CN107938516A - V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法 - Google Patents

V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法 Download PDF

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    • E01D21/00Methods or apparatus specially adapted for erecting or assembling bridges

Abstract

本发明涉及桥梁结构施工的技术领域,公开了V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,首先,解除斜腿与临时支撑设施之间可能存在的固结装置;其次,以交替分级的方式逐步拆除斜腿临时支撑设施,直至全部临时支撑设施的拆除;最后,张拉完成全部的拉板预应力。本发明基于V形墩在张拉拉板预应力和拆除斜腿临时支撑设施这两个工况下的受力分析,提出了采用交替分级的方法逐步拆除斜腿临时支撑设施,并明确了分级的标准,此外还指出在临时支撑拆除过程中需重点监测的应力变化关键截面,对类似结构临时支撑设施的拆装施工方案具有工程指导意义。

Description

V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法
技术领域
[0001] 本发明属于桥梁结构施工领域,涉及临时支撑设施的拆除方法,尤其涉及V形墩结 构斜腿临时支撑设施的安全拆除方法。
背景技术
[0002] V形墩具有稳定性好、刚度大和美观等特性,且能有效减小桥梁跨度,近年来在桥 梁工程中得到了广泛地应用。基于受力均衡、施工便利等考虑,V形墩多采用对称形,本发明 亦主要针对对称形V形墩结构。
[0003] V形墩结构施工复杂,且过程中体系发生转换,理论计算分析难度大,是桥梁施工 中的重难点之一。这具体体现在:第一,在V形墩结构形成前,斜腿处于悬臂施工状态,为克 服斜腿自重,往往需要庞大复杂的支撑体系。根据支撑体系的不同,V形墩结构的施工方法 可分为满堂支架法、少支架与对拉杆组合施工法和滑膜法等。然而不管哪一种施工方法,支 撑体系都应有足够的强度、刚度和稳定性,以保证斜腿在施工过程中的安全;第二,在拉板 合龙后,体系完成转换,斜腿临时支撑设施的拆除,相当于将其自重全部作用于整个V形墩 结构这一超静定结构体系上。由力学分析可知,此时结构受力将发生三方面变化,一是拉板 将承受拉力,其压应力储备减少;二是斜腿根部截面受负弯矩作用,其截面上缘压应力储备 减少;三是斜腿顶部附近截面受正弯矩作用,其截面下缘将产生较大拉应力。
[0004] 然而,在V形墩结构实际施工过程中,大多的注意力被放在了拉板合龙前,即认为 此时稳定结构未形成,因此斜腿存在较大安全风险,当拉板合龙后,稳定V形墩结构体系形 成,即认为安全风险消除,从而忽略了在临时支撑设施拆除后结构受力发生的变化。所以在 斜腿临时支撑设施拆除时未制定详细的施工方案,带有随意性和盲目性,如此则可能会产 生严重后果,包括拉板拉应力储备不足、斜腿根部或顶部附近截面出现开裂等。
发明内容
[0005] 本发明目的是提供一种V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,保证V形墩结 构在临时支撑设施拆除过程中的结构安全。
[0006] 本发明是这样实现的,V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,包括以下步 骤:
[0007] 1)、解除斜腿临时支撑设施与斜腿之间可能存在的固结装置,目的是避免临时支 撑设施对拉板预应力张拉的抵消作用,使得拉板预应力可以有效施加到拉板上;
