三角桁架

三角桁架（精选三篇）

三角桁架篇1

上海青浦区油墩港桥新建工程西起G1501同三国道, 向东沿青浦工业园区, 上跨油墩港航道, 向北并入S26高速公路地面, 主线工程全长680米。桥梁结构工程包括:跨越油墩港航道主桥一座跨径80米的钢管拱桥, 东西侧引桥采用10*30米的小箱梁。

根据上海青浦航道管理部门提供的资料, 油墩港为规划的IV级航道, 目前航道宽度42米, 为满足通航要求, 施工临时便桥必须一跨过河, 通航净宽要求不小于40米, 设计通航最高水位为3.51米, 通航净空不小于5米, 因此通航净空顶面标高不低于8.51米。

2 便桥设计方案的构思

2.1 设计基本资料

(1) 航道部门的要求:通航净宽不小于40m, 净空顶面标高不低于8.51m; (2) 施工通行能力要求:施工设备, 砼运输车, 30m小箱梁运梁车; (3) 便桥使用期:15个月。

2.2 便桥设计方案比选

由于拟建便桥具有跨度和承重荷载均较大的特点, 因此, 对于便桥承重主梁的确定是设计的关键, 施工前比选方案如下: (1) 主梁若采用单层三排321型贝雷, 外加上下加强弦杆, 经计算无法满足运梁车通行要求。如再改成双层或多排贝雷, 则各排贝雷受力均匀程度难以保证, 且投入大, 拼装费时, 成本高, 该方案不可选; (2) 主梁若采用JQ50-180型架桥机主梁, 其特点为整体刚度大, 安装方便, 受力明确, 如能满足承重荷载要求, 该方案较为理想, 初步作为采纳方案。

2.3 便桥结构形式

为避免涉及水上施工, 施工便桥跨径采用单跨48m, 桥面净宽4m, 垂直于航道方向, 航道净宽42m, 便桥底面标高8.51m;两岸便桥桥头设置钢筋混凝土桥台, 桥台背后填土与场内施工便道连接, 便桥总体布置见图1。

便桥具体构造说明如下: (1) 桥面板:12mm花纹钢板; (2) 纵向分配梁:I16工字钢, 间距40cm; (3) 横向分配梁:I40a工字钢, 间距120cm; (4) 主梁:JQ50-180架桥机主梁; (5) 桥台:C30钢筋混凝土桥台; (6) 基础:2根Φ80cm灌注桩基础。便桥断面见图2。

3 便桥计算

受篇幅限制, 本文仅对便桥的上部主梁进行验算。

3.1 便桥计算荷载

(1) 计算荷载分析: (1) 恒载:桥面系自重荷载11.2KN/M, 三角桁架主梁自重荷载12.5KN/M; (2) 活载:a.10m3砼运输车;b.30m小箱梁运梁车。

(2) 轮距及荷载分配: (1) 10m3砼运输车。10m3砼运输车满载重量按照50t (含1.2系数) 计算, 后轴总重取40t, 前轮总重取10t, 经现场实际量取所得运输车轮距及荷载分配见图3所示。 (2) 运梁车。本工程最大梁长30m, 运梁车加上梁重共重120t (含1.2系数) , 后轮总重取70t, 前轮总重50t (含车头) , 经现场实际量取所得运梁车轮距及荷载分配见图4所示。

3.2 主梁验算

(1) 主梁构造。主梁采用JQ50-180型架桥机三角桁架主梁, 单节长度12m, 共4节, 总长48m。三角桁架上弦及下弦采用12mm、16mm、20mm钢板焊接的双工字型截面梁;中间腹杆为12槽钢对焊成的方钢截面杆;底部腹杆为12槽钢, 单节段重量7.5T, 节段之间采用40cr材质销子连接, 其中上弦采用两个直径9cm连接销, 两个下弦各采用两个7cm连接销, 三角桁架构造见图5。

