大悬臂结构范文

2024-05-06

大悬臂结构范文（精选9篇）

大悬臂结构第1篇

江苏省档案馆工程位于南京市河西新城区中部地区, 工程总建筑面积约4.8万m2, 地下一层、地上七层, 室外地面到主屋面高度为33.4 m, 突出屋面塔楼一层。其中五层以下为混凝土框架与劲性钢骨柱结构, 五层以上为全钢结构, 屋面大桁架为预应力平面桁架结构, 五层以上5轴向左和D轴向下区域为大悬臂区域, 由屋面大桁架端部吊柱下挂悬吊5、6层钢结构。整个屋盖设计有18榀预应力主桁架结构, 在主桁架上弦和下弦穿入1 860级Ф15.2无粘结环氧喷涂钢绞线, 钢绞线抗拉强度标准值fptk=1 860 MPa, 弹性模量Es=1.95×105 MPa, 直径d=15.2 mm, 单根截面面积为139 mm2, 其中大截面大吨位预应力悬臂钢桁架的制作、吊装及布索具有相当的施工难度。该工程布置预应力索臂钢桁架构造如图1和图2所示。

2 预应力钢桁架精细化制作技术

大跨度、大吨位箱型构件体积庞大, 制作精度要求高, 包括拉索的布置, 其关键制作流程包括:精确下料与预拼、腹板及隔板坡口的精致制作、胎架的制作、高质量的焊接及检验、表面处理和预处理技术以及全过程的监督、检查及不合格品控制等。

在下料的过程中采用数控精密切割, 对接坡口采用半自动精密切割且下料后进行二次矫平处理, 而腹板两长边采用刨边加工隔板及工艺隔板组装的加工, 其要求在组装前对四周进行铣边加工以作为大跨箱形构件的内胎定位基准, 并在箱形构件组装机上按T形盖部件上的结构定位组装横隔板;组装两侧T型腹板部件, 与横隔板、工艺隔板顶紧定位组装, 考虑承载力的需要, 大跨度、大吨位箱型构件采用单元模块化整体制作技术, 并采用结构内部施加局部预应力的方式进行整体制作安装。

制作无粘结预应力筋的钢绞线, 其性能应符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》 (GB/T5224-2003) 的规定, 无粘结预应力筋用的钢绞线不应有死弯, 当有死弯时必须切断, 无粘结预应力筋中的每根钢丝应是通长的且严禁有接头, 采用的无粘结预应力筋系指带有专用防腐油脂涂料层和外包层的无粘结预应力筋, 所采用的单根钢绞线的技术性能如表1所示。

预应力筋用锚具、夹具和连接器的性能均应符合现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》 (GB/T 14370) 的规定, 在预应力筋强度等级已确定的条件下, 预应力筋-锚具组装件的静载锚固性能试验结果应同时满足锚具效率系数等于或大于0.95和预应力筋总应变等于或大于2.0%两项要求。

3 大吨位悬臂预应力钢桁架的施工

3.1 预应力钢桁架安装的总流程 (图3)

3.2 预应力钢桁架梁安装工序流程及要求

为便于钢桁架梁安装就位, 型钢柱在工厂预制钢梁腹板加劲肋和下翼缘盖板, 钢梁安装前测量、定位钢桁架梁安装中心线及标高并作明显标示, 同时检查钢桁架梁安装节点板位置的正确性, 并根据测量定位标准进行调整;钢梁进场后由质检技术人员检验钢梁的尺寸, 对变形部位予以修复;钢梁吊装采用加挂铁扁担两绳四点法进行吊装, 吊装过程中于两端系挂控制长绳;钢梁吊起后缓慢起钩, 吊到离地面200 mm时吊起暂停, 检查吊索及塔机工作状态, 检查合格后继续起吊。吊到钢梁基本位后由钢梁两侧靠近安装;钢桁架梁就位后, 在穿入高强螺栓前, 钢桁架梁和钢柱连接部位必须先打入定位销, 两端至少各2根, 再进行高强螺栓的施工, 高强螺栓不得强行穿入且穿入方向一致, 并从中央向上下、两侧进行初拧, 撤出定位销, 穿入全部高强螺栓进行初拧、终拧;钢桁架梁在高强螺栓终拧后, 应进行翼缘板的焊接;在钢梁与钢柱间焊接处采用6 mm钢板做衬垫、用气体保护焊或电弧焊进行焊接;在钢梁焊接24 h后请焊缝质量相关的检测人员对其质量进行无损探伤 (图4) 。

