钢箱梁拼装支架设计

目 录第1章 绪论11.1 选题的背景11.2 钢箱梁及其拼装架设方法概述11.3 钢箱梁拼装架设在国内外的研究应用21.4 本论文研究目的和意义4第2章 工程概况及支架设计概述52.1 工程概况52.1.1 工程概述52.1.2 设计要求52.1.3 工程中所用钢箱梁的主要构造尺寸62.1.4 现场施工条件概述62.2 支架设计72.2.1 支架选取及其概述72.2.2 支架模型设计16第3章 支架模型建立 183.1 ANSYS简介183.2 建立支架模型18第4章 支架模型计算与数据分析254.1 计算说明254.2 放3m钢箱梁时的计算结果和数据分析254.3 放6m钢箱梁时的计算结果和数据分析284.4 放9m钢箱梁时的计算结果和数据分析304.5 放12m钢箱梁时的计算结果和数据分析334.6 整个单跨放钢箱梁的计算结果354.7 小结38第5章 结论与展望395.1 结论395.2 展望 39参考文献 40致谢 41附录A 42附录B 55石家庄铁道学院毕业设计第1章 绪论1.1 选题的背景本次选的课题是钢箱梁拼装支架设计，此题目给出的背景是石家庄和平路上正在修建的一座高架桥，钢箱梁拼装支架设计也是此工程的一重要环节。此次开工建设的和平路跨线桥工程，西起红军大街，东至建设大街，全长3616m，其中跨线桥自宁北街起坡至建设大街与建和桥相接，桥长3491m，总投资约3.6亿余元。该工程施工共分为3个标段，其中1标段为红军大街至军械学院门前，2标段自军械学院至平安大街西88m处，3标段自平安大街西88m处至建和桥。和平路是中山路以北地区贯穿东西的一条城市主干路，为省会规划“四横”之一，现状道路老化，通行能力极差，尤其是北道岔地段的胜和桥范围，该桥西临京广铁路，南邻南三条市场，从桥上向南下道为南三条市场的仓库，过往车辆极多，上下班高峰时段更是拥堵不堪。高架桥的修建，将彻底改变这段路目前寸步难行的交通拥堵状况。和平路高架桥，实际上相当于利用空间多修了一条六车道的城市道路。它的建成，可利用高架桥对和平路交通车辆进行立体分流，把严重影响城市交通的平面交叉道口，在主要道路方向上改建成了立体交叉口，主要行车方向的车流（东西方向）基本不受其它方向的车流影响。主要方向东西向的车辆通过这段路，以通行速度每小时60-80公里计算，只需用3.6-2.7分钟。其它方向的通行时间，也将随着主要方向车辆的分流而大大缩短。本课题是此次工程中钢箱梁的拼装支架相关部分的研究。钢箱梁拼装架设是高速公路高加桥施工中的重要环节，此类相关技术在世界上越来越多的桥梁建设上得到了广泛应用。1.2 钢箱梁及其拼装架设方法概述钢箱梁，又叫钢板箱形梁，是大跨径桥梁常用的结构形式，从多多罗桥到苏通大桥，从杭州湾跨海大桥到西堠门大桥，钢箱梁得到了越来越广泛的应用。现在国内外的钢箱梁拼装支架设计方案有三种：顶推法架设、拖拉法架设、钢支架落梁法。不同的时刻根据需要选择不同的方法。(1)顶推法架设先将钢箱梁在已架设砼箱梁桥面组装成型，施工时在顶推相反方向设置一定强度的后背，作为千斤顶的着力点，并根据主梁长度、设计顶推跨度、桥墩能承受的水平推力、顶推设备和滑动装置等条件，选择适宜的顶推方式。(2)拖拉法架设在已架设到位的砼箱梁或钢箱梁桥面搭设简易支架进行钢箱梁拼装，从拼装区段到落梁区段间设置滚动走行系统，钢箱梁焊接及检验后，利用落梁区前方的牵引力拖拉钢箱梁前行，至设计位置后落梁、微调，并最终就位。需解决的技术问题：在已架梁段搭设临时支架，进行钢箱梁段组拼装；铺设滚动走行系统，要求与钢箱梁摩擦小，稳定性好；设置牵引拖拉系统，与滚动走行系统相匹配，并考虑拖拉中的速度控制及牵引力方向的改变；落梁区钢支架的强度、稳定性必须满足受力要求；落梁系统要操作方便，运行安全。其优点是：钢箱梁拼装区与落梁区分开施工，有利于统一安排工期要求；拼装支架仅在拖拉及落梁时使用，周转快，需要3套即可。缺点是：施工操作难度相对大，尤其是拖拉中的平衡问题；增加了一套滚动走行系统及牵引装置；落梁区钢支架沿纵向稳定性要求高。(3)钢支架落梁法在设计墩孔处直接搭设钢支架进行钢箱梁的拼装焊接，完成后垂直落梁至支座顶5cm10cm时，再进行钢箱梁微调，并完成最终就位。其施工特点是：技术标准及要求相对较低，工人施工操作难度小，安全性高；无牵引及滚动系统；钢箱梁在拼装时即按照设计尺寸基本到位，减少了微调的工作量；因钢箱梁制作加工较快，需4套支架才能满足周转使用。