鐵路大跨勁性骨架鋼筋混凝土拱橋設計研究QC成果報告(26頁).doc
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2024-07-09
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1、2016年度全國工程建設優秀QC小組成果材料鐵路大跨勁性骨架鋼筋混凝土拱橋設計研究鐵路大跨勁性骨架鋼筋混凝土拱橋設計QC小組1目 錄一、小組概況1二、工程概況1三、選題理由3四、設定目標3五、提出各種方案并確定最佳方案5六、制定對策15七、實施對策16八、確認效果22九、標準化23十、今后打算237一、小組概況鐵路大跨勁性骨架鋼筋混凝土拱橋設計QC小組成立于2014年10月,共有成員7名,其中組員5名,技術顧問2名,小組成員平均年齡36歲。全組成員均接受TQC教育達48小時以上,滿足教學大綱要求,成員表如下:表1 QC小組成員表序號姓 名性別年齡文化程度職 稱組內職務1男35工學碩士高 工組 2、長2男29工學碩士工程師副組長3男28工學碩士工程師組 員4女43工學碩士教 高組 員5男30工學碩士工程師組 員6男40大學本科高級工程師組 員7男43大學本科教 高技術指導8男49大學本科教 高技術顧問小組成立后,開展有記錄的活動共組織了8次,累計時長超過24小時,其中還組織了調研、研討及講座活動,本課題為創新型。小組成員組成和知識結構合理,成員大多是生產一線的中堅力量,具有豐富設計經驗,思維活躍,是一支具有創新能力、勇于承擔挑戰的隊伍。本課題完成于2014年11月課題,該成果用于設計,其設計文件通過了專家審查,于2015年1月取得成果。二、工程概況祁家渡黃河大橋為180m鐵路上承式勁性骨3、架混凝土拱橋,該橋主橋位于直線上,平坡,為級單線鐵路,設計行車速度120km/h。工點位于黃河峽谷區,橋址處地形狹窄,黃河溝谷呈典型的“V”字型,兩岸的坡面陡立,基巖裸露,陡立的岸坡頂部為黃土緩陵地貌,坡面順直,多成狹長的黃土梁地貌及坡頂渾圓的黃土茆地貌形態,局部發育有黃土沖溝,沖溝寬淺、坡面陡立。橋位位于劉家峽水電站大壩上游約4.6 km處,其上游約1km處為祁家黃河渡口,距蘭州市75公里。水庫東起劉家峽大壩,西至炳靈寺峽口,呈西南-東北走向,南接東鄉、臨夏縣,北連永靖縣,湖岸線長55公里,水面最寬處6公里,水域面積達130多平方公里,蓄水量約57億多立方米,正常水位1735米,海拔21004、米。劉家峽下游的蘭州市,天然百年一遇洪峰8080m3/s,城市防洪安全泄量6500m3/s。通過龍羊峽施工圍堰和劉家峽水庫對洪水的調蓄,蘭州最大洪峰流量控制到5600m3/s。圖1 工程地理位置圖設計中需考慮景觀、排洪、通航的要求,經多方案比選,最終推薦在該處采用主跨為180m勁性骨架鋼筋混凝土拱。拱肋高度37.5m,矢跨比為1/4.8。拱中心軸線采用懸鏈線方程,拱軸系數m=2.8。全橋孔跨布置為2-24簡支箱梁+1-180勁性骨架鋼筋混凝土拱+2-24m簡支箱梁。拱頂框架兩端各采用5x14.5m的橋面縱梁,橋面縱梁采用等高度鋼筋混凝土連續梁。勁性骨架鋼筋混凝土拱是沿拱圈軸線用鋼管建成鋼桁拱,5、以鋼桁拱作為承力結構,在其上懸掛模板,分環、分段、分層對稱、均衡的澆筑拱圈混凝土,最后合龍成拱。骨架采用鋼管混凝土結構,自重較小,有利于實現大節段的制作安裝,快速拼接成拱后即可作為所有后續拱箱施工的平臺,實現了無支架施工大跨徑混凝土拱圈。拱圈混凝土澆筑采用分環分段的程序,先澆筑的混凝土達到一定強度后參與骨架聯合承力,可以降低骨架的鋼材用量與造價。勁性骨架不僅作為施工支架,被混凝土包裹后在拱圈承受后續恒、活載時作為配筋的一部分參與受力,實現了鋼材的充分利用。跨徑較大時,勁性骨架的弦桿采用鋼管混凝土結構,使骨架的剛度和承載力都得到了較大提高。蘭合線祁家渡黃河大橋1孔180m勁性骨架鋼筋混凝土拱結構6、,是目前國內單線鐵路跨度最大的勁性骨架鋼筋混凝土拱結構,設計難度大,該種結構的尺寸擬定、結構構造設計、結構受力分析、鋼筋配置等方面具有創新設計性。