3.3 悬臂区域中悬挑桁架梁的施工技术

江苏省档案馆工程5层以上的5轴向左和D轴向下区域为大悬臂区域, 由屋面大桁架梁下端部吊柱挂悬5、6层。悬挂桁架梁设计材质Q345, 板厚30～80 mm, 受现场条件限制, 安排在生产厂家加工出合格的整榀悬挂梁以减少施工现场焊接工作量并保证工程质量。悬挂桁架梁分HJ5、HJ6、HJ7、HJ8、HJ9、HJ11、HJ12、HJ13、HJ14、HJ15、HJ16和HJC、HJD、HJE、HJG、HJH、HJJ、HJK共18榀, 其中桁架梁HJC、HJD、HJE和桁架梁HJ5、HJ6水平位置交叉, 考虑受力工况和施工方便, 其中HJ5、HJ6分段后现场高位组装焊接, 单榀悬挂梁最大起吊重量48～70 t, 起吊高度33.75 m。

其对应的施工顺序是先施工屋面大桁架, 再施工5、6两层悬挂部分梁柱, 楼板先浇筑5、6、7层非悬臂区楼板和屋面, 待预应力张拉完屋面桁架再浇筑悬臂区楼板。前期准备要求《施工组织设计》、《桁架梁安装方案》、《焊接工艺评定》已报验批准, 施工人员已进行过安全教育、技术交底, 关键工种已经过培训全部持证上岗;构件、原材料已进场并验收合格;施工机具、电器设备、大型吊装设备已进场验收合格;施工场地、道路、电源满足施工要求;施工用脚手架已搭设验收合格;F轴、G轴、H轴、J轴、K轴/7轴、8轴、9轴、10轴、11轴、12轴、13轴、14轴、15轴、16轴钢骨柱、连接梁安装已到7层;对于五层E-H/8、9、10、12轴的钢梁由于跨度重量较大拟分段制作;钢梁的整榀重量在7～11.6 t不等, 采用2台3T的卷扬机采取滑轮组装整体吊装。

钢梁的平面组装要求E-H/8、9轴钢梁位置位于二层大厅内设的工作间, 其钢梁的组装必须在工作间屋顶面进行, 组装前在工作间南北沿轴线在空隙和工作间屋顶面挑沿处要搭设一定宽度的支撑平台, 高度结合工作间屋面高度14.80 m, 走道高度14.50 m和北面挑沿高度15.0 m一并找平以便于钢梁连接;10、12轴钢梁在二层平台拼装前需拆除二层所有障碍脚手等;钢梁拼装后焊接结点在下面的焊缝用托板待就位后补焊, 10/E轴无柱节点支撑, 吊装前应先吊装9～10轴之间的梁, 其后组装吊装钢梁支点;吊装前在钢梁的上翼缘位置焊接一个10 t标准吊耳, 具体如图5所示。

3.4 钢桁架与钢骨柱对接位

侧向稳定要求单榀钢桁架安装标高33.3 m, 最长22.2 m, 钢桁架最大截面高度4.9 m左右, 最大重量70 t左右。在未形成分块稳定单元之前, 钢桁架分段安装单元的侧向稳定性较差, 需保证钢桁架的安装精度以确保施工过程的安全性, 因此采用必要的工艺措施和侧向稳定措施。D轴、E轴、F轴、G轴、H轴、J轴、K轴/5轴、6轴和D轴、E轴/7轴、8轴、9轴、10轴、11轴、12轴、13轴、14轴、15轴、16轴之间钢骨柱柱头下600 mm位置处之间用300#工字钢临时连系梁将钢骨柱焊接加固成刚性体, 所有钢骨柱位置公差验收符合规范要求。第一榀钢桁架就位后, 在钢桁架侧向用2道60 mm松紧螺栓来控制侧向失稳和定位;第二榀钢桁架就位后, 将这两榀之间的连系梁焊接完尽快形成稳定的刚性体。钢桁架就位后, 未焊接完吊机不容许摘钩。

吊装时要保证钢桁架的平衡以避免产生碰撞, 悬挑梁应尽量放在吊机指定站位的作业半径内。因钢桁架进场后平行摆放, 钢桁架吊装立起时应选取合适的吊点以避免产生过大的变形。在确定吊点和进行钢丝绳配置时, 应调整好吊装的空间角度, 且吊钩处于分段中心的正上方。为保证施工安全及便于操作, 吊装时应在接口处设操作平台。吊装对接时各分段之间应设置工装件以确保各梁柱的对口精度, 且避免过大的焊接变形。钢桁架吊装时应提前做好准备工作, 就位时用2道60 mm松紧螺栓来调整左右角度和定位、用楔铁和千斤调整对接错口, 其它高空安装的挂蓝、钢爬梯、安全带等安全设施也一并安装好和钢桁架一起吊装到位。钢桁架吊装就位对接焊时, 先进行找正点焊牢固以保证钢桁架的垂直度、轴线和标高符合图纸设计标准要求, 焊接时用两个焊工同时在悬挑梁同一立面进行对接焊。先进行钢柱横焊, 再进行钢桁架对接焊的立焊-平焊-仰焊。桁架吊柱与钢柱节点如图6所示, 钢桁架就位后应采取稳定措施, 如增加临时支撑等防止侧向失稳, 钢桁架焊接过程中应采用对称焊接以减少焊接变形, 对接焊未完成前禁止吊机摘钩。

