寶成線高邊坡崩塌防護工程腳手架有限元分析

茍小兵

1 工程概況

寶成鐵路K399段邊坡在5·12地震中,出現(xiàn)了巖體松動和崩塌的現(xiàn)象,如果不及時進行邊坡治理,很可能會危及到鐵路的安全運行。此鐵路段邊坡傾角幾乎為90°,垂直高度大約有120 m,在施工中需要預先搭設高度為100 m左右的鋼管腳手架供施工使用。通常情況下,腳手架的搭設不需要進行特殊的設計和研究,根據(jù)相應規(guī)范和施工經(jīng)驗即可搭設安全可靠的腳手架。《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》規(guī)定超過50 m高的腳手架應進行專門的計算,K399段腳手架的設計搭設高度大約100 m,邊坡傾角將近 90°,搭設困難比較突出。

此工程巖石為新鮮的石灰?guī)r,巖體堅硬,風化現(xiàn)象不明顯。腳手架下面的巖石上有一定厚度的土質(zhì)覆蓋層,施工時應清除干凈露出基巖,并澆筑混凝土。

為保證腳手架設計方案的安全及有效指導超高腳手架施工,現(xiàn)采用三維有限元進行模擬分析。

2 腳手架設計方案的選擇

此次計算作為選擇腳手架總體方案的依據(jù),共設計了4個設計方案,對4個腳手架方案的計算結果進行對比并選出最佳的設計方案(見表1)。

表1 腳手架預先設計的4套方案

腳手架的節(jié)點大多數(shù)都是剛性連接,只有在鋼管接長的時候是半剛性連接。現(xiàn)有的有限元程序都只能模擬純剛性或者純鉸接。因為實際模擬非常接近剛性連接,所以有限元計算的時候以剛性連接為準。

其有限元模型見圖1。

3 腳手架工況設計

根據(jù)不同的設計方案和施工進程,共設計了8個工況,它們的詳細信息如表2所示。……