三、選題理由1、勁性骨架鋼筋混凝土拱結構,是目前國內單線鐵路跨度最大的勁性骨架鋼筋混凝土拱結構,我院尚屬首次設計,缺乏設計經驗。2、勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的矢跨比、拱軸系數、立柱縱向間距是拱橋的重要參數,對結構的受力有較大影響。需要對矢跨比、拱軸系數、立柱縱向間距進行專項研究。3、拱圈的結構設計與其施工方法密切相關,施工過程及運營階段結構的應力應變受施工工藝的影響,而施工技術發展與創新,又推動著拱橋跨徑的不斷增大,所以,拱橋設計的合理性、可靠性、安7、全性、經濟指標和施工工期在相當程度上受拱圈施工方法的影響,需要對勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的施工方法進行專項研究。四、設定目標(一)設定目標1、以蘭合線勁性骨架鋼筋混凝土拱為工程載體,針對勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的受力特征,確定其合理的結構尺寸,充分體現勁性骨架鋼筋混凝土拱結構經濟、安全、環保、景觀效果好的優點。2、掌握勁性骨架鋼筋混凝土拱結構受力特征及詳細的結構分析計算方法,并完成結構設計。該勁性骨架鋼筋混凝土拱結構應能滿足時速160km/h單線“中-活載”列車正常運營,相關技術指標應滿足現行鐵路橋梁設計規范要求。表2 規范容許值豎向靜活載作用下拱橋1/4跨度撓度(mm)L/800梁體水平撓度8、(mm)L/4000靜活載作用下梁端轉角3 (二)目標可行性分析1、1993年,我院首次在三峽工程對外交通專用公路上完成了黃柏河特大橋施工圖設計,該橋主橋采用1-160m鋼管混凝土拱橋;1994年,在三峽工程對外交通專用公路上完成了下牢溪特大橋施工圖設計,該橋主橋采用1-160m鋼管混凝土拱橋;2009年在蘭渝線完成了渭河溝大橋施工圖設計,該橋主橋采用1-115m勁性骨架鋼筋混凝土拱橋。結合以上工程成功經驗,對開展勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計研究有著良好的技術基礎。2、小組成員有豐富的工程設計經驗和較強的分析問題、解決問題的能力。3、我院有多名鐵路橋梁設計專家,有強大的顧問團隊。4、在上述前提9、條件下,小組成員通過認真研究,對已建成的運行線路及收集資料分析論證,并通過對結構建模分析,本課題組有能力完成好勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計,實現課題目標。五、提出各種方案并確定最佳方案(一)橋型方案比選圖2 橋型方案比選圖影響跨徑的主要因素有地形、地物、地質、河流、橋面設計高程、設計洪水位及最高通航水位等。在山嶺區跨越深谷或河流時,主橋采用單跨上承式拱的情況較多,也是較為有利的橋型方案之一。特殊地形情況下,甚至只有主跨而無邊跨,此時,上承式拱優勢明顯。因為不論是連續剛構、矮塔斜拉橋和PC主梁斜拉橋,對于正常邊中跨比例的三跨布置,其主橋長度往往大于單跨上承式拱,而顯得不夠合理。在滿足地形、地物、10、地質、河流、橋面設計高程、設計洪水位及最高通航水位等的前提下,QC小組分別擬定勁性骨架鋼筋混凝土拱方案和連續剛構橋方案,然后分別進行分析,找出最佳方案。圖3 勁性骨架鋼筋混凝土拱方案 圖4 連續剛構橋方案表3 勁性骨架鋼筋混凝土拱方案和連續剛構方案比選匯總表 序號項目勁性骨架鋼筋混凝土拱方案連續剛構橋方案1主橋結構形式主拱圈為鋼管混凝土勁性骨架外包混凝土,拱上立柱為現澆鋼筋混凝土構件上部為預應力混凝土箱梁,下部為雙薄壁墩,高樁承臺基礎2從材料性能進行比選骨架采用鋼管混凝土結構,自重小,快速拼接后作為所有后續拱箱施工平臺,勁性骨架作為配筋的一部分參與受力,實現了鋼材的充分利用采用預應力混凝土結構11、,抗裂性好,剛度大;主跨跨度較大,橋墩較高,橋墩及基礎數量較大3從施工場地進行比選勁性骨架拱需現場拼裝,橋址處拼裝場地較小由于橋址處坡面較陡,施工樁基礎需設置施工便橋及鉆孔樁施工平臺4從施工技術和施工風險進行比選勁性骨架拱采用纜索吊施工,然后在勁性骨架上立模,澆筑混凝土,高空作業多,存在一定風險主墩墩高較高且兩岸岸坡傾斜,基礎條件差,施工難度較大。