CN102677624A - U型渡槽仿真试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种U型渡槽仿真试验装置，包括外模、内模系统，内模系统中，内模活动吊挂在一部分位于外模内的内梁上，位于外模一端外侧设有多个轨道支墩，轨道支墩上安装有轨道组合钢梁，轨道组合钢梁上安装有内模安装轨道；内梁由安装在内模安装轨道上的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿支撑；门架梁通过竖向调整拉杆与外肋的上端连接，外肋的开口之间安装有横向拉杆，外肋下方的平段底部与基础支墩之间设有方木支撑体和支撑卸荷装置；外模安装在多个外肋的“U”形空间内。本发明可以实现大型U型渡槽仿真试验浇筑，解决了渡槽仿真试验组合钢模施工技术难题，且由于利用了造槽机的外模、内模系统，以较低的成本实现大型U型渡槽的仿真试验。

Description

U型渡槽仿真试验装置及方法

技术领域

本发明涉及水利工程大型U型渡槽施工领域，尤其是用于缺乏现有经验数据的大尺寸渡槽领域，为获取相关数据而采用的U型渡槽仿真试验装置及方法。本发明也可以实用于水利工程大型渡槽施工。 

背景技术

某水利工程的渡槽槽身为相互独立的3槽预应力混凝土U型结构、共18跨总计54段渡槽，渡槽单跨长度40m、内空尺寸长×宽×高为40.0m×9.0m×7.23m， U型渡槽壁厚350mm为后张法三向预应力薄壁渡槽、槽身上部设计有17根钢筋混凝土拉梁。渡槽总重1600吨约640方混凝土。由于渡槽单跨长度与体型过大、结构复杂、槽身重量超过1600余吨，况且还要跨越河流、故渡槽槽身混凝土浇筑施工技术方案、拟选定在已浇筑完成的槽墩上、利用槽墩作为支撑体系、在槽墩上架设造槽机，在造槽机外模内绑扎钢筋安装钢铰线、采用现浇法完成槽身混凝土浇筑。 

渡槽体积重量太大、跨度太长结构复杂、目前世界上还没有此类型的特大U型薄壁渡槽的资料，国内肯定是第一大跨度的U型渡槽，由于没有此类型设计经验供参考、设计方要求在地面先做一跨渡槽的1：1仿真试验段、以便获得相关试验数据验证设计参数后、才能准许在槽墩上用造槽机浇筑槽身结构混凝土。 

渡槽仿真试验槽身结构如图1-4所示、试验段渡槽结构与主体工程渡槽结构相同，单跨渡槽槽身混凝土计算重量约1600吨（含17根钢筋混凝土预制拉梁重约95吨、钢筋重约100吨，钢铰线重约35吨），混凝土方量约640方，估算内外组合钢模的重量400吨，综合重量超过2000吨，假设渡槽两端的槽墩各承担250吨，余下1500吨将全部由外模机构承担，为了浇筑这一跨仿真试验槽身就必须有一套组合钢模、另外设计加工一套仿真试验段渡槽槽身组合钢模、费用约600万，最快也需4个月才能加工制作时间，由于花费时间较多，且试验段组合钢模只能使用一次就报废、不经济，浪费较大。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种U型渡槽仿真试验装置，可以实现大型U型渡槽的仿真试验施工，本发明的另一目的是提供一种采用上述的装置进行仿真试验的方法，可以利用造槽机的外模、内模系统，以较低的成本实现大型U型渡槽的仿真试验。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种U型渡槽仿真试验装置，包括外模、内模系统，内模系统中，内模活动吊挂在一部分位于外模内的内梁上， 

