支架现浇预应力混凝土桥梁施工技术讲座.docx
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支架现浇预应力混凝土桥梁施工技术讲座
支架现浇预应力混凝土等截面连续桥梁施工技术讲座
施鸿佩
2012．1
一、支架现浇预应力混凝土桥梁施工技术
（一）、相应规范要求
根据公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）第16章对在支架上现浇钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥施工要求的一般规定：
16.2.1梁式桥的现浇可采用满布式支架或梁式支架。
现浇支架除应符合本规范第五章的规定外，尚应符合下列规定：
1.支架应稳定牢固，其地基应用足够的承载力。
支架位于水中时，其基础宜采用桩基；对弯坡斜梁式桥，其支架的设置应适应梁体相应几何线形的变化，且应采取有效措施保证支架的稳定。
2.满布支架的地基表面应平整，并应有防排水措施；满布支架位于坡地上时，宜将地基的坡面挖成台阶；在软弱地基上设置满布支架时，应采取措施对地基进行处理，使其承载力满足施工要求。
3.梁式支架各支点的基础应设在可靠的地基上，当地基沉降过大或承载力不能满足要求时，宜设置桩基或采取其他有效措施进行处理。
梁式支架不宜采用拱式结构；必须采用时，应按拱架的要求施工。
4.梁式桥现浇支架的预压应根据支架的类型和结构的形式地基的沉降量和承载能力，以及荷载大小等因素确定。
5.梁式桥跨越需要维持正常通行（航）的道路（水域）时，对其现浇支架应采取防撞的安全措施，并设置必要的交通导流标志，保证施工安全和交通安全。
16.2.2梁式桥现浇施工时，梁体混凝土在顺桥向宜从低处向高处进行浇筑，在横桥向宜对称浇筑。
混凝土浇筑过程中，应对支架的变形位移节点和卸架设备的压缩及支架的地基沉降等进行监测，如发现超过允许值的变形变位，应及时采取措施予以处理。
本规范第五章对混凝土现浇模板及支架的规定：
5.1.2模板与支架应符合下列规定：
1.模板和支架应具有足够的强度、刚度和稳定性，应能承受施工过程中所产生的各种荷载。
2.模板、支架的构造应简单、合理，结构受力应明确，安装、拆除应方便。
3.模板应能与混凝土结构或构件的特征、施工条件和浇筑方法相适应，应保证结构物各部位形状、尺寸和相互位置的准确。
4.模板的板面应平整，接缝处应严密且不漏浆；模板与混凝土接触面应涂刷隔离剂，但不得采用废机油等油料，且不得污染钢筋及混凝土的施工缝。
5.支架应稳定坚固，应能抵抗在施工过程中可能发生的振动和偶然撞击。
5.1.3模板和支架均应进行施工图设计，经批准后方可用于施工。
施工图设计应包括下列内容：
1.工程概况与工程结构简图；
2.结构设计的依据和设计计算书；
3.总装图与细部构造图；
4.制作、安装的质量及精度要求；
5.安装拆除时的安全技术措施及注意事项；
6.材料的性能之要求及材料数量表；
7.设计说明书和使用说明书。
5.2.1模板、支架的设计应根据工程结构形式、荷载情况、地基土类别、施工设备和材料性能等条件进行。
5.2.2钢模板和钢支架的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》（GB50017）的规定；
1.采用冷弯薄壁型钢时应符合《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018）的规定；
2.采用定型组合钢模板时应符合《组合钢模板技术规范》（GB50214）的规定；
3.采用木模板盒木支架的设计应符合《木结构设计规范》（GB50005）的规定；
4.采用定型钢管脚手架作为支架材料时，支架的设计应分别符合现行行业标准