5景觀比較結構輕盈,視覺通透、造型美觀主橋水邊設墩且枯水期承臺和樁基礎外露,對景觀有影響比選結果是否經多方面論證、比較后,勁性骨架鋼筋混凝土拱方案一跨跨越水庫,對水庫環境影響較小,結構輕盈,視覺通透、造型美觀,與當地環境融為一體。故推薦采用1-18012、m勁性骨架鋼筋混凝土拱方案。(二)勁性骨架鋼筋混凝土拱橋結構構造方案比選圖5 勁性骨架鋼筋混凝土拱橋結構構造比選圖1、矢跨比比選圖6 矢跨比比選圖拱圈的矢跨比是拱橋立面布置的重要參數,對拱圈及拱座基礎受力、拱上立柱高度、拱圈施工、岸坡開挖工程量和主橋景觀均有較大影響。較大的矢跨比,拱圈水平推力較小,對基礎及墩臺設計有利,同時,拱圈的彈性壓縮、混凝土收縮徐變效應也較小,對拱圈受力較有利。缺點是因拱軸線較長,對拱圈穩定不利;地震時彎矩、水平力大;拱腳段很陡時,施工困難;拱上立柱較高,工程量較大。另外,矢跨比合理與否,還需要考慮軌面高程的要求,景觀要求也是矢跨比要考慮的重要因素。在滿足結構受力的前提13、下,QC小組分別擬定矢跨比1/4.8和1/4方案,然后分別進行優化分析,找出最佳矢跨比方案。表4 勁性骨架鋼筋混凝土拱結構矢跨比比選匯總表 方 案矢跨比1/4.8矢跨比1/4拱腳水平推力(kN)4778344359拱上立柱高度(m)26.532.0拱座位置位于黃河岸側位于黃河水中景觀效果好較好比選結果是否從表4的分析結果可以看出,矢跨比1/4.8的景觀效果好,立柱較低,拱座位于黃河岸側,利于施工,故將矢跨比1/4.8方案作為推薦方案。2、拱軸系數比選圖7 拱軸系數比選圖懸鏈線拱軸方程的主要參數是拱軸系數m,拱軸系數增大,拱腳恒載彎矩偏心減小,拱頂恒載彎矩偏心增大,過度增大拱軸系數會使拱頂下緣受14、拉出現裂縫。在滿足結構受力的前提下,QC小組分別擬定拱軸系數m=2.8和3.5方案,然后分別進行優化分析,找出最佳拱軸系數方案。表5 勁性骨架鋼筋混凝土拱結構拱軸系數比選匯總表 m拱腳截面(恒載)1/4處(恒載)拱頂截面(恒載)M(KN.m)N(KN)M/NM(KN.m)N(KN)M/NM(KN.m)N(KN)M/Nm=2.8-42184-553700.76-1734-427260.0411628-383920.3m=3.5-26112-555280.47-6568-430640.1515666-387540.4從表5的分析結果可以看出,拱軸系數越大拱腳處M/N越小,而拱頂處M/N越大。拱腳為15、實體截面,且尺寸也比較大,拱腳的M/N可以大一點,鑒于此盡量滿足拱頂截面M/N小一點。且鐵路橋涵設計基本規范(TB10002.1-2005)第5.2.2節要求“當采用懸鏈線為拱軸線時,宜采用較小的拱軸系數m值”。故將拱軸系數m=2.8方案作為推薦方案。3、拱上立柱間距比選圖8 拱上立柱間距比選圖拱上立柱的布置是上承式拱橋總體設計的一項重要內容,立柱間距小,拱圈受力較為均勻,橋面梁跨度相應小。在滿足結構受力的前提下,QC小組分別擬定拱上立柱間距14.5m和18.0m方案,然后分別進行優化分析,找出最佳拱上立柱間距方案。圖9 立柱間距14.5m方案圖10 立柱間距18.0m方案表6 立柱間距比選匯16、總表 方 案立柱間距14.5m立柱間距18m拱腳彎矩(kN.m)10722111254橋面梁跨中彎矩(m)1371718549景觀效果好較好比選結果是否從表6的分析結果可以看出,立柱間距14.5m方案對拱腳及橋面梁跨中彎矩均有利,同時從景觀考慮,立柱間距14.5m方案優于立柱間距18.0m方案,故將立柱間距14.5m方案作為推薦方案。(三)勁性骨架鋼筋混凝土拱橋結構施工方案比選圖11 勁性骨架鋼筋混凝土拱結構施工方案比選圖勁性骨架鋼筋混凝土拱結構應用于蘭合線祁家渡黃河大橋,該處跨越黃河,施工中需要考慮施工方案可行性、合理性、安全性以及對航運的影響。