钢箱梁拼装架设施工的要求和优点：(1)选择合理的施工顺序和焊接工艺，采用必要的工装设施，可以有效控制焊接变形。(2)确保钢结构各零部件的制造精度和焊接质量，把复杂的加工工序安排在厂内完成，可以简化现场组拼和焊接工作，提高钢箱梁的精度和焊接质量。(3)微调中滚轴的成功使用，施工周期短，节约了设备投入，降低了钢支架搭设标准，有较强的经济性和技术推广性。(4)并行放置的“工字钢”用拉筋及定位钢管连接，满足了技术安全要求，且便于拼装、拆除。(5)施工成本低，需用机具设备和劳动力少，大大提高了工作效率。1.3 钢箱梁拼装架设在国内外的研究应用国内外现阶段高架桥架设的一般规定：图1-1 钢箱梁架设(1)安装准备：高架桥预制构件必须符合质量要求；检查支撑结构的尺寸、标高、平面位置；采用全站仪来校核桥墩、台盖梁和预埋件的位置；构件安装前必须检查其外形和构件的预埋件尺寸和位置，其允许偏差不得超过设计规定。(2)吊装设备：应用于高架桥吊装施工的所以起重、运输设备，在施工前必须进行一次检验吊装；施工中必须按照国家规范的手势信号，在统一指挥下进行吊装作业；吊运工具的使用技术要求，应参照起重吊装的有关规定；执行构件的安装设备，必须符合施工规范安全要求，同时要尽量使架设方案经济合理。(3)安装顺序：根据结构设计特点，考虑安装构件顺序先后，对特殊的安装方法，在制定施工组织设计或施工大调方案后，应报经上级组织审查批准执行；预制构件安装时，赢注意上、下工序衔接1。高架桥钢箱梁作为一种桥梁结构，有利于缩短工期、有利于跨越不良地质路段受青睐。但其质量标准高，施工难度大，现场控制复杂，采用适当的架设法，可以很大程度解决这一矛盾。下面为一个此类问题的实例。西安绕城高速公路南段西姜村高架桥是陕西省“十五”规划的标志性工程 ,也是国家实施西部大开发的重点建设项目。该工程工期由十八个月压缩至十三个月 ,工期紧 ,任务重 ,质量标准高。在这高要求，高标准，但时间人力都紧张的情况下，工程的安全及桥的稳定仍是十分重要。在钢箱梁的施工问题上，经过研究，采用了适当的架设法，这一难题得到了很好的解决。经过经技术经济比较，并结合施工操作性、安全性及满足工期要求，专家选用了钢支架落梁法完成了此次施工2。这次架设施工中的一些关键技术：(1)钢支架搭设施工：桥位地基为湿陷性黄土，施工季节属当地雨季，采用灰土处理地基，分层夯填密实，并设置排水系统；下部主要承力结构为108钢管支架，用角钢将钢管支架连成整体构件，箱梁一端为一排四组钢支架，每孔钢箱梁需搭设两排钢支架；钢箱梁与I36工字钢间连接的工装台架为组合三角支撑。 (2)龙门吊拼装架设：钢箱梁拼装顺序为先内边梁、中梁，再外边梁；在加工厂家试拼到位后，沿顶板、底板纵向接缝两侧，焊接特制定位角钢；焊接时角钢上的螺栓严格对应，定位角钢紧密相贴；现场拼装时，先用冲钉初步定位，再用螺栓将两片箱梁紧密相连3。(3)现场组焊及变形控制：选择优质焊接材料，确保焊接部位质量各项技术指标与母材相匹配；在焊接过程中，所有焊缝尽可能实行平焊，使焊缝质量易于控制；但焊缝数量多，易于产生变形，因此必须选用合理的焊接方法及焊接顺序，严格控制焊接变形，保证箱梁的对接精度。(4)钢箱梁整体下落就位。1.4 本论文研究目的和意义毕业论文是我们本科学生的重要培养环节，是我们在学习专业基础课程的基础上，培养我们综合运用所学知识和技能，独立分析与解决工程实际问题的能力。通过参与毕业设计工作，培养我们的创新意识和实践能力，使我们获得科学研究的基础训练；使我们养成认真、严谨的工作学习和严肃认真的科学态度；进一步的提高我们的综合分析设计能力、理论计算能力、调查研究能力、动手能力、技术经济分析能力、外语水平和计算机应用能力等；并且使我们学会了科学研究论文的写作方法使我们在将来的工作和科研打下坚实的基础。本文在研究钢箱梁拼装支架设计这一专业问题的同时，使我们对所学的力学知识有了更好的理解，有助于以后更好的应用和工作。同时，还培养了我们的动手能力，思考能力。计算机方面ANSYS软件的应用，有助于我们的建模及计算，更好的完成了这次论文创作。第2章 工程概况及支架设计概述2.1 工程概况2.1.1 工程概述本课题研究的是刚刚完工的石家庄和平路高架桥。和平路位于石家庄市北面，是沟通石家庄市东西向的一条重要的交通主干道，根据总体设计要求，该路段为高架工程，是石家庄改善整个路网结构的一个主要工程，该高架桥上跨现状京广电气化铁路线以及规划京广铁路入地段，为重要的跨铁路结构工程，现状京广电气化铁路为全国最重要的铁路命脉、电气化铁路，对在其上施工的结构工程要求极高。