位于外模一端外侧设有多个轨道支墩，轨道支墩上安装有轨道组合钢梁，轨道组合钢梁上安装有内模安装轨道；

内梁由安装在内模安装轨道上的第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿支撑；

设有多个门架梁，门架梁通过竖向调整拉杆与外肋的上端连接，外肋的开口之间安装有横向拉杆，外肋下方的平段底部与基础支墩之间设有方木支撑体和支撑卸荷装置；

外模安装在多个外肋的“U”形空间内。

所述的支撑卸荷装置中，卸荷座具有一上端面开放的腔体，腔体内设有石英砂，活动压盖活动安装在卸荷座上端，活动压盖的一部分位于腔体内，并与腔体内壁形成滑动配合，卸荷座的侧壁设有与腔体连通的螺纹孔，螺纹孔内安装有卸荷螺栓。 

外肋上的载荷主要由支撑卸荷装置承载，竖向调整拉杆主要用于调整外肋的位置。

所述的门架梁和轨道组合钢梁采用贝雷组合钢梁制成。 

所述的第四支腿为固定式，位于内梁下靠近外模的一端； 

所述的第三支腿为上端滚动下端固定式，位于内梁下的中部；

所述的第二支腿为上端滚动下端固定式，位于内梁下靠近内模安装轨道的一端的内侧；

所述的第一支腿为下端滚动上端固定式，位于内梁下靠近内模安装轨道的一端的外侧。

所述的多个外肋下方的基础支墩由位于外模两端的第一支墩、第二支墩和多个钢支墩组成。 

一种应用上述的装置进行U型渡槽仿真试验的方法，包括以下步骤： 

一、利用造槽机的外模、外肋组成承重组合钢模；

在外模上方搭设多个门架梁，以竖向调整拉杆连接外肋上端，在外肋开口之间安装横向拉杆，在外肋下方的平段底部安装支撑卸荷装置和方木支撑体，并将外模安装到多个外肋的“U”形空间内；

二、安装内模系统；

铺设内模安装轨道，在内模安装轨道上安装内梁，在内梁下方设置第一支腿、第二支腿、第三支腿和第四支腿，将内模吊挂在内梁上；

三、组模；

当外模内的钢筋钢铰线安装绑扎完毕后，将内模沿内模安装轨道驶入到外模内，以内模的液压启闭模板，自行过跨行走；调整好内模的结构尺寸、安装好内模和外模两端的端头模板）、将渡槽顶部的混凝土预制拉梁吊装到位；

四、浇筑；

五、张拉；

六、拆模；

通过上述步骤实现U型渡槽仿真混凝土浇筑试验。

在张拉步骤中，当槽身的混凝土达到强度要求后，张拉纵、环向钢铰线； 

优化的方案中，在步骤六中，操作内梁吊挂内模由槽身内向外驶出，在内模的安装位上拆除内梁，操作外肋下的支撑卸荷装置卸荷并拆除支撑卸荷装置，拆除外肋，分段分块拆除外模；

卸荷时，拧出卸荷螺栓，使支撑卸荷装置的卸荷座腔体内的石英砂流出，活动压盖下行，槽身落在第一支墩和第二支墩上，从而拆除支撑卸荷装置。

仿真试验中的槽身结构与渡槽工程跨的槽身结构其外型与尺寸完全相同、利用造槽机组合钢模外模系统作为仿真试验段的外模，如能解决U型外肋上部受力状况及整体稳定性与竖向支撑卸荷问题，解决内模从仿真试验段的槽身外驶入并能自行退出的技术问题、则渡槽1：1仿真试验段槽身结构浇筑施工应该是可行的。 

仿真试验的外模系统只利用造槽机的外肋与外模，不安装外主梁、联系梁、主支腿和行走轮箱以及电控及液压系统等，外模与外肋下端联接法兰的拉紧螺栓要求全部紧固到设计拉力，U型外肋的上口用横向拉杆对拉连接接，竖直方向用竖向调整拉杆将外肋吊挂在门架梁下，在外肋下安装支撑卸荷装置，确保渡槽浇筑过程中产生的2000吨施工荷载由外肋下端设置的基础支墩承担，门架梁只起吊挂稳定外肋，以及调整外肋位置的作用。 

