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2015年度大学生材料力学竞赛主观视频题解析

作者:马红艳   时间:2015-11-23   点击:[]

 

2015年度大学生材料力学竞赛顺利落下帷幕。主观题部分(占15分),通过现场播放一段材料力学相关的工程问题视频,参赛者给出解释或联想发挥。

主观题部分现场播放的是一段昆明地铁施工视频。

观看视频,从中发现与材料力学有关的工程问题,给出解释或说明。

昆明地铁施工采用的是半盖挖法。半盖挖法全称半盖明挖顺作法,是为了不影响交通或其他城市功能,在深基坑开挖前先施工临时路桥遮盖一半,另一半敞开明挖顺作施工基础结构的一种工法。其特点是可克服以往逆作法施工进度慢、质量较难控制的缺点,不影响基坑上面的交通或其他功能。但临时路桥的施工质量及维护就至关重要。施工顺序:将道路交通向一侧改移,围挡施工一边的第一道支撑及路面板系统,将交通疏解向施工完毕的一侧改移,施工场地相应转移至另外一边。

在该施工场地内,完成其余部分的地基加固、围护结构、桩、临时立柱等结构,然后根据设计要求,向下开挖基坑,及时进行支护,开挖至基底后,向上回筑并拆除支撑,直至完成主体结构。地铁开挖现场,挖“壕沟”建地铁导墙,而导墙是半盖挖法必需的一个步骤,将水泥钢筋导墙垂直延伸至地下,工人在地底施工。一方面保证工程进度,一方面保证另半边路的正常通行。

半盖临时路桥采用钢结构,桥面采用钢筋混凝土空心预制板,上铺混凝土及沥青路面。桥横梁采用钢板焊接工字梁,梁枕于临时立柱及另一侧围护结构的冠梁上并用螺栓固定。临时立柱为采用钢板焊制的格构式钢柱,并用人工挖孔桩先行埋入桩底基础中。桥柱是双工字钢用角铁网连而焊制的格构式柱,钢柱是临时路桥的关键结构,其质量的好坏是整座桥的生命线,所以桥柱的制作须在厂家的专业车间内一次成型后运至施工现场。

钢柱的构件及焊缝均用超声波进行无损探伤检测,同时应采取一定的措施以防焊接时变形。用人工挖孔桩的桩底施筑桥柱的钢筋混凝土基础,基础内预埋柱脚锚栓及钢板,必须按钢柱的尺寸要求精确预埋。由于钢柱较长,故采用双吊机起吊,安装时柱脚套入预埋的锚栓,而柱顶在挖孔桩内离地面尚有一定距离,故需制作一个导向架露出地面以调节柱顶的安装精度,其与柱顶用螺栓连接。钢柱就位后,柱底的位置就已准确,而柱顶则用千斤顶进行位置调整,准确后用槽钢焊成井字结构加以固定。为了增加钢柱的稳定性,在基坑开挖时凿除并用槽钢将钢柱连接起来,以保持桥柱的整体稳定。

桥板由于荷载和跨度都较大,且为空心板,故其制作要求较高,需由专业厂家预先制作,并待其达到一定强度后方运至现场。桥板与钢梁之间放置橡胶支座,且加焊防震锚栓,用沥青填充锚栓孔,以提高路桥的抗震性能。桥板面铺钢筋混凝土后,再铺沥青,使桥面与相邻路面高度一致。桥柱与主体结构的交接及防水处理桥柱虽是临时结构,但在主体结构施工完毕后才能拆除,这样桥柱就需穿越主体结构的底板和顶板,施工时只能将与底板、中板、顶板相交的桥柱埋入混凝土内,其余钢柱则切除处理。

而最为重要的是埋入底板、顶板混凝土内的钢柱可能成为主体结构防水的薄弱环节,所以需作特殊防水处理。其加强处理的办法为:在钢柱周边加焊止水钢板;在钢柱周边缠绕遇水膨胀橡胶止水条;在底板钢柱周围加填非焦油聚氨脂防水涂料,并与柔性防水卷材搭接。临时路桥的监测由于临时路桥要承受整个施工期间车流的行车荷载,为确保安全,对各点同时作沉降和位移观测,为保证数据的准确性,应使观测点不与钢梁和预制板接触。

在基坑开挖和围护墙体深度范围内需注意的土层有含水量高、孔隙比大、强度低、渗透性差的特点,基坑开挖时易产生流变现象,导致围护结构稳定性差;在基坑开挖过程中易发生塌方、流砂等情况,须配合必要的止水、降水措施。在基坑上部土体开挖后,在进行加固处理时必须满足两个要求:避免土体深层出现滑移,保证基坑开挖面的稳定;提高地基承载力,保证日后使用阶段地基不下沉。考虑到周边环境及水文地质条件,基坑采用地下连续墙+内支撑的围护方案,主要采用地下连续墙作为围护结构。由于基坑形状不规则,为便于支撑设置和安排施工工序,内支撑体系采用混凝土支撑,沿基坑竖向设置。

竞赛主观题综合考察了学生们独立思考能力、对力学知识的理解深度广度、对社会事件的关注程度,对知识运用的灵活度等等。

参赛精彩解答:

视频和点评由马红艳老师提供。

 

运载工程与力学学部  

工程力学系基础力学研究所

2015年11月12日   

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