5.《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JTJ128-2011）
6.《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JTJ130-2011）
7.《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JTJ166-2008）
的规定进行；
5.2.3支架的地基与基础设计应符合现行行业标准
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63）的规定，并应对地基承载力进行计算。
5.2.4模板的构造要求应符合下列规定：
1.模板背面应设置主肋和次肋作为支承系统，主肋和次肋的布置应根据模板的荷载和钢的要求进行。
次肋的配置方向应与模板的长度方向相垂直，应能直接承受模板传递的荷载，其间距应按荷载数值和模板的力学性能计算确定；主肋应承受次肋传递的荷载，且应能起到加强模板结构的整体刚度和调整平直度的作用，支架或支撑的着力点应设置在主肋上。
2.模板的配板应根据配模板的形状几何、尺寸及支撑形式决定。
配板时宜选用大规格的模板为主板，其他规格的模板作为补充；配板后的板缝应规则，不得杂乱无章。
3.对在墩柱、梁、板的转角处使用的模板及各种模板面的交接部分，应采用连接简便、结构牢固、易于拆除的专用模板。
4.当设置对拉螺杆或其他拉筋，需要在模板上钻孔时，应使钻孔的模板能多次周转使用，并应采取措施减少或避免在模板上钻孔。
5.2.5支架的构造要求应符合下列规定：
1.支架的总体构造和细部构造均应设置成几何不变体系。
2.支架的立杆之间应根据其受力要求和结构特点设置水平和斜向等支撑连接杆件，增强支架的整体刚度和稳定性。
3.采用定型碗扣式钢管脚手架作支架材料时，其构造应符合下列要求：
1）应根据支架所承受的实际荷载选择立杆的间距和步距。
立杆底部应设置可调底座或固定底座，底层纵横向水平杆作为扫地杆时，距地面的高度应小于或扥和易350mm；立杆上端包括可调螺杆伸出顶层水平杆的长度应不大于700mm,立杆上端应采用U型顶托，且该顶托应支撑在模板主肋的底部。
2）支架高度大于4.8m时，其顶底部均应设置水平剪刀撑，中间水平剪刀撑的设置间距应不大于4.8m。
3）立杆间距小于或等于1.5m时，应在支架的四周及中间的纵横向，由底至顶连续设置竖向剪刀撑，其间距应不大于4.5m；立杆间距大于1.5m时，应在拐角处设置通高的专用斜杆，中间每排每列均应设置通高的八字形斜杆或剪刀撑。
剪刀撑的斜杆与地面的夹角应在45°～60°之间，斜杆应每步与立杆扣接。
4）支架的高宽比宜小于或等于2；当高宽比大于2时，宜扩大下部架体的尺寸或采取其他构造措施。
5）支架周围有主体结构时，应设置连墙体。
6）在支架中设置通道时，其宽度应小于或等于4.8m。
应在通道的上部架设专用横梁，通道两侧的立杆应加密并应加设斜杆，与架体的连接应牢固。
通行机动车的通道，应设在防撞击的设施。
4.采用定型门式钢管脚手架作支架材料时，其构造应符合现行行业标准《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》（JTJ128-2011）：
5.采用定型扣件式钢管脚手架作支架材料时，其构造应符合行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JTJ130-2011）：
5.2.6模板、支架的设计应考虑下列各项荷载，并应按规定进行荷载组合后进行计算：
1.模板、支架的自重；
2.新浇混凝土、钢筋、预应力筋或其他圬工结构物的重力；
3.施工人员及施工设备、施工材料等荷载；
4.振捣混凝土时产生的振动荷载；
5.新浇混凝土对模板侧面的压力；
6.混凝土入模时产生的水平方向的冲击荷载；