内模系统吊挂支撑在内梁上，内模系统有独立的电控行走及液压启闭模板机构，依托支腿上的轮箱与内模安装轨道，内模可以吊挂在内梁上自行过跨行走，当外模内的钢筋钢铰线安装绑扎完毕后、内梁吊挂内模系统从外侧驶入外模中，实现槽身混凝土浇筑施工。当槽身混凝土浇筑完毕预应力张拉等工序施工完成后，内梁吊挂内模系统退出槽身在外拆除，拆除安装在外肋下的支撑卸荷装置。能很方便拆除组合钢模中的外模系统。 

本发明提供的一种U型渡槽仿真试验装置及方法，可以实现大型U型渡槽仿真试验浇筑，由于外肋上端通过竖向调整拉杆吊挂在门架梁下，稳定安全牢靠，槽身与组合钢模的重量通过基础支墩和支撑卸荷装置传力至地面、重量传递力点明确。外肋下安装的支撑卸荷装置使外模安装拆除简单方便，内梁吊挂内模可以自行进出外模空间内、操作省工省时安全经济。本发明解决了渡槽仿真试验组合钢模施工技术难题，取得很好的经济效益，具有很大技术经济优势。且由于利用了造槽机的外模、内模系统，以较低的成本实现大型U型渡槽的仿真试验。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明： 

图1为本发明中渡槽结构的主视图。

图2为图1的C向视图。 

图3为图1的A-A剖视图。 

图4为图2的B-B剖视图。 

图5为本发明中门架梁和外模的安装横截面示意图。 

图6为本发明中门架梁的侧视图。 

图7为本发明的整体结构示意图。 

图8为本发明中门架梁、外模和内模系统的安装横截面示意图。 

图 9为本发明中支撑卸荷装置的结构示意图。 

图中：第一支墩1，支撑卸荷装置2，方木支撑体3，第二支墩4，轨道支墩5，轨道组合钢梁6，内模安装轨道7，第一支腿8，内梁9，第二支腿10，内模11，第三支腿12，外肋13，外模14，门架梁15，垫板16，竖向调整拉杆17，横向拉杆18，槽身19，混凝土预制拉梁20，第四支腿21，封头22，卸荷螺栓23，石英砂24，活动压盖25，卸荷座26。 

具体实施方式

如图1-4中，试验段1：1仿真试验渡槽槽身19长40m、内空尺寸长×宽×高为40.0m×9.0m×7.23m， 渡槽槽身19结构为U型钢筋混凝土后张法三向预应力薄壁渡槽、U型渡槽壁厚350mm、重1600吨、槽身19两端设有第一支墩1和第二支墩4、两侧有封头22，槽身上部设计有17根混凝土预制拉梁20。 

如图7中，一种U型渡槽仿真试验装置，包括外模14、内模系统，内模系统中，内模11活动吊挂在一部分位于外模14内的内梁9上， 

位于外模14一端外侧设有多个轨道支墩5，轨道支墩5上安装有轨道组合钢梁6，轨道组合钢梁6上安装有内模安装轨道7；

内梁9由安装在内模安装轨道7上的第一支腿8、第二支腿10、第三支腿12和第四支腿21支撑。

如图3中，所述的第四支腿21为固定式，位于内梁9下靠近外模14的一端； 

所述的第三支腿12为上端滚动下端固定式，位于内梁9下的中部；

所述的第二支腿10为上端滚动下端固定式，位于内梁9下靠近内模安装轨道7的一端的内侧；

所述的第一支腿8为下端滚动上端固定式，位于内梁9下靠近内模安装轨道7的一端的外侧。

如图5-6中，设有多个门架梁15，门架梁15通过竖向调整拉杆17与外肋13的上端连接，竖向调整拉杆17上还设有用槽钢制成的垫板16，以确保竖向调整拉杆17与门架梁15的连接可靠。本例中门架梁15为6个。 

外肋13的开口之间安装有横向拉杆18，外肋13下方的平段底部与基础支墩之间设有方木支撑体3和支撑卸荷装置2；方木支撑体3的枕木尺寸依木料材质需定，一般用长度约600mm-800mm、断面尺寸为200mm×200mm的硬杂木为宜。 

