匝道桥现浇支架施工方案.docx
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匝道桥现浇支架施工方案
匝道桥现浇支架施工方案
一、工程概况
某匝道桥全桥长度为228.58米,桥型布置为为4×25+3×20+3×20m预应力连续箱梁,全桥共计三联,本桥位于圆曲线和缓和曲线上,其中1、2、3、5、6号墩采用墩梁固结,桥墩采用双柱式桥墩,桥台为肋式桥台,钻孔桩基础。
上部构造施工时,先浇注第一联4×25m,采用两端张拉,一次落架的施工方法,然后依次浇注第二联,第三联,采用一端张拉,一次落架的施工方法。
全桥现浇梁共有C50砼1490m3。
二、施工方案
本桥对于墩高采用搭φ425或φ325钢管柱,壁厚有6mm、8mm两种,钢管柱基础采用片石混凝土和钢筋混凝土作为基础,钢管柱上铺工字钢,工字钢上用贝雷片作梁,贝雷片上用工字钢和顶托调平,方案如下:
1、基础:
将路基压实或处理后现浇8m×1.6m×0.40m厚C25钢筋混凝土基础,钢筋采用底部布20cm*20cm间距的钢筋网,保护层厚度为7cm。
地基处理可采用片石砼、浆砌片石、碎石、片石等换填,对于基底下软弱层较厚的地方可采用人工挖孔桩上作承台的方法,具体采用哪种方法要待基础开挖时决定。
2、支架:
因地形原因第一联第一跨的头10米和第三联采用扣件式钢管满堂支架,其他跨采用钢管柱作立柱,贝雷梁为梁的支架形式。
其中第一联第一跨中间支墩和靠1#墩身采用Φ325(各4根)钢管柱,壁厚6mm,第一联第二跨靠1#墩身支墩采用Φ425(各4根)钢管柱,壁厚6mm,第一联其他跨采用Φ425钢管柱,壁厚8mm。
第二联采用Φ425钢管柱,壁厚6mm。
第三联采用钢管型号Φ48×3.5的钢管满堂支架搭设满堂支架
A、满堂支架采用钢管型号Φ48×3.5。
满堂架基础采用10cm厚C25砼硬化。
钢管支架采用方木支垫,方木底必须垫实,必要时可用砂浆找平。
钢管架必须设置纵、横扫地杆,距底座小于20cm的立杆上;纵向水平杆宜设置在立杆内侧,其长度不宜小于3跨,其对接或搭接扣件应交错布置,搭接长度不应小于1米,并应等间距设置3个旋转扣件固定;立杆上部采用顶托并搭接连接,立杆上的扣件接头应交错布置,搭接长度大于1米,立杆必须垂直,腹板下3×50cm范围内立杆扣件至少6个,其他部位立杆扣件至少4个,立杆下部采用对接连接,注意钢管接头不得在同一平面,应错开搭接;
钢管沿纵向在跨中平均布置间距为1米,在两端靠墩柱处间距为0.5米;横向间距在腹板底为0.6米,底板其他处为0.8,翼缘板底1.0米。
钢管支架两端应与墩身连为整体,增强稳定性;每根剪刀撑跨越立杆的根数不少于是2根并应超过5根,与地面的倾角为45°~60°之间,纵向剪刀撑沿横向每隔4排支架立杆设置一道,横向剪刀撑沿纵向每隔3~4米设置一道。
底板顶托上采用10号工字设纵向梁,工字钢上横铺方木作为小横梁(净间距20cm),其上铺底板。
B、对于高墩桥跨采用钢管柱与贝雷桁架片组合的临时支架,钢管柱顶部采用两根40b工字钢焊接,贝雷桁架片两两组合成一幅。
贝雷梁每两片用连接连为整体,同时用Φ48钢管每隔4米将全部贝雷梁连接。
贝雷梁上大横梁为两根槽钢用Φ48钢管焊接(共焊8个钢管,每根四面满焊,见顶托示意图)。