7.设于水中的支架所承受的水流压力、波浪力、流水压力、船只及其他漂浮物的撞击力；
8.其他可能产生的荷载，如风荷载、雪荷载、冬季保温设施荷载等。
9.计算模板、支架的荷载组合
参与模板、支架荷载效应组合的各项荷载应符合下表的规定。
序号
模板类别
参与组合的荷载项
计算承载力
验算刚度
1
梁、板底模板、支承板及支架等
1.2.3.4.5.6
1、2、6
2
人行道板、梁、板、柱等侧模板
7、9
7
3
基础、墩、台等大结构物侧模板
7、8
7
计算模板支架的荷载计算值应采用荷载标准值乘以荷载分项系数：
荷载分项系数表：
序号
荷载分类
γi
1
模板、支架、脚手架等自重
1.2
2
新浇混凝土、钢筋混凝土或新砌体等自重
1.2
3
施工人员及施工机具运输或堆放的荷载
1.4
4
倾倒混凝土时产生的竖向荷载
1.4
5
振捣混凝土时产生的竖向荷载
1.4
6
冬季施工时保温设施荷载和雪荷载
7
新浇混凝土时对侧面模板的压力
1.2
8
倾倒混凝土时产生的水平荷载
1.4
9
振捣混凝土时产生的水平荷载
1.4
10
风荷载
11
流水压力、流冰压力或船只漂浮物撞击力
5.2.7验算模板、支架的刚度时，其最大变形值不得超过下列允许值：
1.结构表面外露的模板，扰度为模板构件跨度的1/400；
2.结构表面隐蔽的模板，扰度为模板构件跨度的1/250；
3.支架受压后扰曲的杆件（横梁、纵梁）其弹性扰度为相应结构计算跨度的1/400；
4.钢模板的面板变形为1.5mm，钢棱和柱箍变形为L/500和B/500（其中L为计算跨径，B为柱宽）。
5.2.8验算模板、支架在自重和风荷载等作用下的抗倾覆稳定性时，其抗倾覆稳定性系数应不小于1.3。
5.3.1模板制作应符合下列规定：
1.钢模板应以批准的加工图进行制作，成品经检验合格后方可使用。
组装前应对零部件的几何尺寸和焊缝进行全面检查，合格后方可进行组装。
面板变形及整体刚度应符合5.2.7条的规定。
2.制作钢木组合模板时，钢与木之间的接触面应贴紧。
面板采用防水胶合板的模板，除应使胶合板与背楞之间密贴外，对在制作过程中裁切过的防水胶合板茬口，应按产品的要求及时涂刷防水涂料。
3.木模板与混凝土接触的表面应刨光且应保持平整。
木模板的接缝可制作成平缝、搭接缝或企口缝，当采用平缝时，应有防止漏浆的措施；转角处应加嵌条或做成斜角。
4.采用其他材料（高分子合成材料面板、硬塑料或玻璃钢）制作模板时，其接缝应严密，边肋及加强肋应按照牢固，并应与面板成一整体。
5.3.2模板的安装应符合下列规定：
1.模板应按设计要求准确定位，且不宜与脚手架连接。
2.安装侧模板时，支撑应牢固，应防止模板在浇筑混凝土时产生移位。
模板在安装过程中，必须设置防倾覆的临时固定设施。
3.模板安装完成后，其尺寸、平面位置和顶部高程等应符合设计要求，节点联系应牢固。
4.梁板等结构的底模板应设置预拱度。
5.固定在模板上的预埋件和预留孔洞均不得遗漏，安装应牢固，位置应准确。
（二）、在支架上浇筑梁式桥的一般技术要求：
1.支架应稳定，强度、刚度及其构造的要求应符合第五章第20页相应的规定；
稳定要求：
支架的立柱应保持稳定，并用撑拉杆固定。
当验算模板及其支架在自重和风荷载等作用下的抗倾覆稳定时，验算倾覆的稳定系数不得小于1.3；
支架受压构件纵向弯曲系数可按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JGJ025）进行计算；
2.支架的弹性、非弹性变形及基础的允许下沉量应满足施工后梁体设计标高的要求；
3.整体浇筑时应采取措施，防止梁体不均匀下沉产生裂缝，若地基下沉可能造成梁体混凝土产生裂缝时，应分段浇筑。
（二）、支架现浇预应力混凝土桥梁设计技术
1.支架类型的选择
支架基础下沉量的确定，关系到支架的预留高度及根据下沉后的影响采取的混凝土浇筑措施。