HJC钢桁架吊装中钢桁架梁HJC、HJD、HJE和钢桁架梁HJ5、HJ6水平位置交叉, 考虑受力工况和施工方便, HJ5、HJ6分段后现场焊接, HJC采取整体抬吊安装。吊装顺序为1/2HJ5-1/2HJ6-HJC-1/2HJ5-1/2HJ6因桁架梁HJC、HJ5、HJ6下部悬空, 因此在C轴交1/3轴和5轴之间下方要搭设承载排架以方便钢桁架梁HJC吊装时找正安装, 排架承载载荷按钢桁架梁搁置重量考虑。实际安装中钢桁架梁重量主要由吊机负担载荷, 排架只承载钢桁架梁一头部分重量, 承重组合钢排架安装支撑平台要与5-6/D-E轴钢筋混凝土核心筒及周边已浇筑完的钢筋混凝土柱相牢固连接以保持稳定。

4 预应力拉索的施工

4.1 预应力拉索的工艺流程

拉索施工包括:制作、安装和张拉锚固, 其施工流程如图7所示。

无粘结预应力钢绞线应采用适当包装以防止正常搬运中的损坏;无粘结预应力钢绞线盘径不应小于1.0 m, 盘重不宜低于350 kg;无粘结预应力钢纹线宜成盘运输, 在运输、装卸过程中吊索应外包橡胶、尼龙带等材料并应轻装轻卸, 严禁摔掷或在地上拖拉, 严禁锋利物品损坏无粘结预应力钢绞线;无粘结预应力钢绞线在成品堆放期间, 应按不同规格分类成捆、成盘挂牌整齐堆放在通风良好的仓库中;露天堆放时严禁放置在受热影响的场所, 不宜直接与地面接触并覆盖雨布。当每盘质量约为2 000 kg时, 成盘叠加堆放时不应超过10 000 kg;吊装采用避免破损的吊装方式装卸整盘的无粘结预应力钢绞线;下料的长度根据设计图纸, 并综合考虑各方面因素, 包括孔道长度、锚具厚度、张拉伸长值、张拉端工作长度等准确计算无粘结钢绞线的下料长度, 具体拉索下料长度计算公式如下所示:

式中:n的取值安装一端张拉时为1, 两端张拉时为2。

同时, 无粘结预应力钢绞线下料宜采用砂轮切割机切断。

4.2 预应力拉索张拉前的准备工作

拉索张拉前主体钢结构应全部安装完成并合拢为一整体以检查支座约束情况, 考虑张拉时结构状态是否与计算模型一致以免引起安全事故;直接与拉索相连的中间节点的转向器以及张拉端部的垫板, 其空间坐标精度需严格控制。张拉端的垫板应垂直索轴线以免影响拉索施工和结构受力。拉索安装、调整和预紧要求: (1) 拉索制作长度应保证有足够的工作长度。 (2) 对于一端张拉的钢绞线束, 穿索应从固定端向张拉端进行穿束;对于两端张拉的钢绞线束, 穿索应从桁架下弦张拉端向5层悬挂柱张拉端进行穿束, 同束钢绞线依次传入。 (3) 穿索后应立即将钢绞线预紧并临时锚固;拉索张拉前为方便工人张拉操作, 事先搭设好安全可靠的操作平台、挂篮等, 拉索张拉时应确保足够人, 且人员正式上岗前进行技术培训与交底;设备正式使用前需进行检验、校核并调试以确保使用过程中万无一失。拉索张拉设备须配套标定, 其要求: (1) 千斤顶和油压表须每半年配套标定一次且配套使用, 标定须在有资质的试验单位进行。 (2) 根据标定记录和施工张拉力, 计算出相应的油压表值, 现场按照油压表读数精确控制张拉力。索张拉前应严格检查临时通道以及安全维护设施是否到位以保证张拉操作人员的安全;索张拉前应清理场地并禁止无关人员进入以保证索张拉过程中人员安全;在一切准备工作做完之后且经过系统的、全面检查无误后, 现场安装总指挥检查并发令后才能正式进行预应力索张拉作业。

4.3 预应力拉索张拉力的控制

钢绞线拉索的张拉点主要分布在5层吊柱的底部或桁架内侧悬挑上、下弦端, 对于5层吊柱的底部, 可直接采用外脚手架或根据外脚手架的搭设而搭设, 对于桁架内侧上弦端, 可直接站立在桁架上张拉。对于桁架内侧下弦端, 需要在六层平面搭设2 m×2 m, 高度约3.5 m的方形脚手平台, 工作平台需能承受千斤顶、张拉工作人员、及其他设备等施工荷载, 脚手架立杆强度及稳定要满足要求, 张拉分两个循环进行, 其张拉的控制值如表2、表3所示。