所述的多个外肋13下方的基础支墩由位于外模14两端的第一支墩1、第二支墩4和多个钢支墩组成。 

外肋13上的载荷主要由支撑卸荷装置2、方木支撑体3和基础支墩承载后导入大地，竖向调整拉杆17主要用于调整外肋13的位置。 

如图8中，外模14安装在多个外肋13的“U”形空间内。 

如图9中，所述的支撑卸荷装置2中，卸荷座26具有一上端面开放的腔体，腔体内设有石英砂24，活动压盖25活动安装在卸荷座26上端，活动压盖25的一部分位于腔体内，并与腔体内壁形成滑动配合，卸荷座26的侧壁设有与腔体连通的螺纹孔，螺纹孔内安装有卸荷螺栓23。 

如图5-8中，所述的门架梁15和轨道组合钢梁6采用贝雷组合钢梁制成。 

一种应用上述的装置进行U型渡槽仿真试验的方法，包括以下步骤： 

一、利用造槽机的外模14、外肋13组成承重组合钢模；

在外模14上方搭设多个门架梁15，本例中，以造槽机外肋13之间的间距尺寸为标准布置6组贝雷组合钢梁制成的组合门架梁15。将外肋13下端法兰对齐后用螺栓牢固的联接，以竖向调整拉杆17连接外肋13上端，将外肋13吊挂在门架梁15的下方，在竖向调整拉杆17上设有槽钢制成的垫板16，以利于受力。在外肋13开口之间安装横向拉杆18，在外肋13下方的平段底部安装支撑卸荷装置2和方木支撑体3，当6组外肋13都安装完成，结构尺寸也调整到位后，并将外模14安装到多个外肋13的“U”形空间内；当支撑卸荷装置全部安装就位后、就可以在外模内绑扎钢筋、安装钢铰线等，以减少门架梁15的受力状况。

二、安装内模系统； 

铺设轨道支墩5、轨道组合钢梁6和内模安装轨道7，在内模安装轨道7上安装内梁9，在内梁9下方如图7中所示设置第一支腿8、第二支腿10、第三支腿12和第四支腿21，将内模11吊挂在内梁9上；

三、组模；

当外模14内的钢筋钢铰线安装绑扎完毕后，将内模11沿内模安装轨道7驶入到外模14内，以内模11的液压启闭模板，自行过跨行走；调整好内模11的结构尺寸、安装好内模11和外模14两端的端头模板、将渡槽顶部的17根混凝土预制拉梁20吊装到位；

四、浇筑；

五、张拉；当槽身19的混凝土达到强度要求后，张拉纵、环向钢铰线；

六、拆模；

通过上述步骤实现U型渡槽仿真混凝土浇筑试验。

优化的方案中，在步骤六中，操作内梁9吊挂内模11由槽身19内向外驶出，在内模11的安装位上拆除内梁9，操作外肋13下的支撑卸荷装置2卸荷并拆除支撑卸荷装置2，拆除外肋13，分段分块拆除外模14； 

卸荷时，拧出卸荷螺栓23，使支撑卸荷装置2的卸荷座26腔体内的石英砂24流出，活动压盖25下行，槽身19落在第一支墩1和第二支墩4上，从而拆除支撑卸荷装置2。

Claims (10)

1.一种U型渡槽仿真试验装置，包括外模（14）、内模系统，内模系统中，内模（11）活动吊挂在一部分位于外模（14）内的内梁（9）上，其特征是：

位于外模（14）一端外侧设有多个轨道支墩（5），轨道支墩（5）上安装有轨道组合钢梁（6），轨道组合钢梁（6）上安装有内模安装轨道（7）；

内梁（9）由安装在内模安装轨道（7）上的第一支腿（8）、第二支腿（10）、第三支腿（12）和第四支腿（21）支撑；

设有多个门架梁（15），门架梁（15）通过竖向调整拉杆（17）与外肋（13）的上端连接，外肋（13）的开口之间安装有横向拉杆（18），外肋（13）下方的平段底部与基础支墩之间设有方木支撑体（3）和支撑卸荷装置（2）；