[0008] 2)、先进行所述拉板预应力的张拉,然后在拆除所述斜腿的所述临时支撑设施,若 有必要,需交替分级进行,即先张拉部分所述拉板预应力,然后在拆除所述斜腿一部分的所 述临时支撑设施,循环直至所述斜腿全部所述临时支撑设施的拆除;分级的标准是需同时 满足以下两个条件:①所述斜腿根部截面上缘应力在张拉所述拉板预应力和所述斜腿临时 设施拆除这两个工况下的变化幅值大致相同(张拉所述拉板预应力时该位置出现压应力, 所述斜腿临时设施拆除时该位置出现拉应力,即这两个工况下的拉压应力幅值保持相同), 且不宜出现拉应力,或者仅允许出现不超出材料允许抗拉强度的拉应力;②所述斜腿顶部 截面下缘在张拉所述拉板预应力和拆除所述斜腿临时设施过程中不宜出现拉应力,或者仅 允许出现不超出材料允许抗拉强度的拉应力;
[0009] 3)、所述斜腿所述临时支撑设施全部拆除后在进行所述拉板预应力的最终张拉, 即所述斜腿所述临时支撑设施的全部拆除先于所述拉板预应力的最终张拉,原因是所述斜 腿所述临时支撑设施的拆除会引起所述拉板永存预应力的减小,可能导致最终成桥状态所 述拉板的压应力储备不足。
[0010] 作为其他的一种优选实施例,所述第二步骤中所述斜腿根部截面具体位置是:若 所述斜腿采用实腹型截面,则沿斜长距底30cm〜50cm处;若为空腹型截面,则在由实腹变为 空腹位置沿斜长向上30cm〜50cm处;所述第二步骤中所述斜腿顶部截面具体位置根据下式 计算确定(以V形墩所述拉板中点为坐标原点,所述拉板为X轴(向右为正)建立坐标系):
[0011]
Figure CN107938516AD00041
[0012] 其中,正负号分别代表右边和左边所述斜腿的应力监测传感器布设位置;
[0013] 上式中:y0为V形墩结构弹性中心到所述拉板中心的距离,
Figure CN107938516AD00042
λ为 所述斜腿与所述拉板的抗弯刚度比,
Figure CN107938516AD00043
/为所述斜腿与所述拉板的抗拉压刚度比,
Figure CN107938516AD00044
以3为所述斜腿的泊松比;ka、kb分别为所述斜腿和所述拉板的剪应力不均匀系 « 数;Ea、Eb分别为所述斜腿和所述拉板的弹性模量;Ia、Ib分别为所述斜腿和所述拉板的抗 弯惯性矩;Aa、Ab分别为所述斜腿和所述拉板的截面面积;d为所述拉板的长度;h为所述斜 腿底距所述拉板的垂直高度;Θ为所述斜腿倾角。
[0014] 作为其他的一种优选实施例,该方法适用于所述斜腿和所述拉板均为等截面的对 称形V形墩结构。
[0015] 与现有技术相比,目前,V形墩结构施工过程中一般均把重点放在了拉板合龙前, 即临时支撑设施的“安装”过程,而忽视了拉板合龙后临时支撑设施的“拆除”过程,存在的 误区是认为拉板合龙后,V形墩结构即形成了稳定的三角刚构,临时支撑拆除不会对结构产 生影响。然而,经理论计算分析,斜腿临时支撑设施的拆除不仅会对斜腿而且还会对拉板的 受力产生影响,是不容忽视的。本发明基于V形墩在张拉拉板预应力和拆除斜腿临时支撑设 施这两个工况下的受力分析,提出了采用交替分级的方法逐步拆除斜腿临时支撑设施,并 明确了分级的标准,此外还指出在临时支撑拆除过程中需重点监测的应力变化关键截面, 对类似结构临时支撑设施的拆装施工方案具有工程指导意义。
附图说明
[0016] 图1为本发明的实施方案和步骤。
[0017] 图2为V形墩结构斜腿自重对结构影响分析示意图。
[0018] 图3为实施例中的V形墩结构计算示例示意图。
[0019] 图4为实施例中的V形墩结构在斜腿自重荷载作用下的有限元计算结果。
[0020] 图5为V形墩结构拉板预应力对结构影响分析示意图。
[0021] 图6为实施例中的V形墩结构在拉板预应力作用下的有限元计算结果。
具体实施方式
[0022] 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。