直线束一端张拉超张拉系数, 以HJC为例直线束采用一端张拉的施工示意图如下图8所示, 由于结构变形很小, 在钢绞线逐根张拉过程中先后张拉对钢绞线的预应力的影响也很小, 对于单根钢绞线张拉的孔道摩擦损失和锚固回缩损失, 则通过超张拉来弥补预应力损失。

4.4 预应力拉索施工质量控制措施

为保证钢绞线张拉施工顺利实施, 提高拉索施工质量需采取以下措施:钢绞线制作长度应保证有足够的工作长度;穿索应尽量保证同束钢绞线依次穿入;穿索后应立即将钢绞线预紧并临时锚固;结构形成整体成形后方可进行张拉;为保证张拉锚固后达到设计有效预应力, 在正式张拉前应进行预应力损失试验以测定摩擦损失和锚具回缩损失值, 从而确定超张拉系数;同束钢绞线张拉顺序应注意对称的原则;直接与拉索相连的中间节点的转向器以及张拉端部的垫板, 其空间坐标精度需严格控制。张拉端的垫板应垂直索轴线以免影响拉索施工和结构受力;千斤顶张拉过程中油压应缓慢、平稳并且控制锚具回缩量;千斤顶与油压表需配套校验, 标定数据的有效期在6个月以内, 严格按照标定记录, 计算与索张拉力一致的油压表读数, 并依此读数控制千斤顶实际张拉力;张拉过程中每个张拉点由一至两名工人看管, 每台油泵均由一名工人负责, 并由一名技术人员统一指挥、协调管理;拉索张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工;拉索张拉过程中若发现异常应立即暂停, 查明原因进行实时调整。

5 结语

江苏省档案馆工程上部钢结构预应力钢桁架施工技术难度大。基于实践经验及实际工况深入研究大吨位预应力钢桁架结构的安装技术, 研究结果表明, 预应力拉索的布置及内部预应力构件的安装是大吨位预应力桁架结构精细化制作的核心技术, 基于施工总工艺流程的大吨位钢桁架安装及预应力拉索施工技术科学合理、安全可靠, 是工程顺利进行的保证, 解决了省档案馆工程悬臂区域悬挂预应力钢桁架的施工难度大、结构易于变形的技术问题和18榀钢结构体系的稳定性问题, 其工程综合效益良好。

参考文献

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浅谈侧式悬臂堆料机结构及结构优化第2篇

关键词：侧式悬臂堆料机主要结构工作原理结构优化

中图分类号：TH246文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

1.引言

侧式悬臂堆料机广泛应用于水泥、钢铁、冶金、化工、能源等行业中，该设备主要用于对某些均化效果有较高要求的生产原料如钢铁厂的铁粉，水泥厂的石灰石、粘土、磷渣、热电厂的原煤等物料进行预均化处理。

北方重工生产的侧式悬臂堆料机，是二次料场中与取料机配套使用的原料预均化设备，此设备可堆积多种粒度在0～50mm之间的物料，将由来料皮带输送来的物料按照规定的堆料方式均匀的堆积在料场，在此过程中对物料进行预均化处理。

2.主要结构与工作原理：

2.1主要结构

侧式悬臂堆料机（此后简称堆料机）主要由：(1)悬臂部分 (2)导料槽 (3)胶带机 (4)行走机构 (5)来料车 (6)液压系统 (7)照明系统 (8)检测系统 (9)控制室(10)动力电缆卷盘(11)控制电缆卷盘等组成。

2.1.1悬臂架

由两个变截面的工字型梁构成。横向用角钢连接成整体。工字型梁采用钢板焊接成型。悬臂架上安有胶带输送机，胶带机随臂架可上仰、下俯。螺旋拉紧装置设在头部卸料点处，拉紧装置使胶带保持足够的张力。胶带机上设有料流检测装置、打滑检测器、防跑偏等保护装置，胶带机头、尾部设有清扫器。悬臂尾部同时设有配重系统。

悬臂前端垂吊两个料位计，分别为工作检测和极限检测。

悬臂两侧设有走台，走台上铺设钢格板，一直通到悬臂的前端，以备检修、巡视胶带机。悬臂下部设有两处支撑铰点。一处是与行走机构的三角形门架上部铰接，使臂架可绕铰点在平面内回转；另一处是通过球铰与液压缸的活塞杆端铰接，随着活塞杆在油缸中伸缩，实现臂架变幅运动。