顶托插入槽钢上钢管内,支撑纵向小纵梁(小纵梁采用10号工字钢,见顶托示意图)。
小横梁采用10×10或10×15的方木横铺在小纵梁上,净间距为20cm。
钢管立杆基础采用C25号钢筋,并在施工基础前对地基进行承载力试验。
钢管立杆的连接宜采用法兰盘连接,当采用焊接连接时应严格控制其对接的精确度。
钢管立杆与基础的接触处焊接法兰盘或650×650×12钢垫板。
钢管立杆沿高度方向每6米设置平面连接,钢管立杆之间用槽钢焊接,并设置抗倾覆抱箍与该平面墩身连接,使其连为整体,增强其稳定性。
横向垫木:
采用10cm槽钢,间距1m。
调平:
采用顶托调平。
纵向垫木:
采用10cm×15cm方木为纵向垫木,间距为30cm,净间距20cm。
模板:
采用1.15cm厚竹胶板。
3、加强施工范围内的排水,四周水沟用水泥砂浆抹面,使地面排水与预压水箱的抽排水系统成为整体,严防水浸地基。
在每个地面台阶处采用片石砼护坡。
三、结构验算
3.1、荷载计算:
根据公路桥涵施工技术规范主要由以下荷载组成
1、砼荷载:
25米梁跨:
在梁端一米的范围内为10.3*26=267.8kN/m,其中腹板重:
(267.8-31.2)/6.5=36.4kN/m2;在梁距端1~2.5米的范围内为线型变化荷载,平均为[(10.3+6.13)/2]*26=213.59kN/m,其中腹板重:
(213.59-31.2)/6.5=28.06kN/m2;梁中为6.13*26=159.38kN/m,其中腹板重:
(159.38-31.2)/6.5=19.72kN/m2;
20米梁跨:
在梁端一米的范围内为10.3*26=267.8kN/m,其中腹板重:
(267.8-31.2)/6.5=36.4kN/m2;在梁距端1~2.5米的范围内为线型变化荷载,平均为[(10.3+6.13)/2]*26=213.59kN/m,其中腹板重:
(213.59-31.2)/6.5=28.06kN/m2;梁中为6.13*26=159.38kN/m,其中腹板重:
(159.38-31.2)/6.5=19.72kN/m2;
其中:
翼缘板每米重:
[(0.15+0.45)×2/2]×2.6×2=3.12T计0.78T/m2,翼缘板处荷载q=7.8+2.5+1+2=13.3KN/m2。
b、方料、模板自重按1.0KN/m2。
c、施工人员和施工机具行走荷载:
2.5KN/m2。
d、振捣砼产生的荷载:
2KN/m2。
e、贝雷梁自重:
270kg/片×8片×9组÷25M=0.77t/m。
3.2、支架受力计算(贝雷梁与钢管柱组合)
3.2.1、二十五米梁跨(第一联)
根据梁体断面图,砼荷载可简化如下图布置模式:
其他荷载只计算人员、施工机具行走荷载2.5KN/m2、振捣砼产生的荷载2.KN/m2、方料及模板荷载1.00KN/m2。
布置如下图:
3.2.1.1、贝雷梁及两端反力计算:
根据对称原理可将贝雷梁及临时支座受力布置简化成下图(贝雷梁按简支计算):
Q1+Q2=12.5×224.83+(1.0+0.75)×(333.25-224.83)=3000
9.5*Q1+224.83*1.52/2=224.83*112/2+(333.25-224.83)*1.75*(11-1.75/2)
解方程式得:
Q1=1607.4KN,Q2=1392.6KN
取梁受力最不利情况,假设受均布荷载,求最大弯矩和挠度