和平路跨京铁路线位于铁路桩号K264+727处，铁路为北京至广州京广铁路，铁路走向为南北向，该处共有7股道，由西向东分别为大厂线、石太下行、京广上行、京广下行、石德下行和机务段分叉线2股，均为电气化铁路，该处京广铁路与和平路高架中心线交角为82.369o，轨顶标高为73.45m，其下为三跨钢筋混凝土框架箱梁。京广铁路入地段位于现状铁路东侧约23m处，范围约46m，高架结构既要考虑上跨现状京广铁路，同时又必须跨越规划铁路入地段，确保入地段在今后可顺利实施。和平路现状为下穿铁路的交通要道，车辆繁忙，高架工程根据现有的道路结构，依势布局，即高架立柱均设置在地面机动车道的两侧，高架结构完成后，地面机动车道仍可通行。跨铁路高架结构立柱布置在原有地道结构两侧，结构形式不影响原有地道结构及铁路的正常运管。2.1.2 设计要求根据铁路部门的特殊要求，本工程跨铁路结构设计有以下原则：(1)结构形式力求简单，施工方便、快速，减少在铁路上方施工时间。(2)结构应受力合理、明确，满足设计要求的耐久度和可靠度。 (3)结构净空在满足铁路电气化要求的8.05m净空外，尚需要预留0.5m施工空间。(4)桥面取采用相应措施，防止桥面物品掉落，并布置合理的排水系统9。2.1.3 工程中所用钢箱梁的主要构造尺寸钢箱连续梁为变化值，中支点梁高3.0m，边支点梁高2.5m，梁高自中支点向两侧边支点9.5m范围内直线变化。上部结构为单箱多室连续钢结构箱型梁形式，外侧为斜腹板。单箱顶宽25.5m,地宽18.2m-18.916m，翼缘板长1.6m，支点处梁高3m，跨中梁高2.5m，梁底按折线布置，按计算要求设置预拱度。顶板为正交异性桥面板，厚度14mm-16mm，在中墩顶部加厚至28mm；车行道顶板U形加劲肋板厚度8mm；底板厚度12mm-18mm，中墩顶局部加厚至28mm，腹板厚度10mm-20mm，在施工拉索处局部加厚。横隔板标准间距3m，一般横隔板厚度8mm，中墩处加厚至32mm。2.1.4 现场施工条件概述京广铁路为全国最重要的一个铁路大动脉，承担着我国南北客运、货运的主导角色，交通十分繁忙，安全性要求非常高。且京广铁路为电气化铁路，铁路上方及两侧高压线路复杂。下穿铁路的现状和平路是石家庄市东西沟通的一个交通要道，交通量比较大。紧贴现状和平路两侧及京广铁路两侧有众多重要建筑物，和平路北侧有石家庄铁路二中，南侧有市排水泵站，铁路石家庄机务段车间以及众多民用及商用建筑物。根据现状条件，除影响高架桥架设的7股铁路车道及其上的电气化高压线外，还有东侧南北走向布置在东侧71号铁塔东侧的高压线，分上下两股，其上股为高压电线，下股为回流线，回流线标高为81.92m，上股高压线距下股线距离约为2m；南北向还有4根电杆，杆尖高程为81.66m-85.94m；北侧承力索71号铁塔，塔尖标高88.59m，南侧承力索77号铁塔，塔尖高程87.99m；南侧通讯杆杆顶高程80.49m，锅炉房顶高程80.93m，2层房顶高程80.15m；北侧铁路内有65号承力索铁塔，塔尖高程88.37m；北侧电杆尖高程82.63m-82.71m；铁路外有铁路二中三成教学楼，楼顶高程85.13m，此外，还有东西向市内高压铁塔，塔尖高程97.67m。根据现场情况，对新建和平路高架工程的建设提出了较高的要求。在工程建设中，不能影响到铁路的正常运营，务必要确保京广铁路的安全，尽量减少在铁路安全限界以内的施工时间和施工工序。另外要确保在工程实施过程中现状和平路的畅通，尽量降低对道路通行能力的影响。同时要尽量降低对周边既有建筑物的影响，减少建筑物拆迁量，对于重点建筑物要合理避让。新建工程的结构设计和施工方案选择将紧紧围绕以上三点开展，做到重点保证，其他兼顾。根据现场实际情况以及铁路部门设计要求，专家及技术人员做出了适合的方案。其中，关于本课题的研究内容如下：钢箱梁的拼装布置在铁路京广线东侧，紧靠铁路框构桥，支点中心布置在桩号K2+190.407中心线上，平装按南北向布置，整个南北线轴线以北偏西3度左右布置，使整个北部侵入到铁路范围内，而南侧则偏离了铁路机务段一道，根据转体总方案，本方案北侧即转体到位后的西侧P84号墩处留设有10.204m长的后拼段，南侧即转体到位后的东侧P86号墩处留设有17.273m长的后拼段，这种条件下，在拼装时，南侧端部边缘距离铁路机务段一道电气化铁路有4.01m，满足施工净宽要求，北侧侵入部分铁路范围，但距离铁路机务段一道电气化铁路有4.01m，满足施工净宽要求。