[0023 ]本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述 中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用 语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以 根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0024] 以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
[0025] 参照图1 -6所示,为本发明提供较佳实施例。
[0026] 如图1所示,本发明的一种V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,包括以下 步骤:
[0027] 第一步,解除斜腿临时支撑设施与斜腿之间可能存在的固结装置,目的是避免临 时支撑设施对拉板预应力张拉的抵消作用,使得拉板预应力可以有效施加到拉板上。
[0028] 第二步,先进行拉板预应力的张拉,然后在拆除斜腿的临时支撑设施,若有必要, 需交替分级进行,即先张拉部分拉板预应力,然后在拆除斜腿一部分的临时支撑设施,循环 直至斜腿全部临时支撑设施的拆除。分级的标准是需同时满足以下两个条件:①斜腿根部 截面上缘应力在张拉拉板预应力和斜腿临时设施拆除这两个工况下的变化幅值大致相同 (张拉拉板预应力时该位置出现压应力,斜腿临时设施拆除时该位置出现拉应力,即这两个 工况下的拉压应力幅值保持相同),且不宜出现拉应力,或者仅允许出现不超出材料允许抗 拉强度的拉应力;②斜腿顶部截面下缘在张拉拉板预应力和拆除斜腿临时设施过程中不宜 出现拉应力,或者仅允许出现不超出材料允许抗拉强度的拉应力。
[0029] 第三步,斜腿临时支撑设施全部拆除后在进行拉板预应力的最终张拉,即斜腿临 时支撑设施的全部拆除先于拉板预应力的最终张拉,原因是斜腿临时支撑设施的拆除会引 起拉板永存预应力的减小,可能导致最终成桥状态拉板的压应力储备不足。
[0030] 上述的V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,其特征在于,第二步中斜腿根 部截面具体位置是:若斜腿采用实腹型截面,则沿斜长距底30cm〜50cm处;若为空腹型截 面,则在由实腹变为空腹位置沿斜长向上30cm〜50cm处。第二步中斜腿顶部截面具体位置 根据下式计算确定(以V形墩拉板中点为坐标原点,拉板为X轴(向右为正)建立坐标系):
[0031]
Figure CN107938516AD00061
[0032] 其中,正负号分别代表右边和左边斜腿的应力监测传感器布设位置。
Figure CN107938516AD00062
[0033] 式⑴中:y0为V形墩结构弹性中心到拉板中心的距离, /为斜腿 ♦
Figure CN107938516AD00063
Figure CN107938516AD00064
与拉板的抗弯刚度比, η为斜腿与拉板的抗拉压刚度比, 为斜腿的泊 9 松比;ka、kb分别为斜腿和拉板的剪应力不均勾系数;Ea、Eb分别为斜腿和拉板的弹性模量; Ia、Ib分别为斜腿和拉板的抗弯惯性矩;Aa、Ab分别为斜腿和拉板的截面面积;d为拉板的长 度;h为斜腿底距拉板的垂直高度;Θ为斜腿倾角。
[0034] 下面对提出采用交替分级的方法逐步拆除斜腿临时支撑设施的原因进行理论分 析,并给出确定斜腿顶部附近截面具体位置的计算方法。
[0035] (1)斜腿临时支撑设施拆除时V形墩结构受力分析
[0036] V形墩结构拉板合龙后,体系完成转换,斜腿临时支撑设施的拆除,相当于将其自 重全部作用于整个V形墩结构这一超静定结构体系上,计算示意图见附图2。采用弹性中心 法求解对称形V形墩结构在斜腿自重荷载集度q作用下结构内力,将q作用下基本结构内力 列于表1。
[0037] 表I q作用下基本结构的内力表
[0038]
Figure CN107938516AD00065