液压缸尾部通过球铰铰接在三角形门架的下部。

在悬臂与三角形门架铰点处，设有角度检测限位开关，正常运行时，悬臂在一定角度之间运行；当换堆时，悬臂上升到最大角度。

2.1.2行走机构

由三角形门架和行走驱动装置组成。三角形门架通过球铰与上部悬臂铰接，堆料臂的全部重量施加于三角形门架上。三角形门架一侧与一套驱动装置铰接，另一侧与另一套驱动装置刚性连接。驱动装置实现软起动、延时制动。

三角形门架下部设有平台，用来安装变幅机构的液压站。

行走驱动系统的同步运行是靠结构刚性实现的。车轮架的两端设置缓冲器和轨道清扫器。

在三角形门架的横梁上吊装一个行走限位装置，所有行走限位开关均安装在吊杆上，随堆料机同步行走，以实现堆料机的堆场限位。

2.1.3来料车

等同于一台卸料台车。堆料胶带机从来料车通过，将来料胶带机运来的物料通过来料车卸到悬臂的胶带机上。

来料车由卸料斗、斜梁、立柱等组成。卸料斗悬挂在斜梁前端，使物料通过卸料斗卸到悬臂胶带面上。斜梁由两根工字型梁组成，横向通过两个立柱支撑。立柱之间用卸料车平台连接，卸料车平台和斜梁之间又支撑数根小立柱。这样可保证卸料车的整体稳定性。卸料车平台上安有电气柜、控制室以及电缆卷盘。斜梁上设有胶带机托辊，前端设有卸料改向滚筒，尾部设有防止空车时胶带飘带的压带轮装置。大立柱和小立柱的下端装有行走车轮。

来料车的前端大立柱与行走机构通过牵引杆铰接，使来料车能够随驱动装置同步运行。

2.1.4液压系统

用以实现悬臂的变幅运动。液压系统由液压站和油缸组成，液压站安装在三角形门架下部的平台上，而油缸支撑在门架和悬臂之间。

2.1.5胶带机

整体布置在悬臂架上，传动滚筒设在尾部，改向滚筒设在卸料端，改向滚筒下面设有螺旋拉紧装置，使胶带保持足够的张力。螺旋拉紧装置行程可调。

2.1.6动力电缆卷盘

由单排大直径卷盘、集电滑环、减速器及力矩堵转

电机组成。外界电源通过料场中部电缆坑由电缆通到卷盘上，再由卷盘通到堆料机配电柜。

2.1.7控制电缆卷盘

同样由单排大直径卷盘、集电滑环、减速器及力矩堵转电机组成。主要功能是把堆料机的各种联系反映信号通过多芯电缆与中控室联系起来。

2.2工作原理：

定点堆料时，臂架下俯到合理位置，开始堆料。物料通过来料胶带机转运至悬臂上的胶带机并由悬臂头部卸料，形成圆锥形料堆。在堆料过程中，悬臂根据料堆的高度，每隔一定时间仰起一个角度。当悬臂上仰至上极限时认为该堆点料堆已经达到正常高度，这时，堆料机在该料场内根据预定程序，运行一段距离，悬臂下俯至一个预定的角度，开始在第二点继续进行定点堆料。往复堆料时，悬臂的初始位置为最低点，堆料机通过行走驱动在轨道上往复运动，每走一个行程堆积一层物料，料堆堆到一定高度，悬臂抬升一个角度，往复多次后直到堆到最高点。

3.设备结构优化：

3.1悬臂架

臂架前部侧板开孔，改进后减轻臂架自身重量，减轻配重重量从而降低整机重量，更好的控制重心，提高了设备的使用安全系数。臂架后部由配重箱盛装铸铁配重块改为无配重箱直接悬挂水泥配重块，水泥配重块现场制作，改进后节约设备制造成本及配重的运输成本。

3.2整机走台

整机走台由焊接铺设花纹钢板改为焊接铺设钢格板，改进后视野好，解决了走台上漏料堆积的问题，减小设备风载。

3.3行走车轮材质

行走车轮材质由35SiMn改为ZG310-570，改进后车轮硬度强度不变，成本下降。

3.4卸料斗

卸料斗中加装防堵料检测装置，外壁安装仓壁振动器，改进后可以随时检测卸料斗内部物料流通状态，防止物料堵塞。

3.5胶带机液压张紧

胶带机由机械张紧改为液压张紧，改进后增加了缓冲量修补了由于机械制动带来的撕带，断带等问题。

4、结束语

侧式悬臂堆料机系单件小批量产品,不同用戶的物料、现场布置、使用工况等等都各有不同，针对不同用户的特点可对设备结构和堆料方式进行更改,以满足用户现场的使用的需要。随着用户对设备的要求不断增多，我们的设计技术能力不断提高，设备结构不断优化。现在我们设计的堆料机已达到国际先进水平。突出体现在整体提高了此类设备的使用寿命，提高了设备的自动化程度，确保满足了不同客户对设备工艺性的要求，采用了现代化的检测、控制技术。如何正确操作使用这些设备，关系到能否充分发挥设备的性能，达到预期的设计效果。