我在设计这个题目时，采用了实际施工的一些方法，但是排除了现场一些实际情况的干扰，没有管一些实际情况，在最理想的情况下设计方案。图2-1 箱梁拼装示意图2.2 支架设计2.2.1 支架选取及其概述可以用来作为支架的有军用梁、贝雷架等多种材料，在经过对钢箱梁进行有限元受力分析及将各种材料的属性比较完全后，我选取了军用梁和军用墩作为支架材料。2.2.1.1 军用梁简介军用梁是用于战时抢修、抢建铁路梁部结构得制式铁路桥梁器材。是拆装式钢梁得一种。由若干标准部件拼接组成。能适应不同跨径、不同梁式、不同载重、甚至不同支点高度和不同铁路轨距的要求，便于战时应急修复被破坏得铁路桥和抢建临时性得铁路桥梁。其特点是：结构部件中类少，并有较好得互换性，单件重量轻，联结简易，拆装方便，适于用铁路或公路车辆装载和运输，一般还配有相应得拼组工具和架设设备，能在比较困难的情况下快速拼组和架设。桥梁的抢修最早采用木梁，就地取材，就地加工，但是木材强度低，适应跨径有限，耐久性差。19世纪末，德国首先创制了拆装式钢木结构的Sc型铁路军用梁。尔后，德国、法国、俄国等国曾使用过分段拼装的钢板梁和工字钢梁，并发展为拆装式铁路军用桁梁。军用梁在第一次世界大战以后和第二次世界大战期间，得到较快发展。德国在 19351942年间研制有R、SKR-3和SKR-6等多种型号的铁路军用梁,最大跨度达150m。日本在 19311939年间研制有多片式分段拼装的M91、 M93和 M99等型中等跨度的铁路军用梁。英国于1942年开始研制E.S.T.B.和U.C.R.B.以及R.S.J.等三种分别适用于大、中、小跨度的铁路军用梁，并为美军所采用。这些铁路军用梁在减轻部件重量，提高同类部件的互换性和跨径的适应性等方面，都有较多的改进；在拼组和架设速度方面也有很大提高，在战时铁路桥梁的修复中起过很大作用。20世纪50年代以来，一些国家又研制了新的军用梁，主要有联邦德国的SE型和SKB型，英国的AP型和AH型，华沙条约组织的ESB-16型等。现代的军用梁已普遍采用高强度、低合金钢材和焊接技术，以简化制造工艺和构造，减轻重量，降低成本。铁路军用梁除用于铁路桥梁的抢修外，一般还考虑适合公路桥的梁部和桥墩、桥台以及其他工程结构的使用，使之在平时国家的基本建设工程中也能够发挥作用。我国研制有适用于中等跨径桥梁的六四式铁路军用梁和加强型六四式铁路军用梁，以及最大跨径达到96m的87式铁路应急抢修钢梁等多种铁路军用梁。这些铁路军用梁曾用于战时桥梁抢修和平时各种应急的桥梁修复工程4。六四式铁路军用梁是我国自行研制的、中等跨度适用的、标准轨距和1m轨距通用的一种铁路桥梁抢修制式器材，一九六四年六月经国务院军工产品定型委员会批准设计定型，代号：102。遂后，根据抢修部队的使用经验和提出的要求，将六四式铁路军用梁器材中的两种构件（标准三角和标准弦杆）的部分材料，改用15锰钒氮高强度低合金钢材，以提高承载能力，增大适用跨度，提高战术技术条件。一九六七年批准改型，定名为“加强型六四式铁路军用梁”。两种型号器材的代号分别为：六四式铁路军用梁1021加强型六四式铁路军用梁1023。两种型号构件的装配尺寸相同，可以互换装配。六四式及加强六四式铁路军用梁是全焊构架、销接组装、单层或双层多片式拆装钢桁架，其主要特点是杆件种类少，互换性强；构件轻便，便于人力抬运，可用小型极具拼组；构造简单，销接组装，适合夜间作业；多片结构，逐片拼组，架设迅速；轮廓尺寸小，可用汽车、马车载运。军用梁是战时桥梁的抢修器材，由于其较为突出的优越性在和平时期的应用越来越多，其应用范围也越来越广，不但在桥梁施工中应用，而且在其它工程施工中也占有一席之地5。军用梁有三种构件：(1)基本构件铁路桥梁标准跨度包括标准三角、端构架、标准弦杆、端弦杆、斜弦杆、撑杆等共八种。可用以拼组成符合国家标准GB/T904规定的。(2)辅助端构架构件包括1.5m(代号)、2.5m(代号)、3.0m(代号)三种不同长度的端构架，作为六四式铁路军用梁和加强型六四式铁路军用梁的辅助器材，单独组成“辅助套”，配合标准套使用，代替标准套中2m长的端构架，以调整桥跨长度。(3)低支点端构架构件包括2m(代号)和3m两种不同长度的低支点端构架，适用于梁部结构支点建筑高度较低的铁路桥梁。详细介绍如下：表2-1 主街构件和节点联结配件类别六四式铁路军用梁(代号:102-1)加强型六四式铁路军用梁(代号:102-2)用 途主桁构件标准三角加强三角21单、双层式梁均用端构架单、双层式梁均用。主要用于铁路标准跨度。