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墩模施工抗风稳定性的验算及抗风安全措施
发布时间:2025-08-15
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  兰新铁路第二复线(新疆段)属中温带干旱大陆性气候,气候干燥,旱季长、雨季短,降雨量较少且集中,昼夜温差变化较大,春、秋季多风,夏季短促,冬季寒冷,风区长度占比超过地半,故大风是本线值得特别注意的一个特殊气象问题。全线含有大量实心墩、空心墩及双柱墩形式的桥墩工程,其间墩模独立状态属抗风最不利状态之一。为确保工程质量与施工安全,特就本线墩模施工阶段的抗风安全措施及抗风稳定性检验方法,提出此草案,供各施工单位借鉴、参考,并在试用中逐渐提高、完善,以便在深入总结施工现场抗风安全经验之后,能为此后风区墩模的安全施工提供的较为系统的指南。

  双线圆端型薄壁空心墩:墩高约15m〜30,横桥向长轴长度7.8m〜9.0m,

  顺桥向短轴长度3.4〜4.0m。由于空心墩的承受的浇注混凝土压力较小,故双线圆端型空心墩一般不采用满桁架式构造。

  圆端型实体墩:一般由一个直体墩身与其上的双曲线型墩帽组成。采用满桁架式结构,桁架之间由拉杆固定。

  双柱式实体墩:一般由两个直体墩身与其上的双曲线型墩帽组成,也采用满桁架式结构。

  对于整体式墩模,当其全部拼装到位而混凝土尚未浇注时,是典型的抗风最不利状态之一。采用翻模施工的高墩,也同样存在这一最不利状态。因此,为确保风区此类墩模的施工安全,需根据有关部门提供的施工场址的施工检验风速,对墩模在最不利状态下的抗风稳定性进行验算,以确定是否需要采取临时抗风设施。

  根据结构风压计算原理,作用于建筑物表面任一高度z处的风荷载标准值wk可由下式计算:

  其中P为高度Z处的风振系数,p为风载体型系数,p为风压高度变化系数,P为

  空气密度,w0为施工场址的基本风压,故wk为考虑了结构顺风向振动效应后的风荷载标准值。

  基本风速V0为开阔平坦地面10m高度处的10分钟年最大平均风速。重现期分别为10年、50年及100年的全国基本风速值可由文献6的附表A查得。

  常见建筑物的风载体型系数P,可由文献1的表7.3.1查得,对于该表所列类型之外结构物,其风载体型系数只能由风洞试验、数值风洞或现场测压得出。

  对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别、按文献1的《风压高度变化系数七》表确定(见表1)。根据地面粗糙度的不同,将地貌分为A、B、C、D四类,分别为:

  对于山区的建筑物,或远海海面和海岛的建筑物及构筑物,风压高度变化系数按平坦地面的粗糙度类别,由表1确定后,尚应考虑地形条件的修正,具体的修正系数按文献1给出的相关表格或计算公式取值。

  若缺乏现场附近的风环境观测资料,Vd10无法由概率推算而得,此时也可由文献6给出的风速重现期系数门进行估算:

  对于高度大于30m、且高宽比大于1.5或基本自振周期T1大于0.25s墩模,

  应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。高度z处的风振系数P可按式5计

  其中:E是脉动增大系数,V脉动影响系数,七为振型系数,脉动增大系数与脉动影响系

  类、C类和D类地区,应按当地的基本风压分别乘以1.38、O.62和0.32后代入。表3、脉动增大系数E

  当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化,而质量沿高度按连续规律 变化时,表4给出的脉动影响系数v应再乘以修正系数。b和0y。其中。b为墩模迎风面在Z

  因此,当墩模各表面风载体型系数已知时,很容易根据式(1)求出每块墩模 在顺风向所承受的风压值,乘以每块墩模的面积,便得出各自所承受的、顺风向 风荷载。由此便可方便且较为准确地计算出顺风向静风荷载的倾覆力矩;当墩模 各表面风载体型系数未知时,可根据经验,参照文献1相似结构的风载体型系数 的取值,将顺风向、前后两个表面的风载体型系数简单地合成为一个经验值以进 行简化的静风稳定性验算。

  以图1所示的独柱墩整体为例(此处将墩模迎风面简化为一个承载面,实际 验算时,可根据不同高度,划分为若干承载面),验算顺短轴方向的抗风稳定性 , .... 3 ..

  时,AB为其转动轴,风荷载F可近似作用于-H处(H为墩高),其大小为: wi 4

  当ks 1.5时,必须沿顺风向、在墩模上下游两个表面、对称增设缆风绳。

  对于图2所示的双柱墩整体墩模,在验算沿短轴方向的稳定性时,可将倾覆 力矩分为由两个墩身及一个墩帽的风荷载的合成。对于双柱墩,一般无需验算沿 长轴向德抗风稳定性。但根据具体施工流程,有可能需验算单柱直体墩身在最不 利抗风安全状态下的稳定性。

  鉴于目前国内外建筑规范尚无圆端型墩柱的具体风载体型系数,对于本线位 于风区、典型的高墩,似有通过风洞试验或数值风洞获得真实的风载体型系数的 必要。

  独柱墩与双柱墩的抗风缆索,可参照图3一图5的示意简图增设。当独柱墩 迎风面较宽时,也可采用与图3类似的两对平行抗风缆索方案。图4方案适用于 高度较低的双柱墩,但对高墩而言,图5的抗风缆索增设方案更加安全、可靠。

  ◊密切监视施工场址附近地区的天气预报,严格遵守兰新铁路新疆有限公司关 于一般安全作业、不安全作业及严禁作业的相关规定,防患于未然。

  ◊对超过10m的高墩,必须做好抗风稳定性的验算。对需要增设抗风缆绳的工 况,提前落实抗风缆绳的墩身及地锚固结点。抗风缆绳一旦安装,一定张拉 到位,不允许松弛抗风缆绳出现。

  ◊位于风速大于35m/s的强风区、高度大于30m的高桥墩,其墩模施工是防风 重点。为确保混凝土浇注的连贯性,对于整体式墩模,其顶部模板段可设计 成高出墩顶平面1〜1.5m,在此段增设适当的“井”型或“田”型平联,即 可增加墩模刚度,又可对混凝土的养护起到一定的保护作用。

  ◊对于个别采用爬模工艺施工的高墩模板,建议在顶部工作平台位置,设置抗 风架。该抗风架的主体为四根方形立柱,上端由横、纵联系梁连成一体,下 端通过对拉杆固定在已经完成的墩身上。固定好的抗风架对新立的模板夹紧 并定位,同时两组抗风架八根立柱也给平台限位,这样模板及平台不会因 风力而晃动,保证了施工质量及施工人员高空作业安全。当最上层模板完成 混凝土灌注后,先要松开抗风架与模板的连接并提升抗风架1. 5m,才能拆 除最下层模板。抗风架与模板以相同的方式循环翻身,直至墩顶。

  公路桥梁抗风设计规范(JTG\T D60-01-2004),中交公路规划设计888集团官网入口院, 人民交通出版社,2004