参考文献

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大悬臂宽幅箱梁剪力滞分析第3篇

某桥跨径布置为 (120+200+120) m矮塔斜拉桥, 主桥全长440 m。主桥上部结构主梁采用单箱三室大悬臂斜腹板预应力混凝土连续箱梁, 全桥共划分为0号~26号块, 其中0号~1号梁段采用托架现浇, 2号~24号梁段采用悬臂浇筑法施工, 25号块为合龙段, 26号块为边跨支架段。箱梁顶板宽28.0 m, 支点处底板宽12.0 m, 跨中处底板宽13.13 m, 悬臂长度7.0 m, 其中悬臂外边缘3 m为后浇带;跨中设计梁高4.0 m, 支点设计梁高7.5 m, 其中中跨跨中34 m长度范围内为等高段, 其余梁段按1.8次抛物线规律变化;箱梁顶板厚度28 cm;跨中底板厚度32 cm, 支点底板厚度100 cm, 悬浇部分底板厚度按1.8次抛物线规律变化。变截面箱梁尺寸如图1所示。

2 计算模型

2.1 剪力滞

剪力滞在结构工程中是一个普遍存在的力学现象, 具体表现是, 在某一局部范围内, 剪力所能起的作用有限, 所以正应力分布不均匀, 把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。剪力滞后效应在T形、工形和闭合薄壁结构中 (如筒结构和箱梁) 表现得较为典型。

混凝土薄壁箱梁具有结构自重较轻、抗弯抗扭刚度大等较好的空间整体受力性能, 在现代桥梁结构中得到广泛应用。按梁弯曲初等理论的基本假定, 薄壁箱梁在对称荷载作用下弯曲时, 弯曲的法向正应力从翼缘板的一端传递到另一边, 主要是通过腹板的剪切变形来完成的。剪切变形沿翼缘板的分布是不均匀的, 由于这种不均匀性, 弯曲造成了弯曲法向应力的横向分布呈现非均匀的曲线形状。这种由于腹板处剪力流向翼缘板传递的滞后而导致翼缘板法向应力沿横向呈现不均匀分布的现象, 称为“剪力滞效应”[1]。当靠近腹板处翼板中的正应力大于初等梁理论的正应力时, 称之为“正剪力滞效应”, 反之称为“负剪力滞效应”, 如图2所示。

剪力滞系数公式如下[2,3]:λ=考虑剪滞效应所求得正应力按初等梁理论所求得正应力。当λ>1时是正的剪力滞;当λ<1时是负的剪力滞。

2.2 有限元

箱梁横向区域的应力分布只与附近区域的受力状态有关, 采用有限元软件ANSYS建立箱梁跨中节段模型, 在桥梁跨中一边顺桥向截取26.0 m进行计算分析。在局部应力分析中, 有限元模型的边界条件, 应按全桥总体计算得到的内力和位移加在模型上[5]。在箱梁局部分析模型的一端约束所有自由度, 作为固结处理, 另一端施加荷载边界条件。

2.3 荷载工况

荷载工况选取, 工况一:跨中最大悬臂状态, 索力+箱梁自重;工况二:成桥状态, 索力+箱梁自重+二期荷载+梁端轴力。计算结果数据处理采用ANSYS路径操作技术, 沿图1中所示路径1和坐标原点提取顶板中心线处应力;沿图1中所示路径2和坐标原点提取底板中心线处应力, 画出对应应力曲线, 然后对路径进行积分运算求出应力曲线面积, 用应力曲线面积除以顶底板宽度, 得到相似按初等梁理论求得的应力平均值。用顶底板各点实际应力除以其对应的应力平均值, 得到各点剪力滞系数λ, 绘出λ在箱梁顶底板各点的变化曲线[4,5,6]。选取有索区和无索区两个断面进行剪力滞分析, 有索区断面1:距离跨中16 m;无索区断面2:距离跨中4 m。

3 结果分析

从图3~图6可以看出:

1) 有索区箱梁底板剪力滞系数在工况一和工况二作用下几乎一致, 表现为剪力滞系数曲线几乎重叠。有索区箱梁在索力作用下底板剪力滞系数接近于1, 剪力滞效应不明显, 箱梁底板应力分布较为均匀, 箱梁截面底板各部位实际应力接近于初等梁理论应力。

2) 有索区箱梁顶板剪力滞系数在工况一作用下, 箱梁剪力滞非常明显, 由箱梁中间正的剪力滞向悬臂部位变化为负的剪力滞。在工况二作用下, 箱梁顶板剪力滞系数较为均匀, 箱梁顶板应力分布较为均匀, 受力合理。