主梁材质为Q345钢材, 容许弯拉应力取1.4*210=294Mpa;主梁节段连接销为40Cr材质, 抗弯许用应力取728Mpa, 抗剪切许用应力270Mpa。

(2) 计算工况及模型: (1) 计算工况。根据现场管理要求, 严禁两辆及以上重型车辆同时通过便桥, 显然当运梁车满载运行时, 主梁承受的荷载较为不利, 则存在以下两种工况:a.当运梁车前、后轮均在便桥上时, 主梁内力随着车辆运行不断变化, 根据车辆轨迹寻找各个轮位的主梁内力最大值。b.当运梁车后轮位于便桥跨中时 (前轮已离开便桥) 。工况示意图如图6所示。 (2) 计算模型:采用迈达斯有限元分析软件建立架桥机三角桁架主梁模型, 模型中各构件及尺寸根据图纸尺寸按照1∶1比列建立。同一个节段内各杆件之间连接条件为刚结;节段之间连接条件为铰结;桁架两端支撑点位置边界条件为铰结, 为简支模式;I40型钢与主梁间连接条件为铰结。

(3) 主梁计算。根据以上分析, 主梁内力计算结果见表1。

由上表可知, 主梁最大内力发生在:当前轮离桥台x=3m时后轮C点轮位。该点最大挠度为9.3cm, 最大应力值为192MPa<294MPa, 主梁强度满足要求。

(4) 主梁连接销验算。由计算结果可知, 上弦最大轴力为2384KN, 下弦最大轴力1210KN, 则:

上弦单个作用点剪力为2384/4=596KN;

剪力τ=N/A=596000N/3.14×452mm=93.7MPa<270MPa;

下弦单个作用点的剪力为1210/4=302.5KN;

剪力τ=N/A=302500N/3.14×352mm=78.6MPa<270MPa。

因此, 上下弦连接销抗剪满足要求。

4 便桥方案的确定

根据上面计算结果, 该便桥主梁采用JQ50-180架桥机三角桁架主梁满足称重荷载要求, 确定该便桥主梁采纳三角桁架主梁。

5 结束语

通过本工程的实践可以看出, 大荷载下大跨径的施工便桥采用架桥机三角桁架作为主梁, 施工方便, 结构受力明确, 而且可以多次重复利用, 经济效益好, 在施工中值得借鉴。

摘要：本文结合上海青浦区油墩港桥新建工程钢便桥的施工, 介绍满足航道通航情况下大跨径大荷载临时钢便桥的搭设方案, 并对钢便桥主梁进行受力验算。

关键词：大跨径,钢便桥,设计,强度验算

参考文献

[1]JTJ 041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范.

[3]GBT 26470-2011架桥机通用技术条件.

三角桁架篇2

1 钢桁架三角形挂篮设计

挂篮由主桁架、前悬吊系统、后悬吊系统、底模平台、模板系统及后锚、行走系统组成。主要构件选用型钢及组成方式分别是:

(1) 主桁架包括上纵梁、立柱、斜杆及横向联接桁架。其中前斜杆、上纵梁、立柱采用2[]40b槽钢;后斜杆采用2[]36b槽钢。上纵梁、立柱及斜杆采用M27高强度螺栓联接, 联接钢板3cm厚。横向联接桁架采用14槽钢焊接。

(2) 前悬吊系统包括前上横梁、前下横梁、操作平台及前吊杆。前上横梁采用2I56b工字钢;前下横梁采用2I36b工字钢;设置6根吊杆, 其中腹板两侧采用Q345钢带, 钢带宽度15cm, 厚度3.2cm和2cm, 其余采用JL32精轧螺纹钢吊杆。

(3) 后悬吊系统包括后下横梁、中上横梁及悬吊系统。后下横梁采用2I36b工字钢, 设置7个吊带。中上横梁采用2I36b工字钢。吊杆系统全部采用JL32精轧螺纹钢。

(4) 底模平台由底模及底纵梁组成。底纵梁采用2][32b槽钢, 腹板位置4道, 底板位置3道。

挂篮构造图如下图1所示:

2 挂篮力学性能分析

2.1 挂篮有限元模型建立

挂篮的力学性能采用空间有限元进行分析。采用大型通用软件Midas, 建立有限元模型如图2所示。

2.2 荷载计算

荷载工况为混凝土自重+挂篮和模板自重+施工荷载, 且混凝土自重取1#梁段的最大自重。分别计算如下:

2.2.1 1#梁段自重

1#梁段各个部位自重计算如下:

2.2.2 施工荷载

模板单侧自重为17.1t, 共计34.2t。

其他施工荷载包括混凝土振捣、冲击荷载及人群、机械等活载, 按恒载 (混凝土、模板自重) 0.2倍计。

2.2.3 风荷载

风荷载计算按50年一遇静风压力计算。结合当地基本风压值所得风荷载标准值为:

风荷载仅在验算挂篮空载行走时的横向稳定性时组合, 组合系数取1.1。

2.3 钢构件强度和稳定性验算

根据规范中压弯构件的强度规定值:

根据规范5.2.4条规定, 弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件, 其弯矩作用平面内和平面外的稳定性计算均与实腹式构件相同。对于双肢组合构件的换算长细比:

主平面内受弯构件抗剪强度应按下式计算:

式中:N—所计算构件的轴心压力;

βmx—等效弯矩系数, 取1.0;

φx—弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数;

Mx—所计算构件段范围内的最大弯矩;

W1x—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量;

V—构件的最大剪力;

S—构件净面积矩;

I—主平面内抗弯惯性矩。

各个杆件正应力与压杆稳定应力计算结果如下表2所示。

由上表2计算可知, 挂篮底模纵横梁强度及稳定性满足要求, 并有一定安全储备。

2.4 变形计算

挂篮作为浇筑混凝土的承重结构, 在混凝土浇筑过程中不能产生过大的变形, 以避免强度较低的初凝混凝土产生内部裂缝。因此, 规范中明确规定了挂篮底纵梁的最大变形不得超过20mm。

由Midas计算结果, 底模前横梁的最大位移为24.4mm, 超过了规范允许值。但验算2#~16#梁段, 由于梁段自重减小, 变形均小于20mm。

考虑尽在1#梁段混凝土浇筑时, 挂篮变形超过规范20mm允许值, 主桁架前横梁和底模前横梁分别加强一根同型号型钢。

2.5 联接螺栓强度验算

2.5.1 主桁架立柱节点板上螺栓

由计算得知, 两根立柱中绝对值较大的轴力为1912.2kN, 立柱通过2根40b槽钢组成, 通过两侧共24个8.8级M27型高强度摩擦型螺栓联接在一起共同受力, 则螺栓抗剪承载力设计值为:

立柱联接螺栓的强度满足要求。

2.5.2 主桁架斜杆节点板螺栓

斜杆两侧共40个8.8级M27型高强度摩擦型螺栓与斜杆联接。斜杆的最大轴力为1368.3kN, 则螺栓抗剪承载力设计值为:

斜杆联接螺栓强度满足要求。

2.6 挂篮稳定性验算

2.6.1 空载行走时抗倾覆稳定性

挂篮空载前进时, 容易发生向前倾覆。空载行走到最大悬臂时, 由底模、侧模形成的倾覆荷载为287.8 kN, 并假定作用在主桁架悬臂端, 故倾覆力矩为:

抗倾覆力矩由后锚固焊接勾板提供, 且由焊缝抗剪承载力确定。由焊缝强度计算, 一个勾板承受的最大剪力为116.5kN。一侧主桁架行走后锚设置8个勾板, 可承受最大剪力为1864kN。

勾板中心到前支点距离3.87m, 则抗倾覆力矩为:

抗倾覆安全系数:7214/1577=4.6>2, 满足施工规范要求。

2.6.2 侧向抗风稳定性

假定挂篮承受的侧向作用在挂篮侧向的四个角点上, 计算可得每个集中力大小为15.33kN。风荷载对前支点力矩为:

侧向承受风荷载时, 抗倾覆力矩仍由后锚固勾板提供, 且每侧只有一个勾板受力, 则两个勾板提供的最大剪力为233.0kN。则侧向抗倾覆力矩为:

抗风倾覆安全系数为:902/171.1 (28) 5.3 (29) 2。满足侧向抗风倾覆安全要求。

3 结论与建议

(1) 采用型钢设计为钢桁架三角形挂篮, 各杆件受力较为均匀, 结构轻巧, 有利于节约材料。挂篮总重77t, 小于设计文件不超过100t的限值, 优于菱形挂篮结构, 较为经济。

(2) 采用型钢现场加工和制作挂篮, 较为方便快捷。共24只挂篮, 加工周期3个月, 保证了预应力混凝土主梁悬臂施工工期要求。

(3) 挂篮与底模板、侧模板形成整体系统, 每一个梁段施工完毕后, 主桁架与模板整体向前推进, 缩短了挂篮作业周期。

(4) 力学分析得知挂篮各个构件的强度和稳定性满足安全要求, 整体稳定性也满足安全要求。但挂篮的变形在1#梁段浇筑时略超过规范限值。依据要求, 对挂篮进行拼装和静载试验。试验结果标明, 加载与1#梁段自重等重时, 变形并未超过20mm, 这是由于计算模型简化所致。因此, 在预应力混凝土箱梁1#梁段浇筑时, 并未对前端上下横梁加强。

(5) 实际应用中, 联接主桁架的中横梁离混凝土梁顶高度1m左右, 现场影响了工人作业和通行。可借鉴菱形挂篮的设计, 将中横梁抬高到1.8~2.0m, 方便作业人员从下方通过。

参考文献

[1]王祖蕾, 王孝军.悬臂施工大吨位挂篮设计及力学性能分析[J].甘肃科技, 2012 (17) .

三角桁架篇3

上海南至金山扩能改造工程春申特大桥18号墩-19号墩为1-96 m钢桁梁跨越沪昆铁路, 钢桁梁与沪昆线呈16°夹角。主桁中心间距6.6 m, 桁高12.8 m, 下弦节点长度为12 m, 总质量815 t, 最大杆件质量21.1 t。其结构采用无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式钢桁梁 (见图1) , 道碴桥面。

主桁上、下弦杆采用箱型截面, 下弦杆内宽54 cm, 内高90 cm, 板厚28～32 mm;上弦杆内宽54 cm, 内高65 cm, 板厚24～32 mm。斜腹杆采用箱形和“H”形截面两种形式, 箱型截面腹杆内宽54 cm, 内高64 cm, 板厚28 mm;“H”型腹杆内宽54 cm, 翼板宽70 cm, 板厚24 mm。端斜杆箱型截面内宽为54 cm, 内高70 cm, 板厚32 mm。上平联为交叉结构, 工字型截面, 翼缘板宽40 cm, 板厚20 mm, 腹板厚16 mm, 高46 cm。端斜杆上的桥门架采用板式结构。桥面板为整体结构, 分QB1 (纵向长3.25 m, 质量5.64 t) 、QB2 (纵向长7.5 m, 质量14.02 t) 、QB3 (纵向长4.5 m, 质量6.68 t) 3种规格 (见图2) 。

1 拼装支架

1.1 支架方案

根据钢桁梁采用在既有线旁边支架拼装再平面转体的施工方案, 确定在钢桁梁各整体节点处设置1组钢管柱支墩方案, 其中E0节点利用19号主墩。1号～7号临时支墩采用相同结构, 每桁下整体节点处临时支墩由4根Φ 325 mm钢管组成。单个临时墩混凝土基础尺寸为3.1 m×3.6 m。支墩顶部设2组I28工字钢横桥向分配梁, 用于支承钢梁下弦节点。