QC小組在總體施工方案設計中主要考慮了轉體施工17、法、懸臂施工法、勁性骨架施工法三種施工方案,然后分別進行優化分析,找出最佳施工方案。1、轉體施工方案將拱圈分為兩個半跨,分別在兩岸利用地形做簡單支架預制拱箱,利用結構本身及臨時結構組成扣錨體系,張拉扣索使拱箱脫架。拱箱、平衡重、轉盤上蓋及扣索組成轉體體系,借助預先設置的摩擦系數很小的環形滑道,用卷揚機或千斤頂牽引,將兩岸的半跨拱箱平面轉體至設計的橋軸線位置,然后進行拱頂合龍。圖12 轉體施工方案2、懸臂施工方案在兩岸合適位置設立天線主塔,主塔上安裝的主纜跨度須大于拱圈跨徑,并方便吊運和安裝全部拱箱節段。主塔高度應能確保拱頂節段的安裝。拱箱節段就位后,須用扣索承力及定位,故需設置扣索索塔。較矮的18、扣索可以利用兩岸墩臺作扣點,高出墩臺的扣索,應另外布置索塔。扣塔與主塔可以分別布置,也可以主、扣塔合一。主塔因受力較大,承受前后兩側水平力不平衡差值,塔頂允許一定量的水平位移故塔腳設計為鉸接。扣索用以調整拱箱節段的準確位置并最后定位,扣塔的水平位移須嚴格控制,扣塔腳設計為固結。在索塔與扣塔系統形成后,拼裝預制節段混凝土,直到拱頂合龍。圖13 懸臂施工方案3、勁性骨架施工方案沿拱圈軸線用型鋼或鋼管建成鋼桁拱,以鋼桁拱作為承力結構,在其上懸掛模板,分環、分段、分層對稱、均衡地澆筑拱圈混凝土,最后合龍成拱。跨徑較小時,可以采用型鋼做勁性骨架。當跨徑較大時,則采用鋼管混凝土做勁性骨架。因此,在空鋼管配19、合型鋼形成勁性骨架鋼桁拱之后,應先在鋼管內灌注混凝土,使之成為鋼管混凝土勁性骨架拱,然后再澆筑拱圈混凝土。鋼管內壓注混凝土后,澆筑拱圈混凝土是這一工法最關鍵的施工階段,隨著混凝土的逐步施工加載,勁性骨架拱的內力與變形不斷變化,當先期完成的混凝土拱環達到一定強度,實際上能參與勁性骨架拱聯合承力,而這種鋼-混凝土組合結構的內力也在不斷變化。圖14 勁性骨架施工方案表7 鋼桁-槽型梁組合結構施工方案比選表 方案項目勁性骨架施工方案懸臂施工方案轉體施工方案優點實用無支架施工大跨徑混凝土拱圈,實現了鋼材的充分利用。懸拼預制節段,施工進度快。改善了施工環境與施工條件,施工進度快。缺點施工工藝復雜,存在一定20、得安全風險。懸拼預制節段過程中,存在一定安全風險,施工時影響橋下通航。上下轉盤的加工制作等工藝較繁瑣,轉體過程存在一定安全風險。比選結果是否否由于祁家渡黃河大橋橋位處地勢陡峭,轉體施工方案難以實施;同時懸臂施工方案不能滿足施工過程中通航要求,因此最終選用勁性骨架施工方案作為推薦方案。綜上所述,鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計方案的確定流程如下圖:圖15 最佳設計方案確定過程匯總圖設計方案確定后,鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計流程圖主要分四個步驟,流程圖如下:圖16 結構設計流程圖六、制定對策表8 對策表 步驟對 策目 標措 施執行人完成時間及地點1擬定勁性骨架鋼筋混凝土拱結構細部構造尺寸滿足21、限界、構造、受力要求,施工方便,結構經濟。1、確定拱肋高度及寬度、立柱縱橫向尺寸、梁部結構高度及頂底板厚度。2、對擬定的結構進行初步結構分析。易成孫智峰黃小安倪燕平莊嚴雷曉峰陳應陶2014年10月(西安)2確定勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計參數主要確定鋼及混凝土計算參數、鋼構件計算長度和橋面板沖擊系數。1、 參照國內外相關橋梁設計規范;2、 參考國內外類似結構的設計參數;3、 通過有限元分析;4、咨詢橋梁專家。易成孫智峰黃小安倪燕平莊嚴雷曉峰陳應陶2014年10月(西安)3對設計方案進行有限元分析結構強度、應力及變形滿足規范要求。采用平面桿系模型(Bsas for windows)和空間有限元模22、型(Midas Civil、FEA、ABAQUS)進行了結構分析,并相互校核。