CN105279311A - 钢箱梁顶推施工管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于建筑工程施工技术领域，提供一种钢箱梁顶推施工管理方法，包括将i阶自振频率的计算模型应用于高架桥桩基础与隧道结构中进行振动影响分析；分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求；当振动影响不大并且胎架结构设计满足要求时，对高架桥箱梁施工进行建模，形成建筑信息管理BIM模型。本发明将BIM建模加入到顶推施工过程中，实现了信息化技术与钢箱梁顶推施工的有机融合。

Description

钢箱梁顶推施工管理方法

技术领域

本发明属于建筑工程施工技术领域，尤其涉及一种钢箱梁顶推施工管理方法。

背景技术

目前在建筑施工方面，一般都是查阅相关资料，通过专家分析是否可以施工，然后绘制施工图纸，工地根据施工图纸对应施工。特别是对于顶推施工工艺，在桥梁建中应用较为广泛。

顶推施工是通过设在墩顶的水平千斤顶施力，使钢箱梁在各墩滑动装置上逐段向前滑动，直到钢箱梁安装就位。钢箱梁采用顶推施工，具有操作方便、安装速度快、经济效益显著等特点，具有很好的推广前景。

由于目前的施工方法不具统筹性，存在很多安全、质量隐患，无法对施工整体结构进行宏观鸟瞰和管理。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种钢箱梁顶推施工管理方法，旨在解决现有钢箱梁顶推施工方案存在很多安全、质量隐患，无法整体管控的技术问题。

所述钢箱梁顶推施工管理方法包括下述步骤：

将i阶自振频率的计算模型应用于高架桥桩基础与隧道结构中进行振动影响分析；

分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求；

当振动影响不大并且胎架结构设计满足要求时，对高架桥箱梁施工进行建模，形成建筑信息管理BIM模型。

进一步的，所述i阶自振频率的计算模型为其中ω_i称为第i阶自振频率，Y_i(x)为高架桥桩基础与隧道结构的第i个主振型。

进一步的，所述分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求步骤具体包括：

建立胎架模型，其中两个胎架的间距为18.7m，胎架支管在两个胎架的中间处；

计算胎架的弯矩、胎架轴力以及柱底垫板的最大应力，判断胎架结构设计是否满足要求。

进一步的，所述分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求步骤之后，还包括：

分析胎架结构对土体的影响。

进一步的，所述BIM模型包括临时支撑模型、高架桥整体模型、钻孔灌注桩配筋模型、斜腹式箱梁钢筋模型、桥面预制钢筋梁模型和施工模拟模型。

本发明的有益效果是：本发明通过通过动力模拟对比分析振动影响，并且建立胎架模型判断设计是否符合要求，最后通过BIM建模，对施工整体结构进行宏观的鸟瞰，可以预先绘出施工完毕后的效果图，通过更改模型的数据，构件各部分也会自动调整，方便快捷，实现了信息化技术与钢箱梁顶推施工的有机融合。

附图说明

图1是本发明实施例提供的钢箱梁顶推施工管理方法的流程图；

图2是高架桥桩基础与隧道振动频率对比图；

图3是胎架模型图；

图4是钢箱梁实际模型的截面图；

图5是钢箱梁实际模型的正视图；

图6是胎架力学分析模型图；

图7是轨承梁截面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的钢箱梁顶推施工管理方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本实施例提供的钢箱梁顶推施工管理方法包括下述步骤：

步骤S101、将i阶自振频率的计算模型应用于高架桥桩基础与隧道结构中进行振动影响分析。

首先建立关于高架桥桩基础与隧道结构的振动方程式：

{F_I}+{F_D}+{F_S}＝{P}(1)

其中{F_I}、{F_D}、{F_S}分别表示整个结构的惯性力、阻尼力和弹性力向量，{P}为外荷载向量。

将其中的惯性力及弹性力向量用加速度与位移向量来表示：

$\left\{F_I\right\}=-\[M\]\left\{\stackrel{\·\·}{X}\left(t\right)\right\}---\left(2\right)$

{F_S}＝-[K]{X(t)}(3)

根据粘滞阻尼理论，阻尼与速度成正比，此时阻尼力向量可以表示为：

$\left\{F_D\right\}=-\[C\]\left\{\stackrel{\·}{X}\left(t\right)\right\}---\left(4\right)$

将式(2)、(3)、(4)带入(1)中，得

$\[M\]\left\{\stackrel{\·\·}{X}\left(t\right)\right\}+\[C\]\left\{\stackrel{\·}{X}\left(t\right)\right\}+\[K\]\left\{X\left(t\right)\right\}=-\left\{P\right\}---\left(5\right)$

当没有外荷载，即{P}为0矩阵，且忽略阻尼时，便得到无阻尼结构自由振动的运动方程：

$\[M\]\left\{\stackrel{\·\·}{X}\left(t\right)\right\}+\[K\]\left\{X\left(t\right)\right\}=\left\{0\right\}---\left(6\right)$

