32m铁路简支梁优化设计

【摘 要】介绍32m铁路简支梁模板系统的优化设计方法,根据梁体预制时的实际荷载,对模板各部件进行了详细受力计算,并与通用模板进行了力学性能分析.

【关 键 词 】简支梁；模板；优化设计

1.前言

本文主要针对铁路32m简支箱梁存在的力学指标偏保守、自重过大等问题,结合沪宁城际32m简支箱梁设计工作,优化结构参数,通过建立结构分析模型,分析结构的受力、变形特征,验证优化设计的可行性与合理性,并对优化后结构的梁端局部承压、箱梁空间力学效应等几个关键问题进行了深入探讨,主要工作有：

1.1提出了采用大吨位预应力束代替小吨位预应力束的技术思路,大幅度降低腹板厚度,减轻结构自重.

1.2 利用有限元软件ANSYS、PRBP、SB等建立箱梁结构的整体、局部模型,按简支梁实际约束方式进行边界条件模拟,参照规范,编制接口程序进行等效预应力筋效应荷载及列车活载模拟.

1.3 选取箱梁宽度、箱梁高度、腹板参数、支座布置等结构参数,通过多工况受力分析,对各参数进行比选,推荐了优化模型,并给出部分结构参数的优化建议；力学分析校验了本文优化设计的可行性和合理性；

1.4 针对32m简支箱梁预应力张拉端局部应力过大的问题,通过对局部模型进行受力分析,对张拉端结构参数及锚具参数进行优化比选,提出了改善锚下局部应力状态的构造设计建议,较好地解决了锚下局部应力问题；

1.5 对腹板、顶板进行空间应力分析,并将空间分析与平面分析结果对比,得出平面设计手法中被忽略的力学因素对结构的影响度,尤其对于L／8截面主拉应力及剪应力,平面分析结果较空间分析结果差距较大,导致结构安全度较低.此可供箱梁设计参考；本文的成果实现了对箱梁优化的目标,优化后长吉梁与秦沈客运专线梁等相比自重降低了约8.3％,而其他钢材指标基本持平.所取得成果经济效益显著.

2.简支梁模结构优化

全自动液压内模是一种专门用来浇注大型箱梁的大型内模板系统.随着高速铁路、高速公路等的桥梁箱梁的建设,该内模系统将具有一个十分广阔的应用前景.以中铁十九局沪宁城际铁路桥梁厂的32m全自动液压内模为研究对象,对其结构、工作原理、施工工艺、设计方法进行了全面的分析在对国内外全自动液压内模资料进行分析和研究的基础上,在对株洲某桥梁厂生产的内模标准段进行刚度分析的基础上,针对全自动液压内模腹模板刚度不足,提出了改进措施――在增加腹模板钢板厚度的基础上,适当改变腹模板钢梁的截面尺寸,可以在很大程度上提高内模的强度和刚度.以大型分析软件为工具,通过适当的检测设,建立了内模标准段有限元模型,然后模拟内模施工中的受力,得到了内模标准段的应力与应变分布图,并由支撑反力求出了内模标准段的油缸及支撑杆的直径,得到了它们的最小值；由内模标准段的应力应变的分布情况,探讨了内模模板钢架结构优化设计的可能性,并利用的优化分析模块对标准段钢架进行了截面尺寸优化,获得了模板钢架的最佳结构参数,优化后的强度和变形对比优化前的强度和变形有了明显提高,并有效减轻了重量,标准段模板应力分布更加合理；为了检验有限元模型是否正确,设计了一个内模标准段模型,通过模拟施工的加载过程,进行了应变测量,结果显示内模钢架的．实验数据与理论数据比较吻合,表明ANSYS的建模是正确的.

3.32m铁路简支梁模板优化的优点

3.1 32m铁路剪支梁混凝土强度达到设计强度的100%后,方可张拉预应力钢束.张拉顺序为1号束、4号束、2号束、3号束.1号束的两根钢束应同时张拉,以免造成主梁横向弯曲.施工时应实测钢束与孔道摩擦系数μ、孔道偏差系数k和锚具的锚口损失σm,并将实测的σm与设计张拉控制应力σk相加得实际张拉控制应力σkm.

3.2 32m简支梁现浇段处的端头形式.为满足现浇段与箱梁的充分结合和力的传递以及施工的要求,简支梁连续端头一般做成有台阶的马蹄形状,并根据施工操作的要求,预留现浇段的尺寸及其台阶的样式.

3.3 支座的设计与选材.临时支座的设计必须满足承重梁板和施工拆卸方便的要求.比较常用的方法可采用硫磺砂浆制成临时支座,在硫磺砂浆内埋入电热丝,在体系转换时采用电热法解除临时支座.也可采用钢管与硬圆木或预制钢筋混凝土圆形块制成砂箱式临时支座,在架设梁板时要通过试验来确定砂箱临时支座的沉降量,并根据梁板安装标高与对应墩台帽垫石标高的差值用箱内填砂和加高盖板的方法进行调节,以便能更好的控制准确梁板架设后的高度.

3.4 在现浇连续段预埋钢筋的连接可采用绑条焊或搭接焊,现浇段混凝土采用与梁板同标号的混凝土,为了防止现浇连续段混凝土在养生硬化过程中发生收缩性裂缝影响混凝土在二次张拉过程中的承载力和桥梁的整体受力性能,现浇连续段接头混凝土添加微膨胀剂.永久橡胶支座与底模之间的缝隙用经过防锈处理的钢板或采用竹胶板制作的砂盒垫实密封,严防漏浆.

3.5 负弯矩二次张拉.负弯矩二次张拉是对梁板顶面的预应力 钢束进行张拉,这是先简支后连续桥梁同简支梁桥的本质区别.预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线,钢束张拉采用两面同时张拉,张拉顺序从外侧向内侧,每次张拉一根钢绞线,直到张拉结束.压浆工作在张拉结束后及时进行.

4.施工注意事项

采取有效措施,加强施工制梁控制,预防梁体裂纹.严格控制蒸养过程中内、外温差和升降温度.棚内钢模表面温度与棚外气温差≯15℃时,才可拆除盖布；拆除盖布后应迅速去掉模板底脚楔子和扣铁,以便降温中混凝土和钢模同步收缩；拆模时内外侧模要交替拆卸,以减少拆模时产生梁体横向弯曲应力.两支承板间外侧焊接4～5根φ22×300mm圆钢,以扩大受力面积提高承载能力,保证梁端部钢筋到位,确保混凝土震捣密实,将支承板下的弹簧圈与梁端部钢筋绑在一起.除此之外,施工发现,对于新老混凝土的连接结合是现浇连续段混凝土存在的主要问题,为此预制梁板的端头必须严格进行凿毛处理.为了防止现浇连续段混凝土在养生硬化过程中发生收缩性裂缝影响混凝土在二次张拉过程中的承载力和桥梁的整体受力性能,现浇连续段接头混凝土添加微膨胀剂,掺加剂量一般控制在水泥用量的0.5%～1%之间.先简支后连续每联各现浇连续接头的浇筑气温应基本相同,温差控制在5℃以内,并尽量安排在一天气温最低时施工.

结束语

综上所述,32m铁路简支梁以保证质量为中心,充分考虑经济效益,加强科学管理,积极采用新技术,孔孔质量良好.同时,还总结出一套较完整的现场预制后张梁的技术和施工方法.这套技术相继在桥梁厂推广应用,全部取得了显著的经济效益和社会效益.