8号临时支墩除拼装钢桁梁外, 还要支承钢桁梁平面转体过程中通过滑道钢箱梁传递的荷载, 它的承载能力是决定钢桁梁转体安全的关键之一。因此, 其基础采用Φ 1.0 m钻孔桩, 浇注钢筋混凝土承台, 在承台上设置14根Φ 800 mm钢管柱, 其中关键部位的钢管柱填充混凝土。支架布设如图3所示。

1.2 8号支墩

在钢桁梁平面转体时, 传递给该墩的最大荷载为4 370 kN (钢桁梁和滑道梁总质量的1/2) , 基础采用6根Φ 1.0 m钻孔桩。桩顶设钢筋混凝土承台, 其尺寸为10.1 m×5.6 m×2.0 m, 混凝土为C30, 内配双层Φ 25 mm钢筋。墩身采用14根Φ 800 mm钢管柱, 其中有5根内填充C25混凝土, 支墩结构见图4。

尽管理论计算钢管柱强度、稳定性满足施工要求, 但考虑到上跨沪昆铁路的重要性, 为确保万无一失, 采用C30混凝土将钢管柱外包裹成5.6 m×3.5 m×6.8 m整体结构。在墩顶滑道梁支座位置设置3层钢筋网片, 以及预埋4根Φ 25 mm精轧螺纹钢, 用于固定滑道梁的牛腿, 提高滑道梁的整体稳定性。

根据地质《钻孔柱状图》, 依据公式[P]=1/1.25 (ULτp+AσR) (单桩2 280 kN, τp=69.3 kPa) , 计算桩长≮13 m。当钢桁梁转体至刚离开8号支墩时, 考虑由靠近既有线一侧2根钻孔桩承受4 370 kN外荷载 (单桩4 380 kN, 含承台及墩身自重) 。因此, 该部位的桩长加长至24 m。

1.3 1号～7号支墩

1号～7号支墩仅作为拼装钢桁梁使用, 每桁下外荷载为500 kN, 均采用C30混凝土扩大基础, 墩身采用4根Φ 325 mm钢管组成, 钢管柱之间平面用∠100 mm×100 mm×8 mm角钢连接, 柱顶设置2I28横梁, 用于支承钢梁下弦节点。2组I28工字钢要拼焊成一个整体, 在两侧各设置两道腹板加劲肋。钢梁在19号墩-临时8号墩墩顶拼装, 临时1号～7号墩在钢管桩顶部设2组I28工字钢横桥向分配梁, 其结构见图5。

1.4 支架标高的确定

由于在8号墩横梁与18号主墩垫石上安放转体滑道梁, 滑道梁上拼装E0节点。因此, 该墩横梁顶标高与18号主墩垫石标高一致。19号墩E0’节点支座处临时垫块顶标高与滑道梁顶标高保持一致 (15.722 m) 。1号～7号支墩横梁顶标高由15.722 m加上相对应节点的预拱度确定。实际施工标高误差控制在2 mm以内。

1.5 支架搭设

支架钻孔桩及扩大基础施工和质量控制类同铁路桥梁类似工程的施工, 钢管柱搭设采用吊机配合人工支立, 其下端与基础预埋件焊接。4根钢管柱立好后由人工焊接柱间连接件, 最后安放横梁, 并与钢管柱焊接。滑道梁采用350 t汽车吊在临时封锁点内吊装就位, 并与预埋的精轧螺纹钢锚固。

2 拼装方法

2.1 拼装机具

根据杆件吊装高度 (27 m) 及最大杆件质量 (21.1 t) , 结合现场条件, 确定采用1台75 t履带吊机作为拼梁机具, 吊机拔杆高度50 m。其他工具主要有4台专用电动扳手、6把带响扳手和示功扳手, 涂装设备采用空压机和喷枪, 自制吊篮2个。

2.2 拼装顺序

钢桁梁拼装时从一端向另一端依次进行, 先拼装下弦杆、主横梁, 后次横梁, 一个节间完成再接长第2个节间, 直至完成钢梁下平面拼装。然后再形成立体结构。钢梁下平面拼装完成后, 对轮廓尺寸、对角线、钢梁节点拱度进行全面检查, 合格后, 可以施拧次横梁节点高强度螺栓。