[0039] 由表1,根据力法典型方程求解赘余力,过程及结果详见表2。
[0040] 表2赘余力计算
[0041]
Figure CN107938516AD00066
[0042]
Figure CN107938516AD00071
[0043] 在求得赘余力xql、xq2、xq3后,可得到V形墩结构拉板和斜腿在自重荷载集度q作 用下任一截面的内力。
[0044] ①拉板上任一点A (X,0)的内力为
Figure CN107938516AD00072
[0048]②左边斜腿上任一点B (x,y)的内力为
Figure CN107938516AD00073
[0053] ③右边斜腿上任一点C (x,y)的内力为
Figure CN107938516AD00074
[0057]
Figure CN107938516AD00081
[0058] 以附图3中的对称形V形墩结构为例,拉板及斜腿均采用Q345钢材,截面都为ImX Im的正方形,假设此时仅有斜腿的自重荷载集度q = 76.98kN/m作用在结构上,计算该荷载 作用下拉板与斜腿的内力,并与有限元分析结果进行对比分析。本发明公式计算结果详见 表3,有限元计算结果详见附图4。
[0059] 表3斜腿自重作用下对称形V形墩结构内力计算结果
[0060]
Figure CN107938516AD00082
[0061] 从表3和附图4可以看出,本发明公式计算的对称形V形墩结构内力与有限元分析 结果完全一致,验证了本发明关于斜腿自重对结构受力影响计算公式的可靠性和正确性, 结合上面的算例还可以得出以下结论:
[0062] 斜腿在本身自重作用下产生弯矩、剪力和轴压力,由式(5)〜式(10),弯矩为X的二 次曲线,剪力和轴力均为X的一次递减函数曲线。根据弯矩、剪力和轴力图的特性,斜腿有两 个关键部位需引起特别注意:一是根部截面,此时负弯矩最大;二是剪力为零处截面,由式 (7)和式(10),即
[0063]
Figure CN107938516AD00083
吐(正负号分 别代表右边斜腿和左边斜腿的值),此时正弯矩达到最大。相对而言,第二个部位更应关注, 原因是根部截面的轴压力更大,可抵消部分弯矩产生的拉应力,这在文献《新光大桥三角刚 架施工过程模型试验及有限元分析》(李跃,古松,卜一之等发表于公路交通科技2008年第2 期)的模型试验结果中也可得到验证。
[0064] (2)张拉拉板预应力时V形墩结构受力分析
[0065] 张拉拉板预应力相当于在V形墩结构拉板两端作用于大小相等、方向相反的两个 水平力F,计算示意图见附图5。采用弹性中心法求解对称形V形墩结构在H作用下结构内力, 将H作用下基本结构内力列于表1。
[0066] 表4 H作用下基本结构的内力表
[0067]
Figure CN107938516AD00091
[0068] 由表4,根据力法典型方程求解赘余力,过程与上相同,不在赘述,在此仅给出H作 用下基本结构的赘余力计算式,分别见式(11)〜式(13)。
Figure CN107938516AD00092
[0071]式(12)中:
Figure CN107938516AD00093
[0076] 在求得单位力下的赘余力χΗ1、χΗ2、χΗ3后,可得到V形墩结构拉板和斜腿在水平力 H作用下任一截面的内力。
[0077] ①拉板上任一点A (X,0)的内力为
Figure CN107938516AD00094
[0081]②左斜腿上任一点B (x,y)的内力为
Figure CN107938516AD00095
[0086]③右斜腿上任一点C(x,y)的内力为
Figure CN107938516AD00096
[0090]
Figure CN107938516AD00101
[0091] 再次以附图3中的对称形V形墩结构为例,假设此时仅有大小相等方向相反的水平 力H= IOOkN作用在拉板的两端,计算该荷载作用下拉板与斜腿的内力,并与有限元分析结 果进行对比分析。本发明公式计算结果详见表5,有限元计算结果详见附图6。