Mmax=qL2/8=240.07*9.52/8=2708.29KN.M
标准国产贝雷梁桁片允许弯矩788kN.m,假设每片贝雷片均匀受力,Mmax/M0=2852.71/788=3.44片。
根据施工及受力需要,共布置8片贝雷梁,因梁体的主要荷载在腹板上,所以在布置贝雷片时在腹位置6片贝雷片,两边翼缘板处各一片。
考虑到箱梁断面砼的分布,将荷载q按如下分配到每片贝雷梁桁片上(如下梁体横断面砼分布图),得最大q’=240.07*1.005/(0.3047+1.0036+0.7517+1.0050)=78.72kN.m,计算最大受弯矩为:
Mmax=q’L2/8=888.06kN.m≤1.3*788=1024.4kN.m(取1.3的提高系数)。
而实际上因整个支架钢构受力通过从上到下的分配,到贝雷梁受力时可大致按均匀分布考虑,实际此片贝雷桁架受力要比计算小。
满足要求。
贝雷片与钢柱布置图
贝雷梁挠度计算:
假设所有荷载为中间六片贝雷梁承担,以均布荷载q=240.07/6=40.01kN/m,跨度L=9.5米的简支梁计算,f=5*qL4/(384*EI)=5*40.01*103*9.54/(384*2.1*105*106*250500*10-8)=8.1mm≤9.5/400=23.8mm。
3.2.1.2、工字钢及钢管柱受力计算
算法一:
根据箱梁横断面砼的分布和贝雷梁的布置型。
计算最大受力处(即中间立柱),根据对称原理,取大横梁左半部计算,不考虑大横梁中间截面的弯矩,取如下的受力计算模型:
①、大横梁受力计算:
计算受力最大端,将Q1按砼在横断面上的面体分配。
S1+S2+S3+S4=0.3047:
1.0036:
0.7517:
1.0050
Q1+Q2+Q3+Q4=Q1/2=1607.4/2=803.7kN
Q1=79.90kN、Q2=263.16kN、Q3=197.11kN、Q4=263.53kN
求得:
R1=430.80kN,R2=372.90kN
最大弯矩Mmax=127.82KN.M,
最大剪力Τmax=350.90KN,
算法二:
按上述贝雷梁桁片传给大横梁的荷载计算工字钢和钢管柱的受力。
受力模型如下图
根据对称原理:
R1=R4,R2=R3,
Q左1=Q右1,Q左2=Q右2,Q左3=Q右3,Q左4=Q右4。
解二次超静定结构方程,建立力法的典型方程为:
δ11X1+δ12X2+Δ1p=0
δ21X1+δ22X2+Δ2p=0
求解解方程得:
R2=R3=345.45kN,R1=R4=458.25kN
最大弯矩Mmax=119.45KN.M,
最大剪力Τmax=378.35KN,
注:
通过以上两种方法的计算,简化计算(算法一)与解超静定结构方程计算出的结果接近,在以下的计算中用简化计算法。
大横梁受力计算:
大横梁为两根40b型工字钢如下图焊接:
钢管柱顶大横梁(两根40b工字焊接)图
A=2*94.07cm2,Ix=2*22781cm4,Wx=2*1139cm3。
剪应力τmax=Τmax/A=378.35/(2*94.07)=20.11MPa<[τ]=125MPa
σ=M/W=119.45×103/(1139×2)=53.6MPa
弯曲容许应力[σ]=210MPa>52.44MPa
所以采用二根40b工字钢能满足要求.
