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1、大跨径移动模架设计与施工技术研究科 研 大 纲路桥华南工程有限公司浙 江 大 学2006年11月20日目 录一、立项背景1二、研究思路1三、研究内容2四、技术路线31.资料收集与整理32.移动模架设计与加工制作技术研究33.移动模架现场操作工法研究94.移动模架整体工作性能检测与评价.105.移动模架浇注混凝土箱梁的施工工艺研究.136.移动模架浇注混凝土箱梁的质量控制措施研究.13五、工作安排16六、预期成果18大跨径移动模架设计与施工技术研究科研大纲本文从立项背景、总体研究思路、主要研究内容、技术路线、研究工作安排及预期成果等几个方面，对大跨径移动模架设计与施工技术研究课题作了一总体规划。
2、一、立项背景移动模架施工法自1950年联邦德国在考勃林茨近郊克钦卡汉桥施工以来，由于其具有很多优点而得到了广泛应用。我国的移动模架法自从在厦门海峡大桥首次使用以来，得到了广泛的推广应用，现已在海沧大桥、润扬长江大桥、南京长江大桥、东海大桥、苏通大桥、杭州湾大桥等多座具有重大意义的桥梁工程施工中应用，其施工能力从30m、40m发展到50m、55m，目前在建的珠江黄埔大桥移动模架施工跨度已达62.5m，这是目前世界上最大跨径。我国使用的移动模架设备也从国外引进发展到国内自主研发。近十五年以来，我国移动模架设计及施工技术都得到了很大的提高，施工能力已达到了国际水平，但由于我国移动模架施工方法起步相对
3、较晚，且有相当一部分移动模架的设计制造都是参考国外的。由于我国在钢材品质及制作加工工艺上同国际先进水平还存在一定的差距，导致移动模架在实际应用中还存在诸多问题，模架扭曲变形甚至倒塌的安全事故也时有发生，给人员安全、工程质量及工程进度等都带来了极为不好的影响。对于我国的移动模架设计及使用必须立足于我国的钢材品质及加工制作水平。目前我国移动模架的设计及制作规范和标准还不完善，移动模架安全使用也缺少统一的指导书，这些工作都急需进一步完善。因此，从保障工程施工安全，以及提高目前我国移动模架施工能力和水平的角度，有必要结合珠江黄埔大桥S11合同段移动模架法，对大跨度移动模架的设计及施工技术进行研究。二、
4、研究思路大跨径移动模架的设计及其施工技术研究课题涉及面广、实践性强，科研成果的工程应用价值高。因此，拟采取理论探讨、工程实践及升华反馈相结合的思路，积极开展课题研究工作。通过广泛深入分析移动模架的设计及施工使用的文献资料，了解移动模架的技术现状，重点分析移动模架在设计和使用中存在的技术难点；再以珠江黄埔大桥S11合同段桥梁施工为背景，研究并制定MSS62.5/2650型移动模架的技术要求及指标，以指导模架设计；在进行经济技术比较的基础上，对移动模架进行方案设计，并经详细的分析计算，进行移动模架加工图设计。在移动模架加工图设计完成后，根据模架的使用要求确定移动模架的加工制作工艺及要求；根据现场的
5、实际情况，制定移动模架现场拼装、提升、纵横移及整体拆卸方案；同时根据实施的实际情况，对加工制作工艺及现场拼装、提升、纵横移和整体拆卸等进行总结。在移动模架安装就位后，采取加载静压试验的方式对移动模架的整体工作性能进行检验，同时对加载过程中模架的应力及变形进行测量、分析，根据分析结果对模架整体性能进行评价，同时给出箱梁标高控制的实测依据。根据模架的工作性能，同时考虑混凝土箱梁的结构特点以及现场施工的具体情况，认真研究拟定移动模架浇注混凝土的施工工艺及外观质量控制措施；选择若干具有代表性的施工工况对移动模架的应力及变形进行监测，进一步对移动模架整体工作性能进行评价，调整混凝土主梁标高控制参数。认真
6、分析大跨移动模架施工混凝土箱梁的现场实施情况，对实施中的关键问题进行专题性研究。最后通过总结、升华及反馈的方式，形成一套具有重要工程应用价值的大跨度移动模架设计和施工技术。三、研究内容根据上述的研究思路，在大跨径移动模架设计和施工技术研究中，有如下的关键技术值得深入研究：(1) 相关文献资料收集与整理分析；(2) 移动模架设计与加工制作技术；(3) 移动模架现场操作工法；(4) 移动模架整体工作性能检测与评价；(5) 移动模架浇注混凝土箱梁的施工工艺；(6) 移动模架浇注混凝土箱梁的质量控制措施。四、技术路线针对上述的研究内容，分别对其技术路线进行具体阐述。1.资料收集与整理对于移动模架法施工
7、，在国际已有50多年的历史，而在国内也有近二十年的时间，在国内外已积累了非常丰富的移动模架设计和施工技术资料，尤其是国内，移动模架施工法处于快速推广期，有越来越多的桥梁工程使用移动模架法进行施工，这为我们进行大跨度移动模架设计和施工技术的研究工作提供了很好的参考。因此，大跨度移动模架设计和施工技术研究的第一步就是广泛收集移动模架法施工的设计和施工技术资料。在前期资料收集中，主要围绕本项研究所要解决的问题，进行以下几个方面工作：（1）收集国内外移动模架的发展及使用概况资料，分析移动模架法的优缺点及适用条件；（2）对移动模架的设计及构造要求资料进行收集和总结；（3）对移动模架现场操作要求和工法资料