标准弦杆加强弦杆23仅单层式梁用端弦杆仅单层式梁用撑杆仅双层式梁用1.5m辅助端构架单、双层式梁均适用。代替或配合端构架调整跨度,用于铁路非标准跨度。2.5m辅助端构架3.0m辅助端构架2.0m低支点辅助端构架单、双层式梁均适用,代替端构架,用于0.5m支点高度的低支点铁路标准跨度。3.0m低支点辅助端构架单、双层式梁均适用。代替或配合2.0m低支点端构架调整跨长,用于铁路非标准跨度。表2-2 标准三角名称标准三角代号材质16Mnq每件重量455Kg用途六四式铁路军用梁单层、双层均使用表2-3 端构架名称端构架代号材质16Mnq每件重量412Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁单层、双层均使用。主要拼成铁路标准跨度。表2-4 标准弦杆名称标准弦杆代号材质16Mnq每件重量231Kg用途六四式铁路军用梁单层用。表2-5 端弦杆名称端弦杆代号材质16Mnq每件重量177Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁单层、使用。表2-6 斜弦杆名称斜弦杆代号材质16Mnq每件重量139Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁双层使用。表2-7 撑杆名称撑 杆代号材质16Mnq每件重量137Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁双层均使用。 表2-8 1.5m辅助端构架名称1.5m辅助端构架代号材质16Mnq每件重量345Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁单层、双层均使用。代替或配合调整桥跨长度。表2-9 2.5m辅助端构架名称2.5 m辅助端构架代号材质16Mnq每件重量495Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁单层、双层均使用。代替或配合调整桥跨长度。表2-10 3.0 m辅助端构架名称3.0 m辅助端构架代号材质16Mnq每件重量562Kg用途六四式铁路军用梁或加强型六四式铁路军用梁单层、双层均使用。代替或配合调整桥跨长度。军用梁杆件的基本特性和承载能力：构件中杆件的承载能力不是等强度原则设计的。绝大多数杆件的承载能力是由节点的焊接耐劳强度控制的。因此，在检算工作中，决不能简单地按杆中断面乘以基本容许应力作为计算承载能力的依据。下面三个表为各种杆件的断面特性和承载能力：表2-11 标准三角断面特性和承载能力构件名称杆件部位材质断面组成断面积cm2计算长度cm承载能力受力状态承载力标准三角N116锰216b50.30400受拉100受压100/107受挠N216锰28320.48250受压42受压42N316锰250505受压10N416锰250505受压10N516锰250505受拉8标准弦杆节点16锰受拉100表2-12 1.5m辅助端构架断面特性和承载能力构件名称杆件部位材质断面组成断面积cm2计算长度cm承载能力受力状态承载力端构架N116锰216a43.90150受压93受挠40N216锰21025.48150受压54N316锰21025.48158受压55N416锰2820.48180受压41撑杆节点16锰受拉45表2-13 2.5m辅助端构架断面特性和承载能力构件名称杆件部位材质断面组成断面积cm2计算长度cm承载能力受力状态承载力端构架N116锰216a43.90250受压92受挠64N216锰21025.48150受压54N316锰210+276837.46212受拉76N416锰2820.48180受压41受拉41N516锰250505受压10撑杆节点16锰45撑杆节点16锰452.2.1.2 军用墩简介在我国国内现有生产和储备的军用墩有六五式铁路军用墩和八三式铁路轻型军用桥墩。六五式铁路军用墩是一种主要用于抢修中等跨度、中高高度桥梁的拆装式成套制式器材，也可在新建铁路工程中用作便桥桥墩，架设临时支墩和模架、脚手架等，还可组成简易起重设备和用于公路桥梁抢修。若节点联结改用高强度螺栓或铆合，可作为半永久或永久性建筑物使用。墩身高度可以按0.5m模数调整，适应性强。除基本器材外，还配有小型吊装设备，使拆装作业灵便、迅速。杆件种类少，重量轻，最大单元重量仅477.4公斤，适于铁路、公路运输，也可以人力短途抬运。