同时也关系到支架类型的选择
1）基础沉降的类型
基础的总沉降值ΔH=ΔHI+ΔHC+ΔHS
a）ΔHI——瞬间沉降，是应力差所造成的剪切变形，无体积变化，加上荷载后，沉降立即完成，在饱和粘土中，则是孔隙水尚未挤出时的变形，故可用弹性理论计算；
如铁木辛柯理论计算：
ΔHI=Qb〔（1-μ2）/EI〕IW
b）ΔHC——固结沉降，是一种随时间增长的沉降，完成沉降所需的时间，往往需要几年甚至几十年，所需时间主要取决于孔隙水的挤出速度固结沉降量则是地基渗透固结终止的变形，故徐用固结理论进行计算；
c）ΔHS——蠕变（次固结沉降），是一种孔隙水全部挤出，孔隙压力消散至零后的变形，常用对数直线法进行计算；
因此，可以看出，在砂性土中ΔHI起主要作用；
而在其它类型土中ΔHIΔHCΔHS都起作用；
在含有较多有机物的淤泥质粘土中ΔHI更不能忽略；
实际施工中一般采用预压的办法解决沉降问题。
2）支架类型的选择
针对工程地质的实际选用支架类型：
●满堂支架：
砂性土、粘性土一般宜采用；
●梁式支架（少支架）：
含有较多有机物的淤泥质粘土或水中应采用；
2.支架的设计验算
支架的设计方法：
A.容许应力法
模板、支架和脚手架属于临时工程结构，为保证施工的安全其强度设计应采用容许应力法。
B.容许应力：
1、木材容许应力：
各种常用木材的容许应力和弹性模量【MPa】
木材种类
顺纹拉应力
【σi】
顺纹压应力
【σi】
顺纹弯应力
【σi】
顺纹剪应力
【σi】
弯曲剪应力
【τi】
横纹承压应力【σW】
弹模
全面积
局部表面及齿面
螺栓垫板下
针叶材
A1
9.0
14.5
14.5
1.5
2.3
2.3
3.5
4.6
11
A2
8.5
13.0
13.0
1.4
2.0
2.0
2.9
4.1
10
A3
8.0
12.0
12.0
1.3
1.9
1.8
2.6
3.6
9
A4
7.0
11.0
11.0
1.2
1.7
1.8
2.6
3.6
9
A5
6.5
9.5
9.5
1.2
1.7
1.6
2.3
3.1
8.5
阔叶材
B1
12.0
19.0
19.0
2.6
3.8
4.1
6.1
8.2
12
B2
11.0
16.5
16.5
2.3
3.2
3.7
5.5
7.4
11
B3
9.5
14.5
14.5
1.9
2.8
3.0
4.4
6.0
10
2、钢材容许应力：
钢模板钢管支架及配件的容许应力值【MPa】
钢材种类
应力种类
符号
规范规定
新钢模板及配件
提高系数
计算采用
A3钢材
轴向拉压
【σi】
140
1.25
175
弯曲应力
【σW】
145
1.25
181
抗剪应力
【τi】
85
1.25
106
A3粗制螺栓
拉应力
110
1.25
138
剪应力
80
1.25
100
承压应力
170
1.00
170
木结构所用的钢材其容许应力按下表进行：
钢材
应力类型
3号钢【MPa】
2号钢【MPa】
拉应力、压应力、弯应力
165
140
两根或两根以上拉杆共同受力时的拉应力
140
120
3、钢材容许应力提高系数：
构造物性质
荷载组合
K
永久性结构
组合Ⅰ
组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
组合Ⅴ
1.0
1.25
1.30～1.40
临时性结构
组合Ⅰ
组合Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
1.30
1.40
4、容许扰度及杆件长细比：
模板及支架容许扰度值
序号
模板及支架类别
容许扰度值
符号意义
1
结构表面外露模板
L/400
L–模板构件计算跨度
2
结构表面隐蔽波板
L/250
3
支架受载后杆件扰曲
L/400
L–相应结构跨度
4
支架的压缩变形值
L/1000
L–相应结构计算跨度
5