易成孫智峰黃小安倪燕平莊嚴雷曉峰陳應陶2014年11月(西安)4確定勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的技術要求提出勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的總體分析方法、施工方案和質量控制措施。1、根據勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計研究報告總結分析方法。2、參照現行橋梁施工技術指南。3、征詢業主、施工、咨詢等參建單位意見。易成孫智峰黃小安倪燕平莊嚴雷曉峰陳應陶2014年11月(西安)七、實施對策實施一:擬定鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構細部構造尺寸。通過收集國內外類似結構的技術資料,并了解相關工程建設信息,對收集到的資料小組成員共同學習,消化吸23、收并進行創新設計,并在專家指導下擬定鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構輪廓尺寸如下:圖17 鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構基頂平面圖圖18 鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構立面圖確認效果:通過拱肋高度及寬度、立柱縱橫向尺寸、梁部結構高度及頂底板厚度的比選,最終得到拱肋截面寬2.5m,拱頂截面高3.5m,拱腳截面高6.0m、立柱縱向寬1.6m,橫向寬2m、梁部采用單箱單室截面,箱梁高1.8m,頂板寬9.1m,底板寬4.9m,跨中腹板厚40cm,頂板厚27cm,底板厚30cm。實施二:確定相關設計參數。勁性骨架鋼筋混凝土拱結構是國內較少使用的一種新型結構,鋼及混凝土計算參數、鋼構件計算長度和橋面板沖擊系數等相24、關設計參數國內現行橋梁設計規范并未明確,需要設計者自行研究把握。為此,小組成員大量查閱了國外結構設計規范。鋼構件計算長度按有限元屈曲穩定分析結果取值。橋面板沖擊系數以仿真分析結果與按荷載影響線計算結果相比較,取最不利值控制設計。確認效果:通過借鑒國外規范和有限元分析,確定鋼及混凝土計算參數、鋼構件計算長度(0.8*Lo)和橋面板沖擊系數(1.32)。實施三:對結構進行有限元分析在對勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計、施工、使用情況有了一定了解并確定其輪廓尺寸后,分別采用平面桿系模型(Bsas for windows)和空間有限元模型(Midas Civil、FEA、ABAQUS)進行了分析,平面桿系25、模型主要用于結構的整體受力分析及混凝土收縮徐變的分析。空間有限元模型主要用于截面應力分布規律的研究,根據空間有限元模型的計算結果對平面桿系模型及結構的總體應力儲備進行調整。采用MIDAS CIVIL建立空間有限元模型進行加載計算。計算模型如下:圖19 鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構有限元模型圖20 中-活載作用下勁性骨架鋼筋混凝土拱結構結構變形圖 分別取運營階段拱肋跨中、1/4截面及拱腳位置進行對比分析及截面檢算,提取模型中各結構關鍵點處的內力值進行檢算。勁性骨架鋼筋混凝土拱結構受力呈明顯的空間受力特征,設計中分別采用平面桿系模型(Bsas for windows)和空間有限元模型(Midas 26、Civil、FEA、ABAQUS)進行了分析,通過多種結構分析軟件計算,主要計算結果如下:(一)結構變形、變位1、按鐵路橋涵設計基本規范5.2.5條,拱橋的1/4跨度處,由列車豎向靜活載所產生的上下撓度(絕對值)之和(0.014(上)+0.016(下))/115=0.2/8001/800,滿足規范要求。2、按鐵路橋涵設計基本規范5.1.2條,拱上連續梁結構由于列車豎向靜活載所引起的豎向撓度0.069cmL/800=1.813cm,滿足規范要求。