外模（14）安装在多个外肋（13）的“U”形空间内。

2.根据权利要求1所述的一种U型渡槽仿真试验装置，其特征是：所述的支撑卸荷装置（2）中，卸荷座（26）具有一上端面开放的腔体，腔体内设有石英砂（24），活动压盖（25）活动安装在卸荷座（26）上端，活动压盖（25）的一部分位于腔体内，并与腔体内壁形成滑动配合，卸荷座（26）的侧壁设有与腔体连通的螺纹孔，螺纹孔内安装有卸荷螺栓（23）。

3.根据权利要求1或2所述的一种U型渡槽仿真试验装置，其特征是：外肋（13）上的载荷主要由支撑卸荷装置（2）承载，竖向调整拉杆（17）主要用于调整外肋（13）的位置。

4.根据权利要求1所述的一种U型渡槽仿真试验装置，其特征是：所述的门架梁（15）和轨道组合钢梁（6）采用贝雷组合钢梁制成。

5.根据权利要求1所述的一种U型渡槽仿真试验装置，其特征是：所述的第四支腿（21）为固定式，位于内梁（9）下靠近外模（14）的一端；

所述的第三支腿（12）为上端滚动下端固定式，位于内梁（9）下的中部；

所述的第二支腿（10）为上端滚动下端固定式，位于内梁（9）下靠近内模安装轨道（7）的一端的内侧；

所述的第一支腿（8）为下端滚动上端固定式，位于内梁（9）下靠近内模安装轨道（7）的一端的外侧。

6.根据权利要求1所述的一种U型渡槽仿真试验装置，其特征是：所述的多个外肋（13）下方的基础支墩由位于外模（14）两端的第一支墩（1）、第二支墩（4）和多个钢支墩组成。

7.一种应用权利要求1-6任一项所述的装置进行U型渡槽仿真试验的方法，其特征是包括以下步骤：

一、利用造槽机的外模（14）、外肋（13）组成承重组合钢模；

在外模（14）上方搭设多个门架梁（15），以竖向调整拉杆（17）连接外肋（13）上端，在外肋（13）开口之间安装横向拉杆（18），在外肋（13）下方的平段底部安装支撑卸荷装置（2）和方木支撑体（3），并将外模（14）安装到多个外肋（13）的“U”形空间内；

二、安装内模系统；

铺设内模安装轨道（7），在内模安装轨道（7）上安装内梁（9），在内梁（9）下方设置第一支腿（8）、第二支腿（10）、第三支腿（12）和第四支腿（21），将内模（11）吊挂在内梁（9）上；

三、组模；

当外模（14）内的钢筋钢铰线安装绑扎完毕后，将内模（11）沿内模安装轨道（7）驶入到外模（14）内，以内模（11）的液压启闭模板，自行过跨行走；调整好内模（11）的结构尺寸、安装好内模（11）和外模（14）两端的端头模板、将渡槽顶部的混凝土预制拉梁（20）吊装到位；

四、浇筑；

五、张拉；

六、拆模；

通过上述步骤实现U型渡槽仿真混凝土浇筑试验。

8.根据权利要求7所述的一种方法，其特征是：在张拉步骤中，当槽身（19）的混凝土达到强度要求后，张拉纵、环向钢铰线。

9.根据权利要求7所述的一种方法，其特征是：在步骤六中，操作内梁（9）吊挂内模（11）由槽身（19）内向外驶出，在内模（11）的安装位上拆除内梁（9），操作外肋（13）下的支撑卸荷装置（2）卸荷并拆除支撑卸荷装置（2），拆除外肋（13），分段分块拆除外模（14）。

10.根据权利要求9所述的一种方法，其特征是：卸荷时，拧出卸荷螺栓（23），使支撑卸荷装置（2）的卸荷座（26）腔体内的石英砂（24）流出，活动压盖（25）下行，槽身（19）落在第一支墩（1）和第二支墩（4）上，从而拆除支撑卸荷装置（2）。

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