钢模板的面板变形值
1.5mm
6
钢模板的钢棱、柱箍
3mm
5、容许长细比：
【λ】值表
构件性质
【λ】
主要受压构件[立柱]
150
次要受压构件
200
支架验算：
a）若采用定型的钢管脚手架做支架应按：
建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范（JTJ128-2011）
建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JTJ130-2011）
建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JTJ166-2008）
等规范的要求进行相应支架的设计；用以施工的所有临时性承重结构均应进行设计计算，确保施工过程有足够的强度、刚度和稳定性，且变形值应在允许范围内；
◆轴心拉压构件的强度计算：
σi=P/Aji=【σi】
P＝1.2×恒载＋1.4×施工荷载
◆轴心拉压构件的变形计算：
ΔLi=PL/EAji=【ΔLi】
P＝1.2×恒载＋1.4×施工荷载
◆轴心拉压构件的稳定计算：
σi=Pi/фAji=【σi】
ф：
查相应的规范值，计算中的L0应为步距加两倍的顶托自由端长度；
◆受弯构件的强度计算：
σW=M/Wji=【σW】
b）若采用梁式支架
1.梁的设计：
1）强度计算：
抗弯计算：
σW=M/Wji=【σW】
或：
M实=（ql2/8+kpL/4）≤【M允】
抗剪计算：
Q实=（P+ql）/2≤【Q允】
2）刚度计算：
F实＝f弹＋f非≤【F允】
f弹＝5ql4/384EI+PI3/48EI
f非＝0.5×0.1524cm×（n2-1）或0.5×0.1524cm×n2
f非＝0.05×（n2-1）或0.05×n2（新321贝雷梁）
●321贝雷梁
●HD200
2.桩柱设计：
●钢管桩：
振动沉桩：
[P]=1/M（U∑a1L1τ1+a2Aσ）
静压打入桩：
[P]=（U∑L1τ1+Aσ）
●灌注桩：
[P]=1/2（U∑L1τ1+Aσ）
3.模板的设计验算
1）模板的弯矩与扰度计算
考虑到模板的连续性，在均布荷载作用下可近似按下表所列公式进行计算：
模板弯矩与扰度计算
名称
均布荷载
跨中集中荷载
符号意义：
（E–弹性模量）
弯矩
qL2／10
qL／6
q–均布荷载，P–集中荷载
扰度
qL4／128EJ
Ql3／77EJ
L–计算跨径，J–截面惯矩，
2）混凝土与模板的粘结力
混凝土与模板的法向粘结力
混凝土强度
（MPa）
钢模板
木模板
废机油
隔离剂
废机油
隔离剂
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
50
10.6
21.9
6.6
10.7
11.9
22.1
7.4
15.6
35
10.0
18.2
4.1
9.6
10.2
18.8
5.7
11.7
20
7.8
15.1
3.2
8.1
8.7
16.7
4.5
10.2
2.5
3.6
5.7
2.4
6.0
2.7
4.7
2.9
6.3
混凝土与模板的切向粘结力
混凝土强度
（MPa）
钢模板
木模板
废机油
隔离剂
废机油
隔离剂
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
平均值
最大值
50
15.1
27.5
5.9
18.0
17.6
29.7
8.2
24.2
35
9.5
23.9
3.4
4.9
10.0
22.6
3.8
7.3
20
7.5
15.6
2.9
4.6
8.2
19.6
3.3
6.4
2.5
1.2
2.6
2.7
4.1
2.2
5.4
1.9
3.4
3）组合钢模板连接件、支撑件计算
模板拉杆计算：
模板拉杆用于连接内外两组模板。
保持内外模板的间距，承受混你还侧语录对模板的荷载。