式中：[M]为质量矩阵；[K]为刚度矩阵；[C]为阻尼矩阵；[X]为位移向量；

为速度向量；为加速度向量。

这里令{X(t)}＝{φ}sin(ωt+)(7)

则有：

将(7)、(8)代入(6)中，可得：

([K]-ω²[M]){φ}＝{0}(9)

式(9)称为结构振动的特征方程，需要计算该特征方程的特征值ω_i及其对应的特征向量{φ_i}。式(9)有解的充分必要条件是系数行列式的值为零，即：

|K-ω²M|＝0(10)

式中ω²(设λ＝ω)称为特征根或特征值，它的算术平方根ω_i称为第i阶自振频率，由式(10)可知，高架桥桩基础与隧道结构的固有频率ω_i仅仅取决于结构本身的刚度、质量等物理参数。将全部自振频率按由小到大的次序排列组成的向量称为频率向量，即：

{ω}＝{ω₁、ω₂、......ω_i......ω_n}^T(11)

将第i个自振频率ω_i代入式(9)可得第i振型方程：

[K]{X_i}＝ω_i ²[M]{X_i}(12)

因此结构第i个自振频率ω_i的表达式如下：

${{\mathrm{\ω}}_i}^2=\frac{{\∫}_0^{l}EI{\[{Y_i}^{\′\′}\left(x\right)\]}^{2}dx}{{\∫}_0^l\stackrel{\‾}{m}\left(x\right){\[Y_i\left(x\right)\]}^{2}dx}---\left(13\right)$

式中Y_i(x)为结构的第i个主振型。式(13)表明，自振频率的平方等于两个积分的比值，其中分子与主振型Y_i(x)的应变能有关，而分母与动能有关。

这里定义一个如下比值R(Y)：

${\mathrm{\ω}}^2=R\left(Y\right)=\frac{{\∫}_0^{l}EI{\[Y^{\′\′}\left(x\right)\]}^{2}dx}{{\∫}_0^l\stackrel{\‾}{m}\left(x\right){\[Y\left(x\right)\]}^{2}dx}---\left(14\right)$

比值R(Y)称为瑞利比，在一个具体的实际工程里，EI和都已经给定，则R(Y)的值全由Y(x)来确定。

将上述计算模型应用于高架桥桩基础与隧道结构进行振动影响分析。假设对于一个工程实例，取前几阶动力特性参数，根据上述计算模型计算得到频率对比图如图2所示，计算效果与实际工况较吻，即在开挖施工中，频率在前6阶都为刚体震动，此阶段振型可以忽略不计，但在随后的施工过程中，随着深度的增加，两者频率相差较大，所以不会发生共振，高架桥桩基础与隧道施工都不会有太大影响。

步骤S102、分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求；

本步骤中首先需要建立胎架模型，模型如图3所示，包括位于两侧的胎架以及位于两个胎架中间处的胎架支管，胎架和胎架支管底部均铺设有钢板。根据钢箱梁吊装专项方案，取胎架底部布设井字梁，型号为HW250×250×9×14，材质为Q345B，井字梁底部铺设20*6000*6000mm的钢板，材质为Q345B，单根直管底部设置米字梁，规格同胎架底部一样。胎架模型为LYL4联模型，考虑到顶推施工顺序，结合最不利情况，建模时取LYL4联两个胎架之间的最大距离为18.7m。根据地下土体的地质资料建模时分别取地下土体厚度为2m和5m两个不同的厚度分别进行建模分析。

建模完成后然后计算胎架的弯矩、胎架轴力以及柱底垫板的最大应力。

参照图4和图5所示的钢箱梁实际模型的截面图和正视图，胎架1上设有轨承梁，轨承梁上安装有滑移轨道2，滑移轨道2上设有滚动台车3，滚动台车3上放置钢箱梁节段4。根据最不利情况考虑，取LYL4联中最重的一个节段(LYL4-L4)，重量为687.37t。由于钢箱梁横向是搁置在两边的胎架上，建模分析是只取其中的一半分析，所以相应的阶段重量也取一半为687.37÷2＝343.685t。钢箱梁纵向搁置胎架滑移轨道上，其重量由轨道上的四个滚动台车承受，其力学分析模型如图6所示。将钢箱梁LYL4-L4节段(一半)的重量等分成六份，以集中力作用于轨承梁上，其中每个滚动台车处所承受的集中力为：

两侧台车受力为343.685t÷6＝57.28t，中间台车受力为57.28t×2＝114.56t；考虑到台车重力，两侧台车对轨承梁的压力为F1＝(57.28t+0.2t)×9.8＝561.638KN，中间台车对对轨承梁的压力为F2＝(114.56t+0.2t)×9.8＝1123.37KN。本实施例中，最大正弯矩出现在轨承梁顶端5938mm处，其大小为1.29×10⁹N·mm.最大负弯矩出现在距离梁端为10600mm处，其大小为1.33×10⁹N·mm。