[0092] 表5水平力H作用下V形墩结构内力计算结果
Figure CN107938516AD00102
[0095] 从表3和附图4可以看出,本发明公式计算的对称形V形墩结构内力与有限元分析 结果完全一致,验证了本发明关于拉板预应力作用下结构内力计算公式的可靠性和正确 性。由以上斜腿自重和拉板预应力对V形墩结构内力的影响分析,并结合表3、表5和附图4、 附图6可知,张拉系梁预应力时,系梁压应力增大明显,且斜腿弯矩图与临时支撑设施拆除 时的基本相反,根据叠加原理,以交替分级方式进行V形墩结构斜腿临时支撑设施的拆除将 有利于保证结构各构件处于全截面受压状态,是最为安全的方法。
[0096] 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 (3)

1. V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,其特征在于,包括以下步骤: 1) 、解除斜腿临时支撑设施与斜腿之间可能存在的固结装置,目的是避免临时支撑设 施对拉板预应力张拉的抵消作用,使得拉板预应力可以有效施加到拉板上; 2) 、先进行所述拉板预应力的张拉,然后在拆除所述斜腿的所述临时支撑设施,若有必 要,需交替分级进行,即先张拉部分所述拉板预应力,然后在拆除所述斜腿一部分的所述临 时支撑设施,循环直至所述斜腿全部所述临时支撑设施的拆除;分级的标准是需同时满足 以下两个条件:①所述斜腿根部截面上缘应力在张拉所述拉板预应力和所述斜腿临时设施 拆除这两个工况下的变化幅值大致相同(张拉所述拉板预应力时该位置出现压应力,所述 斜腿临时设施拆除时该位置出现拉应力,即这两个工况下的拉压应力幅值保持相同),且不 宜出现拉应力,或者仅允许出现不超出材料允许抗拉强度的拉应力;②所述斜腿顶部截面 下缘在张拉所述拉板预应力和拆除所述斜腿临时设施过程中不宜出现拉应力,或者仅允许 出现不超出材料允许抗拉强度的拉应力; 3) 、所述斜腿所述临时支撑设施全部拆除后在进行所述拉板预应力的最终张拉,即所 述斜腿所述临时支撑设施的全部拆除先于所述拉板预应力的最终张拉,原因是所述斜腿所 述临时支撑设施的拆除会引起所述拉板永存预应力的减小,可能导致最终成桥状态所述拉 板的压应力储备不足。
2. 根据权利要求1所述的一种V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法,其特征在 于,所述第二步骤中所述斜腿根部截面具体位置是:若所述斜腿采用实腹型截面,则沿斜长 距底30cm〜50cm处;若为空腹型截面,则在由实腹变为空腹位置沿斜长向上30cm〜50cm处; 所述第二步骤中所述斜腿顶部截面具体位置根据下式计算确定(以V形墩所述拉板中点为 坐标原点,所述拉板为X轴(向右为正)建立坐标系):
Figure CN107938516AC00021
其中,正负号分别代表右边和左边所述斜腿的应力监测传感器布设位置;
Figure CN107938516AC00022
上式中:y〇为V形墩结构弹性中心到所述拉板中心的距离: /为所述斜
Figure CN107938516AC00023
* 腿与所述拉板的抗弯刚度比 为所述斜腿与所述拉板的抗拉压刚度比,
Figure CN107938516AC00024
* 为所述斜腿的泊松比;ka、kb分别为所述斜腿和所述拉板的剪应力不均匀系 1 数;Ea、Eb分别为所述斜腿和所述拉板的弹性模量;Ia、Ib分别为所述斜腿和所述拉板的抗 弯惯性矩;Aa、Ab分别为所述斜腿和所述拉板的截面面积;d为所述拉板的长度;h为所述斜 腿底距所述拉板的垂直高度;Θ为所述斜腿倾角。
3. 根据权利要求1-2任意一项所述的一种V形墩结构斜腿临时支撑设施安全拆除方法, 其特征在于,该方法适用于所述斜腿和所述拉板均为等截面的对称形V形墩结构。
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