3、按鐵路橋涵設計基本規范5.1.2條,引橋簡支梁結構由于列車豎向靜活載所引起的豎向撓度0.32cmL/800=3.0cm,滿足規范要求。4、拱上連續梁27、結構由于列車豎向靜活載所引起的梁端轉角0.00054rad0.003rad,滿足規范要求。5、拱上簡支梁結構由于列車豎向靜活載所引起的梁端轉角0.00043rad0.003rad,滿足規范要求。6、在列車活載、橫向搖擺力、離心力、風力和溫度力的作用下連續梁梁體的水平撓度0.00133cmL/4000=0.363cm (L=14.5m),滿足規范要求。7、在列車活載、橫向搖擺力、離心力、風力和溫度力的作用下拱肋的水平撓度0.914cmL/4000=4.5cm (L=180m),滿足規范要求。(二)地震特性分析采用MIDAS軟件對空間結構進行動力特性分析,得出結構前五階自振周期及振型特性如下表所示28、。表9 周期及振型特性振型周期(sec)振型特性N0.11.516對稱橫向撓曲振動N0.21.239反對稱縱向撓曲振動N0.31.120279對稱縱向撓曲振動N0.41.120254反對稱縱向撓曲振動N0.50.918對稱豎向撓曲振動圖21 第一階振形:對稱橫向撓曲振動圖22 第二階振形:反對稱縱向撓曲振動(三)截面檢算表10 拱肋截面檢算表截面位置縱向控制組合鋼筋根數鋼筋應力(Mpa)混凝土應力(Mpa)裂縫備注拱腳主+附3032127.7130.07大偏心受壓空實交界處 主+附3032149.515.10.016大偏心受壓1號立柱處 主+附3032125.212.70.002 大偏心受壓229、號立柱處 主+附3032132.513.40.000 小偏心受壓3號立柱處主力3032116.711.70.000 小偏心受壓1/4處 主力1532128.7130.000 小偏心受壓4號立柱處主力1532118.211.90.000 小偏心受壓5號立柱處主+附1532168.517.20.016大偏心受壓拱頂 主力153215015.40.012 大偏心受壓計算結果整理后,多次向院內外專家進行咨詢,確保計算成果正確。我院陳應陶多次參與小組活動,并給與了精心指導,參與主要技術標準的制定,組織小組成員進行技術培訓,通過QC小組活動,小組成員的設計能力有了顯著提高,也為圓滿完成設計任務奠定了基礎。30、確認效果:從平面桿系、空間梁-板單元模型、三維實體單元模型等有限元分析結果可得知,均滿足規范要求。實施四:確定勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的技術要求根據勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計研究報告總結分析方法如下:平面桿系有限元分析,可以比較方便的進行混凝土收縮徐變的模擬,主要定位于結構的總體受力分析,得出對應設計規范的各項強度和應力以及抗裂等設計指標,同時進行總體豎向剛度的評價。空間梁板單元有限元分析,考慮拱肋和橋板面的影響,主要是控制拱頂框架的強度和應力,對結構的橫向剛度進行評價,同時分析離心力、風力等橫向荷載對縱向受力的影響,并對全橋進行整體穩定分析。三維實體單元有限元分析主要控制結構的局部應力設計31、剛度設計,如空間主應力的處理、梗脅角隅處應力的處理以及結構的豎向、橫向變形,同時為結構橫向計算提供理論依據。在查閱鐵路橋涵施工技術指南、鐵路施工規范以及征詢施工單位、業主、咨詢單位等各方和專家意見的基礎上,本QC小組成員認真討論,集思廣益,提出勁性骨架鋼筋混凝土拱結構施工方案和驗收的技術要求,為蘭合線勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的實施提供了指導意見,達到了本實施階段的目標確定鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構技術要求。確認效果:通過鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計研究,確定了其技術要求(設計方法、設計參數、施工方案和驗收技術要求),有效地指導了設計和施工。