由于具有结构简单，互换性强，拆装迅速，运送方便等优点，已在抢修和施工生产中得到广泛使用。八三式铁路轻型军用桥墩是一种按平战结合原则研制的拆装式成套制式器材，既可用于中小跨度、中低高度桥梁，特别是铁路便桥桥墩的应急、快速抢修，也可在新建铁路工程中用作便桥桥墩、临时支墩和脚手架等，还可组成简易起重设备以及用于公路桥梁抢修等。全套基本器材只有杆件、配件9种，紧固件两种。垫梁与立柱杆件通用，大大减少杆件种类，提高材料使用率。杆件重量轻，最大单元重量约250公斤。拆装迅速，准备工作就绪，器材运到现场开始，使用随器材配备的专用小型吊装设备，人力拼装，可以在六小时内完成一座10m高的桥墩的安装任务。杆件最大长度仅3.5m，全部可用普通卡车装运，其装载系数较大，便于储运。我们现在常用的为八三式轻型军用墩，其更便于施工建筑。2.2.2 支架模型设计通过对钢箱梁的受力分析和军用梁和军用墩的性质和各项参数了解之后，可以对支架做出如下设计：整个钢箱梁长128m，宽25m。我设计的下面支架长130m，分为10段，每段跨长13m。每段两端分别由三个八三式军用墩横向排列支撑，每个军用墩间距为11.24m。在每两个军用墩的上面放一排11m的军用梁起支垫作用，此军用梁两端都用1.5m的段构件，中间连两个4m的标准三角军用梁构件。然后在每跨的军用墩上顺桥向排6片13m军用梁支架，这6片军用梁就放在起支垫作用的那两排军用梁上。这部分军用梁支架两端部都是由2.5m辅助段构件构成，中间同样由两个4m的标准三角军用梁构件组成8。示意简图如下：支架单跨正面图： 图2-2 单跨正面图支架单跨俯视图：图2-3 单跨俯视图支架单跨侧面图：图2-4 单跨侧面图如上述简图设计布置好后，开始加力，对其受力进行具体分析，判断其合理性。第3章 支架模型建立3.1 ANSYS简介在建立模型之前，先介绍一下我们建立模型所用的工具ANSYS软件。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。3.2 建立支架模型本次设计模型虽然长度达130m，宽度为25m，但长方向上全为重复结构，所以可以先做出一段梁来，其他部分均采用复制或镜像的方法，在分析的时候也只用研究这一跨即可。建完桥墩，设好距离，在其上加设计支架。单跨成形后，再向纵方向复制，得到整体模型。(由于本模型受的主要是Y方向的重力，双片梁可以简化成单片，忽略Z方向的稳定问题，当相应的截面属性增加一倍)具体步骤如下10：1.使用Element Type-Add/Edit/Delete 定义梁、杆单元，选用beam4、link8单元图3-1 定义单元2.Real Constants- Add/Edit/Delete 定义实常数。3.MaterialProps-MaterialModels-Structurl-Linear-Elastic-Isotropic 定义弹性模量和泊松比。4.采用节点法，先建出最下面的一个八三军用墩基本单元，这里用BEAM4单元，将其附上属性，连节点成单元，得到图3-2：图3-2 军用墩单元示意图5.将上述基本军用墩单元镜像，得到一个军用墩支撑，如图3-3示：图3-3 军用墩支撑示意图6.将此桥墩向右边考虑实际间距镜像，得到一端的所有军用墩摆放布置图，如图3-4：图3-4 单侧军用墩示意图7.在已经建好的这端军用墩左边部分的中间两两各放置设计的11m的军用梁支架，注意军用梁各段、各杆的尺寸参数，同时注意军用梁上有十二个需要耦合的点，简化图形，处理完毕得图3-5：图3-5 单片支架图8.再将上面的支架以军用墩中线镜像，得到一个完整的支座，上面用来放当做最后支架的军用梁，如图3-6所示：图3-6 单侧支架图9.在左端的三个耦合点处搭最上面那层支架，注意上下两层支架一定要有共同点并耦合，同时也注意军用梁各杆的属性参数，得图3-716：图3-7 搭设支架图10.将上面三个支架镜像，得到图3-8：图3-8 模型初成图11.将此一半模型依上图军用梁最右端镜像，得到单跨全部支架的立体图，设计的全部支架如图3-9所示：图3-9 单跨支架全形图12.这里给出了设计支架的单跨正面、侧面图，复制延伸即为整个支架：图3-10 单跨正面图图3-11 单跨侧面图第4章 支架模型计算与数据分析4.1 计算说明该支架结构是为了拼装钢箱梁而搭建的临时结构，所以本模型需要计算支架在拼装钢箱梁过程中的受力过程，钢箱梁的单元3m29.8m，所以需要分别计算在支架上3m、6m、9m、12m以及整跨加载钢箱梁时（这里因为只建了单跨13m，所以这里计算这整个单跨13m）支架的应力分布及变形情况。