钢梁立体拼装顺序为:先拼装端节点两边的斜杆, 再拼装A1或A1’节点, 接着安装横联和端桥门架, 组拼成稳定的立体桁架后, 再继续拼装下一个三角及上平联, 直至全部完成钢梁杆件拼装。其顺序见图6。

2.3 杆件拼装

钢桁梁杆件进场后, 按照要求查验制造厂家技术资料是否齐全, 并对杆件、高强螺栓进行外观及尺寸检查。验收合格的杆件按顺序分类堆码存放, 高强螺栓存放在库房内。

采用履带吊机就位左右第1个下弦杆 (带端节点) 后, 必须检查杆件轴向、间距, 以及端横梁轴线与支座线的位置, 检查无误后吊机水平吊着QB1板, 人工安装端横梁高强螺栓, 接着安装QB3板。第2根下弦杆安装时, 将其水平向插入事先安装在第1个下弦杆侧面的两块连接板内, 必要时可用扁铲引导, 然后在栓孔群四周打入一定数量的定位冲钉, 随即安装螺栓。最后分别安装上、下两面的连接板。

端斜杆及腹杆安装时先对下端, 采用插入法, 打入冲钉后, 安装高强螺栓。上弦杆及整体节点安装时, 在大节点顶部设置吊篮, 人员站在吊篮内进行对位、安装螺栓。两侧连接板事先与大接点板预拼在一起, 侧面连接板安装好后再分别安装上、下面连接板。上平联安装前, 将交叉杆预拼成单元后整体安装, 一次将高强螺栓安装齐全。在安装高强度螺栓时, 为了施拧方便和全桥螺帽方向的一致性, 主桁弦杆、斜腹杆节点的高强度螺栓螺帽一律向外, 横梁及其上平联的高强度螺栓螺帽方向一律向上。横梁的水平向螺栓方向统一与行车方向一致。钢梁拼装完成后进行检查及调整, 符合设计和规范要求后, 方能进行高强度螺栓施拧。

2.4 高强螺栓施拧

高强度螺栓施拧采用扭距法施工, 分初拧和终拧两个步骤进行。初拧以电动扳手为主, 带响扳手为辅, 初拧扭矩为终拧值的50%。初拧后, 应对每个螺栓用敲击法检查, 检查合格后, 涂上白色油漆做上初拧标记。螺栓终拧后, 采用“紧扣法”进行检查。检查若发现欠拧者补拧, 超拧者应更换螺栓后重新施拧。施工中使用的扳手需编号建立台账, 并定期标定。

2.5 中间部位支架拆除

钢桁梁转体前, 需要拆除中间各个节点部位处的1号～7号支墩。拆除第一步需要4台500 t千斤顶将钢桁梁顶起30～35 cm (大于跨中恒载挠度) , 两端起梁高差≯5 cm。第二步再人工用氧气乙炔将横梁与钢管桩顶部割开, 取下横梁。第三步拆除钢管柱之间的连接角钢, 第四步逐个拆除钢管柱。

3 施工质量控制要点

钢桁梁拼装施工的质量控制重点主要有支架和高强螺栓施拧两个方面。

3.1 支架

(1) 支墩的承载力及稳定性必须满足施工安全要求。

(2) 各个支墩顶部的标高满足钢桁梁预拱度要求, 偏差控制在±2 mm以内。

3.2 高强螺栓

高强螺栓的施工质量是关键工序, 要严格按扭矩法的工艺要求施工。

(1) 对螺栓进行验收, 对沾有油污的应用煤油清洗, 完后在表面涂抹少许黄油。

(2) 螺栓组装时, 螺栓的长度必须与安装图一致, 方向正确, 且螺母与垫圈不得装反。

(3) 螺栓应自如地穿入栓孔, 严禁强行打入, 以免损坏丝扣。