八、確認效果(一)檢查目標1、確定的勁性骨架鋼32、筋混凝土拱結構構造尺寸及結構分析成果,經院技術主管領導審查通過,在蘭合線鐵路工程施工圖設計專家評審時,認為確定的勁性骨架鋼筋混凝土拱結構構造尺寸經濟、合理、美觀,分析成果可信、可靠。2、確定的勁性骨架鋼筋混凝土拱結構構造尺寸及結構分析成果滿足時速160km/h單線“中-活載”列車正常運營,相關技術指標應滿足現行鐵路橋梁設計規范要求。表11 規范要求與計算結果對比表項目規范容許值計算結果是否滿足要求豎向靜活載作用下拱橋1/4跨度撓度(m)L/8000.2滿足0.225梁體水平撓度(m)L/40000.00914滿足0.045靜活載作用下梁端轉角30.5滿足3、通過本QC小組活動,在小組成員共同努33、力之下,順利完成了鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計研究工作,小組成員基本摸清了勁性骨架鋼筋混凝土拱結構受力機理,掌握了勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計程序及方法。目前,已完成全套設計圖紙,并通過了總體單位、咨詢單位審查,成功應用于蘭合線鐵路工程建設當中,達到了設定預期目標。(二)經濟效益鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構具有諸多優點,勁性骨架不僅作為施工支架,被混凝土包裹后在拱圈承受后續恒、活載時作為配筋的一部分參與受力,實現了鋼材的充分利用;拱圈混凝土澆筑采用分環分段的程序,先期澆筑的混凝土達到一定強度后參與骨架聯合承力,可以降低骨架的鋼材用量與造價;故經濟效益顯著。(三)技術效益鐵路勁性骨架鋼筋混凝34、土拱拱肋為箱形截面,是一種上承式結構,拱肋存在彎剪扭效應,其空間受力復雜,通過QC小組活動,小組成員基本掌握了鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計程序及結構分析方法,提高了小組成員的結構分析能力。本次研究成果直接應用于蘭合線鐵路的建設實踐,并為類似結構在高速鐵路、普速鐵路、城際鐵路、軌道交通等領域的推廣與應用奠定技術基礎。(四)社會效益鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構一跨跨越黃河,較為環保;結構通透性好,景觀效果好,QC小組的研究成果具有明顯的社會效益。 九、標準化1、該成果形成的鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的設計作業指導書,經處級評審已經納入設計作業標準。該成果將應用于為我院后續設計的類似工程項目中35、,提高設計效率。2、本次QC活動積累的成果進行了認真分析和整理,最終形成以下幾份報告:勁性骨架鋼筋混凝土拱結構合理構造與計算方法的研究報告、勁性骨架鋼筋混凝土拱結構行車動力特性的研究報告、勁性骨架鋼筋混凝土拱結構施工工藝及質量控制措施的研究報告等,為勁性骨架鋼筋混凝土拱結構在鐵路、城際、軌道交通等領域的推廣應用奠定技術基礎。小組成員根據本次QC活動成果,總結出一套系統的勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計、分析方法。 十、今后打算通過本QC小組活動,成功完成了蘭合線鐵路勁性骨架鋼筋混凝土拱結構設計,并將為其它領域同類工程提供指導和借鑒;同時增強了小組成員的團隊協作能力,進一步增強了分析問題和解決問題的信心和能力,有效地保證了設計質量,提高了工作效率,今后主要打算完成以下工作:1、促進小組成員對研究成果、方法的整理并發表相關論文,對勁性骨架鋼筋混凝土拱結構的細部構造做進一步深入研究,為后續類似工程設計提供技術支持。2、在今后的工作中,我們還要繼續發揚本次QC活動過程中體現出來的拼搏和創新精神,不怕困難,勇攀高峰,不斷總結,提高質量意識和管理水平,以管理促設計,以質量促成果,優質高效地完成新任務。