计算时只需把从主梁上的力等效为均部荷载加载到军用梁上，给支架加上自重即可，由于本支架模型只有十几米高，所以风荷载可以忽略掉。本课题研究的是钢箱梁在拼装过程中支架的受力问题，计算出支架的应力分布情况、最大应力及变形所出现的位置，有效的模拟出钢箱梁拼装过程的实际情况，为施工过程提供信息与帮助。4.2 放一片3m钢箱梁时的计算结果和数据分析当一片钢箱梁吊装在支架上，只将梁荷载加到了3m军用梁上，所以只有3m军用梁受力，此时只需在这3m军用梁上加力，并加自重，加力图形见图4-1。图4-1 支架上加载3m钢箱梁时模型图经过求解得到以下图形15：图4-2 3m变形图(单位：m)从图4-2中可知，此时最大变形DMX=0.013319m，变形出现在跨中，并且在允许范围之内。两边支座也因为受到压力，而有沉降变形。图4-3 3m轴向应力图(单位：Pa) 从图4-3中可知，最大拉应力为0.556Pa，最大压应力为0.596Pa，在屈服强度允许范围之内，符合安全要求。图4-4 3m剪力图(单位：N) 图4-5 3m弯矩图(单位：)从上俩图看到最大剪力、弯矩都出现在两侧，且在刚度要求范围之内。4.3 放两片6m钢箱梁时的计算结果和数据分析放6m钢箱梁与3m相似，即在6m军用梁上加载钢箱梁，且加自重，如图4-6：图4-6 支架上加载6m钢箱梁时模型图经计算得图： 图4-7 6m变形图(单位：m)从图4-7中可以看出，加6m钢箱梁时最大变形为0.022087m，同3m时相似，最大变形也出现在跨中，满足安全要求。图4-8 6m轴向应力图(单位：Pa)从图4-8中可以看出最大拉应力为0.900Pa，最大压应力为0.970Pa，满足标准。图4-9 6m剪力图(单位：N)图4-10 6m弯矩图(单位：)4.4 放三片9m钢箱梁时的计算结果和数据分析 9m情况相似，只需在9m军用梁上加均布力即可，并加自重，如图4-11所示：图4-11 支架上加载9m钢箱梁时模型图经计算得结果：图4-12 9m变形图(单位：m)从图4-12中可以看出在支架上加3片9m钢箱梁时支架最大变形为0.027752m，出现在跨中，满足安全标准。图4-13 9m轴向应力图(单位：Pa)从图4-13中可以得到，最大拉应力为0.112Pa，最大压应力为0.121Pa，满足标准。图4-14 9m剪力图(单位：N)图4-15 9m弯矩图(单位：)4.5 放四片12m钢箱梁时的计算结果和数据分析放四片12m钢箱梁情况依然相似，军用梁12m受力即可，加载情况如图4-16：图4-16 支架上加载12m钢箱梁时模型图经计算得结果：图4-17 12m变形图(单位：m)从图4-17中看出放12m钢箱梁支架最大变形为0.030317m，出现在跨中，满足安全要求。图4-18 12m轴向应力图(单位：Pa)从图4-18中看出最大拉应力为0.122Pa，最大压应力为0.132Pa，没有超出限制。图4-19 12m剪力图(单位：N)图4-20 12m弯矩图(单位：)4.6 整个单跨放钢箱梁的计算结果和数据分析整个单跨即13m受力，在13m军用梁上加均布载荷，并施加重力，如图4-21：图4-21 单跨13m加载钢箱梁模型图经计算得结果：图4-22 13m变形图(单位：m)从图4-22看出，加13m钢箱梁支架最大变形为0.030483m，出现在跨中，满足要求。图4-23 13m轴向应力图(单位：Pa)从图4-23中看出最大拉应力为0.123Pa，最大压应力为0.133Pa，满足要求。图4-24 13m剪力图(单位：N)图4-25 13m弯矩图(单位：)4.7 小结从以上的图中看出，不论放多少米的箱梁，最大变形都出现在跨中附近，而最大剪力和弯矩出现在两侧，所以跨中需要加强刚度，两侧需要加强强度。第5章 结论与展望5.1 结论本篇论文主要介绍了石家庄和平路高架桥拼装钢箱梁部分时的支架设计方法，比较详细的介绍了支架材料的选取标准，支架的设计方案及架设过程，最后用ANSYS软件模拟了加钢箱梁后的支架受力情况，并对结果进行了分析检验。钢箱梁长128m，宽25.5m，重1600多吨，因为荷载比较大，所以下面支架要有足够强的强度、刚度来承受荷载。在对各种支架材料属性做过对比之后，本次设计决定采用强度、刚度都较高的军用梁结构，军用梁承载力大，跨度容易布置，又便于拆装与互换，所以六四式军用梁是支架最理想的结构构件。本次设计的支架全长130m，分为等距10段，每段都长13m，宽22.48m。