②、钢管立柱计算:
钢管立柱及贝雷布置图
钢管立柱为细长压杆用欧拉公式计算压杆稳定性,压杆的长度系数μ取1(按一端固定,另一端可移动但不能转动):
Pcr=π2EI/(μL)2
a、钢管立柱采用Φ425mm壁厚8mm的钢管。
钢管柱按最高28米计算,对于钢管要求超过28米的用基础调高。
算法一:
计算最大受力的临时钢管立柱支墩受力,Rmax=Q中=468.4kN。
不考虑偏心受压(按欧拉公式计算)。
A=104.803cm2,I=22.7886×10-5cm4,E=210GPa,L=28m
Rmax=R1=458.25kN
Pcr=π2EI/(μL)2=602.25kN≥R1=458.25kN
又因钢管立柱沿垂直方向每隔6~8米在平面上设置了平面联系,大大减小了钢管立柱的自长度,增加了钢管立柱的整体性。
其轴心受压荷载应大于Pcr(计算如下),因此压杆是稳定的。
算法二:
按水平面设置一道中间横向计:
i=(4252+4092)1/2/4=147.4589
λ=L/i=14/147.4589=94.94
A=(4252-4092)*π/4=104.83cm2。
查表内插得φ=0.6174
[P]压=Aφ[σ]=104.803*0.6174*210=1358.8kN≥R1=458.25kN
算法三:
假设最大有10cm偏心,偏心受压弯矩:
M=45.83kN.m。
σ=N/Aφ1+M/φ2Wμ,
按水平面10米设置中间横向连接计:
W=0.0982(42.54-40.94)/42.5=1072.68cm3
i=(4252+4092)1/2/4=147.4589
λ=L/i=10000/147.4589=67.8155
查表内插得φ1=0.7259
λe=αL0ix/(hiy)=1.8*10000/425=42.3529
查表内插得φ2=0.8655,μ=1
σ=N/Aφ1+M/φ2Wμ=458.25/(104.83*0.7259)+45.83/(1*0.8655*1072.68)
=109.58MPa≤210MPa
钢管柱柱满足要求
b、钢管立柱采用Φ425mm壁厚6mm的钢管。
第一联第二跨中间临时支墩钢管柱按最高18米计算。
计算中间临时支墩最大受力,将Q2按砼在横断面上的面积比分配。
S1+S2+S3+S4=0.30470:
1.0036:
0.7517:
1.0050
Q1+Q2+Q3+Q4=Q2/2=Q2=1392.6/2=696.3kN
Q1=69.22kN、Q2=228.00kN、Q3=170.77kN、Q4=228.32kN
求得:
R1中=373.22kN,R2中=323.08kN
钢管立柱的验算:
计算最大受力的临时钢管立柱支墩受力Rmax=R1中=373.22kN
A=78.979cm2,I=17.3357×10-5,E=210GPa,L=18
Pcr=π2EI/(μL)2=1108.96kN≥Rmax=373.22kN
按水平面不设置中间横向连接计:
i=(4252+4132)1/2/4=148.15
λ=L/i=18000/148.15=121.4985
A=(4252-4132)*π/4=78.979cm2。
查表内插得φ=0.416
[P]压=Aφ[σ]=78.979*0.416*210=689.6kN≥Rmax=373.22kN
未考虑水平连接已满足要求,而实际施工时有两道水平连接,因而立钢管杆满足要求。
c、其中第一联第一跨中间支墩和靠1#墩身采用Φ325(各4根)钢管柱,壁厚6mm的钢管,10片贝雷桁架片。
钢管柱按最高10米计算。
如下比例q将分配到每片贝雷桁架上,求出受力最大的贝雷片的荷载分布
S1:
S2:
S3:
S4:
S5=0.3047:
0.7153:
0.7648:
0.5519:
0.7284
将受力荷载按以上面积比分配计算如下:
q1+q2+q3+q4+q5=q/2=240/2=120kN
q1=11.93kNq2=28.01kNq3=29.94kNq4=21.61kN
q5=28.52kN
对贝雷片进行受力计算:
R’1左=R’1右=89.48kNR’2左=R’2右=210.08kN
R’3左=R’3右=224.55kNR’4左=R’4右=162.08kN
R’5左=R’5右=213.89kN
由上可知从外向内第五片贝雷片的受力最大,其最大弯矩在跨中,按最不利情况计算:
Mmax=q5L2/8=29.94*122/8=538.92kN.m≤788kN.m。
国产贝雷桁片的允许弯矩788kN.m。
而在施工现场因钢构的变形而引起应力的重新分配,因而第3片贝雷桁片实际的受力比计算假设的受力要小的。
所以贝雷梁的受力满足要求。
贝雷梁挠度计算:
假设所有荷载为中间八片贝雷梁承担,以均布荷载q=240.07/8=30.09kN/m,跨度L=12米的简支梁计算,f=5*qL4/(384*EI)=5*30.09*103*124/(384*2.1*105*106*250500*10-8)=15.4mm≤12/400=30mm。
工字钢及钢管柱受力计算
根据箱梁横断面砼的分布和贝雷梁的布置取如下的受力计算模型(计算最大受力处,即中间立柱,根据对称原理,将大横梁工字钢取一半简化成简支梁,取大横梁左半部计算):
R1+R2=R’1左+R’2左+R’3左+R’4左+R’5左=R’1左=89.48+210.08+224.55+162.08+213.89)=900kN
217R1+58.5R’5左=(366.5-360)R’4左+(366.5-210)R’3左+(366.5-150)R’2左+366.5R’1左
求得R1=469.86kNR2=430.14kN
大横梁受力计算:
大横梁为两根40b型工字钢如下图焊接:
钢管柱顶大横梁(两根40b工字满焊)图
A=2*94.07cm2,Ix=2*22781cm4,Wx=2*1139cm3。
根据受力分析得最大弯矩Mmax=133.8KN.M,
最大剪力=401.9KN,
剪应力Τmax=Qmax/A=380.38/(2*94.07)=20.22MPa<[τ]=85MPa
σ=M/W=130.65×103/(1139×2)=58.7MPa
弯曲容许应力[σ]=145MPa>57.4MPa
所以采用二根40b工字钢能满足要求.