轨承梁为双拼工字型钢，截面如图7所示，由公式可以将截面弯矩转换成弯曲正应力：

$\begin{array}{c}{I}_z=\frac{1}{12}({\mathrm{BH}}^3-{\mathrm{bh}}^3)=\frac{1}{12}\×(200\×{600}^3-(200-11)\×{\left(600-2\×17\right)}^3)\\ =0.74\×{10}^9{\mathrm{mm}}^4\end{array}$

2I_z＝2×0.74×10⁹＝1.48×10⁹mm⁴

$\mathrm{\σ}=\frac{M\·y}{I_z}=\frac{1.33\×{10}^9\×300}{1.48\×{10}^9}269.6N/{\mathrm{mm}}^2$

查钢结构规范：Q345钢材16-40厚抗弯强度为295MPa；

由于σ＝269.6MPa＜295MPa，所以轨承梁的设计满足要求。

最大轴力在胎架支管顶端，其大小为-1132.86KN，两边的胎架所受轴力为524.03KN。另外，底部垫着的钢板知最大应力为11.89MPa＜295MPa，钢板设计尺寸满足要求。

综上所述胎架结构设计满足要求。

作为优选实施方式，还可以分析胎架结构对土体的影响。取地下两米厚的土体进行建模分析，其具体建模尺寸为8000*22700*2000mm，根据土体的地质资料，将土体划分为1000*1000*500mm实体单元进行建模计算。胎架顶部轨承梁有向下的扰度其最大绝对位移为-21.3647mm。胎架底部土体的向下位移为-1.306mm，其最大应力为0.027MPa。土体的应力随着土层的深度逐层衰减，最后一层土体由于建模时对土体下每个单元节点进行固结，所以该层土体的应力变为拉应力，底部土体的最大拉应力为0.013MPa.

步骤S103、当振动影响不大并且胎架结构设计满足要求时，对高架桥箱梁施工进行建模，形成建筑信息管理BIM模型。

设计验证完成后，运用RevitBIM系列软件，可以对高架桥箱梁施工进行建模，形成BIM模型。通过使用RevitStructure软件建立了高架桥各构件模型，钻孔灌注桩配筋模型，可以直接导出钢筋进度信息，钢筋的直径、长度、数量、弯曲角度、厂家等信息的数量一目了然、准确、可靠。根据图形分析的结果，可以为甲方提前拟定一个工程预算和项目结算依据。根据已有的数据和实际的工程进度，BIM可以实现数字一体的管理模式，从而大大提高了预算成本，缩短工期，最大化的建造出项目的工程实际价值。BIM模型包括临时支撑模型、高架桥整体模型、钻孔灌注桩配筋模型、斜腹式箱梁钢筋模型、桥面预制钢筋梁模型和施工模拟模型。通过BIM建模，能对施工整体结构进行宏观的鸟瞰，也能预先绘出施工完毕后的效果图，通过更改模型的数据，构件各部分也会自动调整，方便快捷。

通过BIM还可以对施工进度进行模拟，施工进度可与时一一对照，这样更加方便与比较施工现场进度，也可为现场施工提供预先的施工参考，让工人可以清楚的看到每一个步骤，这样施工起来既保证的施工安全，又保证的施工进度，可谓是以后建筑发展中必不可少的工作了。项目实施模拟施工，一方面可以为工人减轻不必要的工作负担，工序一目了然，节约劳动力；另一方面，还可以对施工中可能出现的紧急情况预先告知，保障了工人的人身安全。根据BIM软件的各项风险分析，可以有效的降低工程危险，提前预知施工危险，告知预防措施，减少返工费用，最大化的控制工程的总价格。

综上，本发明将BIM建模加入到顶推施工过程中，实现了信息化技术与钢箱梁顶推施工的有机融合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钢箱梁顶推施工管理方法，其特征在于，所述方法包括：

将i阶自振频率的计算模型应用于高架桥桩基础与隧道结构中进行振动影响分析；

分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求；

当振动影响不大并且胎架结构设计满足要求时，对高架桥箱梁施工进行建模，形成建筑信息管理BIM模型。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述i阶自振频率的计算模型为其中ω_i称为第i阶自振频率，Y_i(x)为高架桥桩基础与隧道结构的第i个主振型。

3.如权利要求2所述方法，其特征在，所述分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求步骤具体包括：

建立胎架模型，其中两个胎架的间距为18.7m，胎架支管在两个胎架的中间处；

计算胎架的弯矩、胎架轴力以及柱底垫板的最大应力，判断胎架结构设计是否满足要求。

4.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述分析地铁施工后桥梁高胎架稳定性，判断胎架结构是否满足设计要求步骤之后，还包括：

分析胎架结构对土体的影响。

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述BIM模型包括临时支撑模型、高架桥整体模型、钻孔灌注桩配筋模型、斜腹式箱梁钢筋模型、桥面预制钢筋梁模型和施工模拟模型。