每跨都用八三式军用墩来支撑，然后横桥向在军用墩上面放两排军用梁来起支垫作用，最后在最上面顺桥向铺军用梁来支撑上面的钢箱梁。在建模过程中，支架的建模方法采用了节点法，先定出所有节点，然后按方案连成单元，在这种要注意重合点的耦合，这步很重要，军用梁采用beam单元，梁与梁之间相连一定有共同节点。计算模型受力时，因为钢箱梁3m一单元，所以将其分3m、6m、9m、12m及全跨受力来计算，并分析结果并检验，确保设计安全。5.2 展望在设计过程中，由于知识的匮乏，设计的并不是十分的合理，计算结果也和实际会有一定的误差，应仔细处理这些简化的部分，得到更准确的结果。经过本课题的研究，对于桥梁知识有了更深的认识，同时熟悉了ANSYS软件，并且复习了以前学过的钢结构、结构力学等专业课程，对自己有了一定帮助。现在科技发展日新月异，竞争越来越激烈，所以我们要掌握更多的知识，来迎接未来的挑战。参考文献1 GB50205-95 钢结构工程施工验收规范S2 GB50221-95钢结构工程质量检验评定标准S3 余宗明新型脚手架的结构原理及安全应用M北京：中国铁道出版社，20014 张立明Algor、Ansys在桥梁工程中的应用方法与实例M北京：人民交通出版社，20035 王守立四式军用梁在现浇砼连续箱梁跨河支架中的应用J科技咨询导报，2007，24：20216 王勖成，邵敏编有限单元法基本原理与数值方法M北京：清华大学出版，198846807 龙驭球，包世华主编面向二十一世纪课程教材，结构力学教程()M北京：高等教育出版社，20018 王道斌结构矩阵分析原理和程序设计M成都：西南交通大学出版社，20049 张家旭钢结构M北京：中国铁道出版社，199710 叶先磊，史亚杰ANSYS工程分析软件应用实例M北京：清华大学出版社，200311 王丽英桥梁工程M北京：中国建材工业出版社，2005146176，27928712 刘钊平面杆系结构通用计算程序及其工程应用J铁道建设，1993，27(2)：11413 常春敏，巨斌如战备器材用作建桥施工支架的设计J铁道建筑，2004，7：141614 梁海之大跨度钢箱梁架设施工技术J铁道标准设计，2005，7：727515 颜毅，杜鹏，高英祚，麻文燕桥梁施工过程分析在ANSYS中的实现方法J重庆交通大学学报，2007，10：181916 Simoes LMCOptimization of frames with Semi-rigid connections JComputer and Structures，1996，60(4)：53153917 WDenney Pate and WJay RohlederCradle of Invention JCivil Engineering March 2007：3643致谢在毕业设计的过程中，得到了许多老师和同学们的帮助，使我更好、更快的完成了本次论文。所以在此要特别感谢老师和同学对我的帮助和支持，特别是要感谢我们的指导老师符立勇老师。由于我一开始对ANSYS软件的掌握能力比较差，所以做起来显的很吃力，符老师就牺牲了自己很多的节假日和休息时间来对我进行辅导，帮助我解决了很多问题，使我的毕业设计得以顺利完成。毕业设计即将结束，在此向全体老师和各位同学对我的帮助和支持表示衷心感谢。 附录A 外文翻译Design, Construction and Instrumentation of the Maumee River Cable-Stayed Bridge Delta FramesIntroductionCurrently under construction, the new I-280 Maumee River Crossing Bridge Project inToledo, Ohio, at a cost of $220 million, is the largest single project ever undertaken bythe Ohio Department of Transportation. The new bridge will bypass one of the last liftbridges on the Interstate system allowing the existing bascule lift span structure to beused for local and pedestrian traffic. This basc