钢管立柱的验算:
算法一:
计算最大受力的临时钢管立柱支墩受力Rmax=R1=R1=469.86kN
A=π(32.52-31.32)/4=60.13cm2,
I=7.651*10-5,E=210GPa,
W=0.0982*(D4-d4)/D=470.972cm3,L=10
Pcr=π2EI/(μL)2=1585.8kN≥Rmax=R1=R1=469.86kN
算法二:
按水平面6米设置中间横向连接计算:
假设最大有10cm的偏心,偏心受压弯矩:
M=46.986kN.m
i=(3252+3132)1/2/4=112.8035
λ=L/i=6000/112.8035=53.19
查表内插得φ=0.8101
λe=αL0ix/(hiy)=1.8*6000/325=33.23
查表内插得φ2=0.893,μ=1
σ=N/Aφ1+M/φ2Wμ=469.86/(60.13*0.8101)+46.986/(1*0.893*470.972)
=208.17MPa≤210MPa
钢管立柱满足要求。
以上针对第一联所有最不利情况进行了计算,因此所有跨度满足要求。
考虑到线路第一联有1.15%的纵坡,而第一跨中间支墩为独排支墩,因此第一跨中间支墩设四根风缆沿纵向对称拉紧。
考虑线路有纵坡,所有靠墩柱处支架设抱箍与墩身连接,墩身处贝雷片用方木与墩身抵紧。
3.2.2、二十米梁跨(第二联)
第二联采用钢管柱作为临时支墩,靠墩柱3根钢管柱,中间设临时支墩,两排共6根。
根据梁体断面图,砼荷载可简化如下图布置模式:
其他荷载只计算人员、施工机具行走荷载2.5KN/m2、振捣砼产生的荷载2.KN/m2、方料及模板荷载1.00KN/m2。
布置如下图:
3.2.2.1、贝雷梁及两端反力计算:
根据对称原理取贝雷梁一半,按简支梁计算贝雷梁及临时支座受力,受力布置简化成下图(贝雷梁按简支计算):
Q+Q中=10×224.83+(1.0+0.75)×(333.25-224.83)=2438.3
7.0*Q+224.83*1.52/2=224.83*8.52/2+(333.25-224.83)*1.75*(8.5-1.75/2)
解方程式得:
Q=1338.3KN,Q中=1107.47KN
取梁受力最不利情况,假设受均布荷载,求最大弯矩和挠度
Q+Q中=10×224.83+(1.0+0.75)×(333.25-224.83)=2438.3
7.0*Q+224.83*1.52/2=224.83*8.52/2+(333.25-224.83)*1.75*(8.5-1.75/2)
解方程式得:
Q=1338.3KN,Q中=1107.47KN
取梁受力最不利情况,假设受均布荷载,求最大弯矩和挠度
Mmax=qL2/8=243.8*72/8=1493.28KN.M
标准国产贝雷梁桁片允许弯矩788kN.m,假设每片贝雷片均匀受力,Mmax/M0=1493.28/788=1.9片。
根据施工及受力需要,共布置8片贝雷梁,因梁体的主要荷载在腹板上,所以在布置贝雷片时在腹位置6片贝雷片,两边翼缘板处各一片。
考虑到箱梁断面砼的分布,将荷载q按如上图分配到每片贝雷梁桁片上,计算最大受弯矩为:
q’=243.8*1.005/(0.3047+1.0036+0.7517+1.0050)=79.94kN.m,
Mmax=q’L2/8=489.63kN.m≤788kN.m。