3) 无索区箱梁底板剪力滞系数在工况一作用下, 箱梁剪力滞非常明显, 剪力滞由跨中负剪力滞经过中腹板变为正的剪力滞, 然后往边腹板衰减为负剪力滞。工况二作用下箱梁底板剪力滞在翼缘板部分表现为负的剪力滞, 在箱梁中间部分表现为正的剪力滞。

4) 无索区箱梁顶板剪力滞系数在工况一作用下, 箱梁剪力滞非常明显, 剪力滞由跨中正的剪力滞经过中腹板变为负的剪力滞;工况二作用下箱梁顶板剪力滞较为均匀, 剪力滞系数接近于1, 在翼缘板部分表现为负的剪力滞, 在箱梁中间部分表现为正的剪力滞。

箱梁在最大悬臂状态, 箱梁轴力较小, 索力布置在箱梁中间, 索力向箱梁边缘传递过程中, 由于剪力滞的存在, 导致箱梁翼缘板压力较小, 翼缘板剪力滞效应最为明显;箱梁在成桥状态, 在轴力作用下, 其截面受纵向力较为均匀, 箱梁顶底板剪力滞效应不是很明显, 翼缘板剪力滞效应较为明显。

4 结语

大悬臂宽幅箱梁梁断面剪力滞效应显著, 宽箱梁的剪力滞要比窄箱梁严重, 由于箱梁纵向力是通过腹板传递给翼缘板的, 当翼缘板增大时, 传力滞后现象就越明显, 剪力滞就越突出。大悬臂宽幅箱梁截面纵向力越小, 箱梁剪力滞系数就变化越大, 截面正应力分布不均匀性越剧烈;宽大翼缘板部位总是箱梁薄弱部位, 剪力滞表现为负, 截面正应力较小。

该桥为减小悬臂剪力滞效应影响, 设计中悬臂设置3 m后浇筑段, 后浇段滞后三个梁段施工。设置后浇带可弱化轴力剪力滞效应, 明晰结构受力机理, 承担荷载以先浇主梁为主, 滞后的现浇带为辅, 同时便于施工。

摘要：采用有限元软件ANSYS建立矮塔斜拉桥跨中箱梁局部有限元模型, 结合总体计算情况, 对结构在不同加载工况下的薄壁箱梁的剪力滞效应进行计算分析, 分析了箱梁受力, 得到了其剪力滞分布状况, 供设计人员参考。

关键词：箱梁,剪力滞,有限元,计算分析

参考文献

[1]张士铎, 邓小华, 王文州.箱形薄壁梁剪力滞效应[M].北京:人民交通出版社, 1998.

[2]王忠, 彭大文.预应力对箱梁剪力滞效应的影响分析[J].工程力学, 1998 (sup) :449-453.

[3]彭大文, 王忠.连续弯箱梁桥剪力滞效应分析和实用计算法研究[J].铁道标准设计, 1998, 11 (3) :41-49.

[4]刘士忠, 刘丽.高墩大跨曲线刚构桥箱梁剪力滞效应研究[J].中国公路学报, 2008 (9) :57-60.

[5]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社, 2007.

大悬臂结构第4篇

关键词：大跨度预应力；混凝土施工；桥梁悬臂

1 大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工特点分析

悬臂浇筑又称为挂篮法、吊篮法和无支架平衡伸臂法，在桥梁施工工程中起着十分重要的作用，在整个工程中通过墩顶段为始端，经过立模、浇筑混凝土和张拉预应力钢筋等方式逐渐的施工建筑合拢，形成整桥。

①在大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中，预应力混凝土对整个施工过程的结构受力状态是非常有利的，有利于桥梁工程的悬臂施工。在桥梁工程进行悬臂施工时，桥梁工程整体受力和悬臂施工的受力是成比例的。②通过运用悬臂施工，在桥梁施工过程中可以不用支架，这样有利于建筑环境整洁，另外占据建筑空间比较小，有效的保证了现场交通和整体交通运行。③在桥梁建筑施工的过程中，通过这种悬臂施工的方法，结构相对比较简洁，节省材料，悬臂施工运用的成本相对比较低，能够有效的节省了工程的开支，降低了施工的费用，能够最大限度的降低工程的整体造价。④有利于施工作业。在桥梁建筑施工过程中，由于桥梁建筑悬空的特殊性质，使得在通过大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中，有效的在每一个工作环节都能够在挂篮内进行施工，例如建模、钢筋绑扎、混凝土建筑以及预应力钢束张拉等工程都可以在内部进行施工，有效的避免了桥梁建筑施工工程受到环境的制约，最大限度的提高了建筑工程施工的连续性，提高了建筑工程施工的效率。⑤有利于变高度箱梁施工。由于大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工，可以将梁体设计成变高度梁，采用分段施工的方法，有利于打造美观、轻巧的桥梁建筑，桥梁结构美观大方。⑥具有很高的安全性和可靠性。在桥梁建筑施工过程中，由于建筑的多样化以及分段施工的阶段性，这种方法在建筑的过程中能够反复使用，最大限度的保证施工人员的安全。