使模板有足够的刚度与强度。
拉杆形式多采用圆杆式（通称对拉螺栓或穿墙螺栓）。
分组合式和整体式两种。
组合式：
由内外拉杆与顶帽组成；
整体式：
为自制的通常螺栓，通称采用Q235圆钢制作。
模板拉杆的计算公式如下：
F=P×A
式中：
F–模板拉杆承受的拉力，N；
P–混凝土的侧压力；
A–模板拉杆分担的受荷面积，m2其值为A=a×b
其中：
a–模板拉杆的横向间距，m；
b–模板拉杆的纵向间距，m；
模板支撑钢楞计算：
钢楞用于支撑钢模板，加强其整体刚度。
钢楞的材料有钢管矩形钢管内卷边槽钢和槽钢等多种形式。
钢楞常用各种型钢力学性能见下表：
规格
mm
截面面积
（mm2）
质量
（kg／m）
截面惯性矩
IX（×104）mm4
截面抵抗矩
WX（×103）mm3
扁钢
角钢
-70×5
1.75×25×3.0
1.80×35×3.0
390
291
330
2.75
2.28
2.59
14.29
17.17
22.49
4.08
3.76
4.17
钢管
Ф48×30
Ф48×35
Ф51×30
424
489
522
3.33
3.84
4.10
10.78
12.19
14.81
4.49
5.08
5.81
矩形
钢管
□60×40×2.5
□80×40×2.0
□100×50×3.0
457
452
864
3.59
3.55
6.78
21.88
37.13
112.12
7.29
9.28
22.44
冷弯
槽钢
【80×40×3.0
【100×50×3.0
450
570
3.53
4.47
43.92
88.52
10.98
12.20
内卷边
槽钢
【80×40×15×3.0
【100×50×20×3.0
508
658
3.99
5.16
48.92
100.28
12.23
20.06
槽钢
【80×43×5.0
1024
8.04
101.30
25.30
钢楞系直接支承在钢模板上，承受模板传递的多点集中荷载，为简化计算通常按均布荷载进行计算。
其计算原则是：
连接钢楞跨度不同时按不同跨度有关公式进行计算；钢楞带悬臂时，应另行验算悬臂端的弯矩和扰度，取最大值；
每块钢模板上宜有两处支承，每个支承上有两根钢楞；
长度1500mm,1200mm和900mm的钢模板内楞间距a
一般分别取750mm，600mm和450mm。
外钢楞最大间距取决于抗弯刚度及扰度的控制值，但不宜超过2000mm；
热轧钢楞的强度设计值f=215MPa。
冷弯型钢刚楞的容许应力
【σi】=160MPa。
钢楞的容许扰度【ω】=0.3cm。
单跨及两跨连续的内钢楞计算：
按抗弯强度计算内钢楞的跨度b
q=P.a
Mmax=ql2/8＝p.a.b2／8
σmax=M/Wji=p.a.b2／8W≤f
即得：
b≤√8fW／p.a
按扰度计算内钢楞的跨度b
【ω】=5qL4／384EI=5P.a.b4／384EI≤【ω】
同样根据以上计算公式，可以计算出在不同混凝土侧压力作用下，外钢楞（或模板拉杆）的最大间距（即内钢楞的最大跨度）。
三跨及三跨以上连续的你钢楞的计算：
按抗弯强度计算内钢楞的跨度b
q=P.a
Mmax=ql2/10＝p.a.b2／10
σmax=M/Wji=p.a.b2／8W≤f
即得：
b≤√10fW／p.a
按扰度计算内钢楞的跨度b
【ω】=qL4／150EI=P.a.b4／150EI≤【ω】
同样根据以上计算公式，可以计算出在不同混凝土侧压力作用下，外钢楞（或模板拉杆）的最大间距（即内钢楞的最大跨度）。
柱箍计算：
钢管支撑计算：
4）混凝土模板需用量计算
5）模板使用周转率参考表
4.地基基础处理
1）地基强度验算
i.临时承重结构的地基及基础的设计应及时书面报监
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