽部分变形
很小,但考虑到墩帽的尺寸决定支撑垫石的位置,所以墩帽部分变形小比较合理。
基本规范[S].北京:中国铁道出版社,2005
DesignofFormworkforBridgePiersBasedonMIDAS/Civil
ZhaoQinglong
(6thEngineeringCo.Ltd.ofthe11thBureauGroupoftheRailwayBuildingCorporationofChina,Xiangfan441105,China)
Abstract:Uponthebasisofanalyzingtheloadsexertedontheformworkofbridgepiers,thedesignoftheformworkforbridgepiersisperformedwiththesoftwareofMIDAS/Civilinthepaper,wherethemodelingmethodoftheformworkforbridgepiersisfirstintroduced,thesizeofthefundamental
(下转第43页)
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・实例分析・ 卢家湾锦江2号大桥水中桥墩基础汛期施工关键技术 高俊青 转入正常钻进,如此反复使钻孔顺利穿越溶洞。对于特大型空溶洞或半充填的溶洞,为了防止孔壁坍塌,采用套筒隔离上部松软地层的方法进行处理,本桥钻孔桩均采用8～10m的钢护筒防止坍孔。对于溶洞内充填物为软弱粘性土或淤泥的溶洞,进入溶洞后也应向孔内投入粘土、片石混合物(比例1∶1),冲砸固壁。
(4)钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况,以便判断是否歪钻。若歪钻应按1∶1的比例回填粘土和片石至弯孔处0.5m以上,重砸。
迅速下降时,证明正在漏浆。首先要赶快补水,然后将泥球往下投,即可将漏浆堵住。之后将粘土和片石按大约1∶1的比例往下投约2m深,再重新开钻。这样砸碎的片石和大颗粒土可将裂隙填充一定的距离(裂隙宽度变化),可钻进一定深度而不漏浆。当再次漏浆时,仍按上述方法处理,即可逐步钻至设计孔底高程。
参考文献
[1]刘正峰.地基与基础工程新技术实用手册[M].北京:海
潮出版社,2000
[2]铁道部第三勘测设计院.桥梁地基和基础[M].修订版.
5裂隙漏浆的处理
北京:中国铁道出版社,1991
[3]铁道部基建总局.铁路工程设计技术手册:桥梁地基与基
灰岩地区裂隙发育,为防止漏浆,施工时应该作充分的准备:①入岩前,准备充足的水源和水泵。②准备足够的粘土,并将粘土做成泥球(15～20cm)。③准备一定数量的小片石或狗头石(10～20cm)。
密切注意护筒内泥浆面的变化情况。当泥浆面础[M].北京:人民铁道出版社,1978[4]铁道部第三勘测设计院.铁路工程施工技术手册:桥涵[M].北京:中国铁道出版社,1987[5]罗邦富,魏明钟,沈祖炎,等.钢结构设计手册[M].北京:
中国建筑工业出版社,1988
KeyTechniquesfortheConstructionofthePileFoundationforthePiersoftheNo.2JinjiangBridgeatLujiawan
GaoJunqing
(FirstEngineeringCo.Ltd.,21stEngineeringBureauGroup,RailwayBuildingCorporationofChina,Urumqi830016,China)
Abstract:SincetheconstructionofthepilefoundationforthepiersoftheNo.2JinjiangBridgeoftheYu2HuaiRailwayatLujiawanwasperformedduringthefloodperiod,itwasfacedwithaseriesofdifficultproblems,suchashighwaterlevel,exploringleft2overobjects,karstcaves,thedevelopmentofcrevice,drillingjam,etc.,todealwithwhich,adoptedarethefollowingmeasures:asteelplatformwaserectedwithverticalsteelpostsincombinationwithdual2walledsteelcofferdamagainstthehighwaterlevelduringthefloodperiod;thedirectwashingandstrikingmethodwasusedtodealwithremainingobjects;karstca2vesweretreatedbymeansofgrout2producing,complementingwater,back2filling;andsealingleaks;theleakageofgroutfromcrackswastreatedbymeansofcomplementingwater,projectingsoilballs,andcast2ingragstone.Ithasbeenprovedinpracticethatthosemeasureshaveresultedinfairlygoodeffects.Theprojectmayserveasausefulreferenceforothersimilarones.
Keywords:pier;deep2waterfoundation;steelplatform;boredpile;karstcave;crevice;floodperiod(上接第33页)frameisdetermined,spacingdistancesbetweentheskeletonbeamsandthedimensionofthecross2sectionareanalyzed,andfinally,anintegralmodelforbridgepiersisestablishedtoanalyzethestrengthandstiffnessofitsoastocompletethetotaldesigntask.Keywords:MIDAS/Civil;bridgepier;formwork;design
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