而实际上因整个支架钢构受力通过从上到下的分配,到贝雷梁受力时可大致按均匀分布考虑,实际此片贝雷桁架受力要比计算小。
贝雷梁挠度计算:
假设所有荷载为中间六片贝雷梁承担,以均布荷载q=243.8/6=40.63kN/m,跨度L=7米的简支梁计算,f=5*qL4/(384*EI)=5*40.63*103*7.254/(384*2.1*105*106*250500*10-8)=2.4mm≤7.25/400=17.5mm。
满足要求。
3.2.2.2、工字钢及钢管柱受力计算
A、计算大横梁及钢管柱的最大受力
算法一:
根据箱梁横断面砼的分布和贝雷梁的布置型。
计算最大受力处,根据对称原理,取大横梁左半部计算,不考虑大横梁中间截面的弯矩和剪力,取如下的受力计算模型:
将最大受力Q砼分布图分配到每片贝雷梁桁片上,计算得:
S1+S2+S3+S4=0.3047:
1.0036:
0.7517:
1.0050
R1+R2+R3+R4=Q/2=1330.8/2=665.4kN
R1=66.15kN、R2=217.88kN、R3=163.20kN、R4=218.18kN
求得:
Q左=467.5kN,Q中/2=197.92kN,Q中=395.84kN
大横梁(工字钢)最弯矩在R4处Mmax=118.79kN.m,
最剪力在Q左处Τmax=284.05kN
算法二:
按上述贝雷梁桁片传给大横梁的荷载计算工字钢和钢管柱的受力。
受力模型如下图:
根据对称原理:
R1=R1,R2=R2,R3=R3,R4=R4,Q左=Q右。
解一次超静定结构方程,建立力法的典型方程为:
δ11X1+Δ1p=0
求得:
δ11=5.4613/EI,Δ1R1=Δ1R1=3.9682/EI,Δ1R2=Δ1R2=0.1278/EI,Δ1R3=Δ1R3=—2.7055/EI,Δ1R4=Δ1R4=—5.1918/EI。
解方程得:
Q中=470.18kN,Q左=Q右=430.31kN
大横梁(工字钢)最大弯矩在Q中处Mmax=118.95kN.m,
最大剪力在Q中处Τmax=235.09kN
取上述两种算法的最大值:
Mmax=118.95kN.m
Τmax=284.05kN
B、大横梁受力计算:
大横梁为两根40b型工字钢如下图焊接:
钢管柱顶大横梁(两根40b工字满焊)图
A=2*94.07cm2,Ix=2*22781cm4,Wx=2*1139cm3。
剪应力Τmax=Qmax/A=284.05/(2*94.07)=15.10MPa<[τ]=85MPa
σ=M/W=118.95×103/(1139×2)=52.2MPa
弯曲容许应力[σ]=145MPa>52.2MPa
挠度计算:
将大横梁上受力按均布分配在大横梁上得:
q=1369/6.5=204.74m,跨中挠度f=0.521*ql4/(100EI)=3.07m 所以采用二根40b工字钢能满足要求. C、钢管立柱的验算: 计算最大受力的临时钢管立柱支墩受力,Rmax=Q中=470.18kN。 算法一: 钢管立柱按Φ425mm壁厚6mm的钢管计,不考虑偏心受压。 A=π(42.52-41.32)/4=78.98cm2 I=17.3357×10-5cm4,E=210GPa,L=17米 W=0.0982(42.54-41.34)/42.5=816.01cm3 按一端固
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