2 悬臂浇筑施工预应力混凝土连续桥梁的问题

2.1 施工过程中的安全性和稳定性

施工安全和稳定是一项工程的核心部分。但是在桥梁施工过程中，尤其在使悬臂工作阶段，会由于各种因素出现偏载的现象，或者由于受到环境的影响，使得悬臂出现不平衡弯矩的情况。因此，在实际施工过程中，需要敦梁固结外，需要采用相对应的措施来避免出现不平衡弯矩现象，保障施工的整体安全和稳定。

2.2 严格控制梁体的几何位置在大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中，对标高进行合理的控制是十分必要的，这就需要在施工中进行合理的计算，严格的控制测量监控，严格的控制梁体的几何位置，避免出现偏差，更好的指导施工，最大限度的保障桥梁的施工能够满足设计的要求。

2.3 保证混凝土的浇筑质量桥梁建筑施工过程中，混凝土的应用占据着十分重要的位置，其中，现浇混凝土的质量容易受到各种因素的影响，使得混凝土的浇筑质量不达标。在悬臂施工中，在高空中作业更加容易受到其他因素的影响，为了保障混凝土施工建筑质量，需要在设计和施工中对每一个环节进行充分的考慮，避免出现误差。

3 大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工质量控制措施探讨

3.1 预应力的控制在整个桥梁建筑施工工程中，预应力对桥梁的作用影响相对比较大，为了有效的保证桥梁工程的整体质量，需要严格的控制预应力大小。在施工过程中，施加预应力是根据设计图纸的数据参数进行施加的。这就需要严格的控制设计图纸的参数问题，需要通过正确的施工方式，采用张拉钢束进行施工。但是要想控制预应力，需要施工单位在施工的过程中严格的掌控张拉设备的精确度，保障钢束弹性模量的精确度，张拉钢束在施工之前需要进行定期的检查，保障施工的精确度，能够正确的运用钢束的弹性模量进行施工，在此过程中需要严格的控制管道摩阻，有效的避免预应力出现误差。

3.2 混凝土弹性模量的控制在桥梁施工过程中，桥梁的形体状态是否美观，在一定程度上决定于混凝土的弹性模量。混凝土的弹性模量作为一个十分重要的参数。但是在实际施工的过程中，由于施工环境的影响，或者受到企业因素的制约，在相同环境中配备出的混凝土强度和弹性模量是不相同的。为了有效的提高桥梁的施工质量，需要有效的提高混凝土的强度和弹性。在整体施工环节中，需要针对混凝土的施工弹性模量进行定期的测试，不断的修正模型参数，这样能够最大限度控制混凝土的弹性模量。为了保证施工安全，需要施工单位必须严格的按照参数进行修改，反复的进行测验，保证混凝土的质量。

3.3 混凝土容量的控制由于在整体的桥梁施工过程中，混凝土占据着十分重要的位置，为了最大限度的降低混凝土重量出现误差，需要施工单位在进行模拟分析时，需要保障模型中的混凝土方量与设计相同。但是在实际施工过程中，由于在施工中的立模、灌注以及钢筋绑扎等环节存在着一定的误差，使得节段混凝土的真实重量和模型是有一定区别的。需要每一个阶段施工之后，通过相关人员的定期检测，通过对比识别出节段混凝土的真实重量，最大限度的实现混凝土的等效容量，设计合理的模型，保证数据的真实有效。

3.4 对其他影响分析在桥梁施工过程中，结构参数对整个建筑工程的作用非常显著，需要在施工之间针对具体的施工进行结构参数分析。对建筑的结构界面尺寸要严格的掌控，避免出现误差。对建筑材料的弹性模量要严格的把关。另外，施工工艺和施工监测也是非常重要的，需要严格的控制，从根本上进行控制分析，温度的变化对桥梁结构的受力影响也比较大，需要在特定的温度下进行施工。

4 结束语

总而言之，随着我国科学技术的不断发展，在进行大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂施工阶段，需要根据桥梁悬臂的具体特点以及重要影响因素进行分析，合理的控制施工质量，严格把关，提高桥梁悬臂施工工艺水平。

参考文献：

[1]徐玉杰.预应力混凝土连续梁桥施工控制[D].合肥工业大学，2013.

[2]祝和意.预应力混凝土连续刚构桥施工控制研究[D].长安大学，2010.

[3]肖成忠.大跨径预应力混凝土连续梁桥施工控制研究[D].沈阳建筑大学，2013.

悬臂挂篮结构支柱强度有限元分析第5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.

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[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.