8、进行收集，分析不同工法的差别和优缺点情况；（4）对移动模架浇注混凝土的施工工艺资料进行分析整理，分析不同浇注工艺的异同点及施工效果；（5）收集不同类型模架施工混凝土桥梁的线形状况及相应的控制措施和存在的难点，为确定本工程的线形控制措施提交参考。2.移动模架设计与加工制作技术研究移动模架设计与加工制作中主要涉及：设计要求和指标拟定、移动模架分析计算和结构设计、加工制作要求拟定等。2.1 移动模架设计要求和指标对于移动模架的结构设计，总的要遵循“安全适用、经济耐久”的原则，由于移动模架的至关重要性，其设计的合理与否直接关系到：桥梁施工质量、施工安全、施工工期及经济效益等，因此在移动模架设计前必须在
9、认真分析工程使用要求的条件下，拟定具体的设计要求及制定相应的指标。概括如下：（1）施工总体组织要求从方便施工的角度出发，提出与移动模架设计相关的要求，如：起吊设备、场地布置、工序协调等。（2）几何布置要求满足几何布置要求是移动模架达到预期使用目的的第一步，主要包括：主梁长度、前后导梁长度、施工作业净空、预拱度可调度、施工桥梁结构平竖曲线的调节要求等。（3）构造要求移动模架是一综合系统，一般由承重系统、支承系统、锚固系统、模板系统、液压系统等多个子系统组成，根据具体的工程要求，从构造上提出相应的要求。（4）材料要求对于模架不同部位，其工作状态和重要程度有所不同，整个系统所使用的材料不可能完全相同
10、，因此对各部件要提出相应的材料及性能要求，给出相应的物理力学特性参数。（5）结构强度和刚度要求根据模架施工具体工程的特点及模架结构材料特性，制定模架强度和刚度的具体要求。（6）荷载要求在认真分析模架工作状态和工作环境的基础上，拟定移动模架所承受的荷载种类及组合情况，以及在不同的荷载组合条件下，需要对移动模架进行验算的项目和要求。（7）移动模架的耐久防腐要求由于移动模架是需要长期反复使用的施工机具，须从耐久角度对模架防腐提出相应的要求。（8）设计参考技术标准对于移动模架，目前国内还没有一设计技术标准，因此在移动模架设计前须先拟定好供设计参考的相关技术标准。2.2 移动模架分析计算2.2.1计算分
11、析思路(1) 掌握移动模架的结构构造情况及现场工作使用情况。(2) 选择确定计算分析的力学物理参数。(3) 根据移动模架的工作原理和作业环境，确定移动模架在使用过程中可能存在的荷载工况。(4) 根据移动模架的传力机理，将移动模架结构分解成构件级，在此层面上，采用通用有限元软件，用梁、板壳及实体单元建立各受力构件的分析模型。(5) 采用上述模型，按已拟定的荷载工况，对各构件的强度、刚度及屈曲稳定进行验算。(6) 根据整体分析的计算结果，对需要进行局部分析的构件进行细部分析。(7) 将此分析结果与已有的计算分析结果及荷载试验结果进行对比，在此基础上完善分析模型。(8) 整理分析计算结果，对计算过程
12、进行总结，形成研究报告。(9) 跟随施工过程，积极配合施工，展开相应项目的验算及分析，并撰写专项分析报告，作为上述报告的附件。2.2.2计算分析内容对于移动模架结构，需要着重分析的构件有：(1) 移动模架的主梁；(2) 移动模架前鼻梁；(3) 移动模架后鼻梁；(4) 移动模架前支腿；(5) 移动模架中支腿；(6) 移动模架上、下横梁、吊杆及吊梁；(7) 外模板系统。要求对各构件，都须进行强度、刚度及屈曲稳定性的分析。2.2.3 作用于移动模架上的荷载分析正确分析移动模架在使用期间可能出现的荷载及其组合情况，是进行移动模架分析的关键一步。根据珠江黄埔大桥移动模架施工的实际情况，确定作用于其上的荷
13、载主要有三类：(1) 常规载荷；(2) 偶然载荷；(3) 其它载荷：是在其它某些特定情况下发生的载荷，包括在移动模架安装、纵移、平移及拆卸时出现的载荷，作用在移动模架的平台或通道上的载荷等。在进行移动模架结构计算时，将考虑三类不同的基本载荷情况(1) 无风工作的载荷情况；(2) 带风工作的载荷情况；(3) 受到特殊载荷的工作或非工作情况。2.2.4计算分析工况对于移动模架，拟定的计算分析工况主要有：(1) 空载状态(2) 首跨浇注(3) 标准跨浇注(4) 过渡跨浇注(5) 尾跨浇注(6) 移动模架纵向行走2.2.5 分析方法采用通用有限元软件（如ANASYS等），用空间梁、板壳、实体单元等对移
14、动模架的各构件进行离散，对各荷载工况分别进行分析计算。2.3 移动模架结构设计在移动模架结构设计的基本要求和相应指标确定后，便是根据这些基本要求进行模架结构的设计，移动模架结构设计和计算分析是个交互过程，通过分析结果来评估模架设计的合理性及修改完善模架设计。对于移动模架结构设计，具体按如下步骤进行：（1）模架结构选型与布置在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施，以使所得的
15、结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀、力学模型清晰、尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路进行传递。（2）预估截面结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁和支撑等的断面形状与尺寸的假定。构件截面形式的选择没有固定的要求，设计时应该根据构件的受力情况、工程经验，合理地选择安全经济美观的截面。如对于受压构件截面按长细比预估，通常50150，简单选择值在100附近，根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H型钢截面等。又如在确定了截
