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姻缘河桥满堂支架施工方案
现浇全预应力混凝土箱梁满堂支架设计方案
(姻缘河桥——提篮式预应力钢筋砼梁拱组合桥)
一、工程概况
姻缘河桥位于常德大道上,跨径组合为35+80+35,桥梁全宽45m。
桥梁高度上部结构为提篮式全预应力梁拱组合桥。
主梁为单箱11室,在边、中支座及吊杆位置设置横梁,共计横梁19道;主拱肋采用哑铃式钢管拱,拱肋高1.5m,其中肋板宽0.3m,钢管直径0.5m;拱肋横梁为钢箱梁,断面尺寸为0.5×0.8m。
全桥共15根吊杆。
全桥主梁工程量如下:
现浇C50混凝土连续箱梁8238m3,主拱肋278.9m3,预应力钢绞线394001.5kg,光圆和带肋钢筋1616728kg。
2、工程地质情况
工程地质勘查报告显示桥位处土层分布为如下:
河堤压实填土,已固结,厚0~5.6m;地基容许承载力【f】=120Kpa。
抛石挤淤形成的块石0~5.7m;
粉质粘土5.2~8.7m;
粉土1.7~5.7m;
圆砾大于21.m。
3、主梁荷载分布
姻缘河桥桥梁全长150m,桥面宽度45m。
以桥面中心设双向纵坡1.5%,双向横坡1.5%。
梁体高度在中墩梁根处达到最高:
桥中心线位置3.638m,路缘带3.3m。
边支座及跨中梁体高度最低:
桥中心线处3.638m,路缘带2.3m。
主梁恒载分布情况如下:
其中腹板实心段——以中墩为中心纵桥向28m段落荷载分布较大:
最低70KN/M2(腹板变截面处),最高94KN/M2(中横梁处),其余段相对较小,均不超过70KN/M2,边支座及跨中最小68.1KN/M2;
其中空心段——以中墩为中心纵桥向28m段落荷载分布较大:
最低40KN/M2(腹板变截面处),最高64KN/M2(中横梁处),其余段落相对较小,均不超过40KN/M2,边支座及跨中最小14KN/M2。
因此满堂架重点考虑腹板荷载70~94KN/M2,空心段40~64KN/M2。
4、方案设计
按照现有可利用资源,满堂支架设计如下:
(1)采用扣件式钢管脚手架(加顶托)。
(2)立杆纵横间距40cm,步距分两种:
0.6m和0.9m,其中0.6m用于恒载大于70~94KN/M2的段落,0.9m用于小于70KN/m2的段落。
(3)模板系统由底模、端模、边模、内模组成,其中底模、内模采用15mm竹胶板,端模、边模采用专门订做的大块钢模板。
(4)底模下分配梁即次梁采用10cm×10cm方木,主梁采用10cm×15cm方木。
主梁间距40cm,次梁间距30cm。
(5)满堂支架加固系统,由纵横向扫地杆(离地面不大于20cm)、抛撑(沿四周设置)、剪刀撑(形成空间三维布置体系,除四周连续并贯穿整个桥梁高度外,满堂支架内部纵、横向每隔6排即2.4m连续设置剪刀撑)组成。
(6)地基处理,清淤回填片石,回填素土压实,然后铺设20cm碎石,加30cm带有钢筋网片的混凝土。
混凝土顶面设置15cm×10cm
方木作为垫梁,传递并分布立杆的受力。
(7)为了满足防洪要求,在2#墩~3#台之间设置钢平台,钢平台上设置方木纵横梁(调整高度),整个钢平台由上到下依次为:
15mm竹胶板底模、方木纵横梁(材料及配置同满堂支架上的纵横梁)、20mm钢板满铺、I28a工字钢次梁(纵向间距0.4m)、H900×450×36×16mm主梁(横向间距1.2m),Φ800×14mm钢管桩(横向间距1.2m,纵向间距6.0m)组成。
钢管桩单根长度22m,入土深度18m。
H型钢主梁采取在钢管桩(柱)上开槽嵌入,槽口周边及管桩顶部焊接20mm厚钢板封闭。
为加强管桩的纵向刚度,在管桩顶部横向管桩之间焊接[14a槽钢连系梁和剪刀撑。
所有钢构件之间均采用焊接。
五、满堂支架验算
(一)荷载计算
①主梁腹板荷载g1-1=94KN/M2,g1-2=70KN/M2;(钢筋混凝土容重按照26KN/M3计算)
②底模g2=0.5KN/M2;(每块竹胶板32kg,尺寸122cm×244cm)
③方木纵横梁g3=1.2KN/M2;(纵梁间距40cm,横梁间距40cm,方方木容重8KN/M3)
④内模及支架g4=2KN/M2(15mm竹胶板+6×8cm背木,间距20cm,钢管脚手架支撑)
⑤施工人员及设备q1=3.0KN/M2
⑥振动冲击q2=3.0KN/M2
荷载组合1.2×(g1+g2+g3+g4)+1.4×(q1+q2)=125.64KN/M2(腹板恒载较小段96.84KN/M2);
(2)结构验算
按照传力顺序由上往下进行。
即底模——横梁——纵梁——(顶托)立杆——地基承载力——其他。
1.底模验算
15mm竹胶板的截面特性为:
竹胶面板的静曲强度:
纵向≥70Mpa,
横向≥50Mpa。
竹胶板受力按照三跨连续梁计算,l=0.3m。
取10cm板条,其截面惯性矩
I=bh3/12=0.1×0.0153/12=2.813×10-8m4,截面抵抗矩W=bh2/6=0.1×0.0152/6=3.75×10-6m3。
受到弯矩M=k×q×l2=0.1×12.575×0.32=0.113KNM;弯曲应力
0.113/3.75×103=30.18Mpa<70Mpa(50Mpa),满足要求。
2.方木横梁验算
截面特性如下:
=12MPa,E=9~10×103Mpa,W=10×102/6=167cm3,I=10×103/12=833.34cm4;g=8KN/m3×0.1m×0.1m=0.08KN/m。
同样按照三跨连续梁计算承受均布荷载,弯矩M=kql2=0.1×(12.575×3+0.091)×0.42=0.604,弯曲应力
0.604/167×103=3.63Mpa<12Mpa,满足要求。
3.方木纵梁验算
截面特性如下:
=12Mpa,E=9~10×103Mpa,W=10×152/6=375cm3,I=10×153/12=2812.54cm4,每延米重量1.2KN。
方木纵梁承受横梁集中荷载及自身均布荷载,为多跨连续梁,按三跨连续梁计算,梁长l=0.4m。
由横梁传来的最大集中力为P=kql=37.783×0.4×1.1=16.625KN,故M=k1ql2+k2Pl=0.1×1.2×0.42+0.175×16.625×0.4=1.165KNM。
纵梁弯曲应力
1.165/375×103=3.11Mpa<12Mpa,满足要求。
4.立杆强度验算
当最大恒载按125.64计算时,每根立杆受力按反力法计算N=R=1.4×16.625+1.1×0.12×0.4=23.33KN;
当最大恒载按96.84计算时,每根立杆受力按反力法计算N=R=1.4×16.625+1.1×0.12×0.4=18.01KN;
立杆截面特性:
Φ48×3.5mm无缝钢管——A=489mm2,I=10.78×104mm4,回转半径
,E=2.1×105Mpa,W=4.40×10-6m3。
立杆压应力
23.33/489×103=47.7Mpa<215Mpa,满足要求。
5.立杆稳定性验算
步距0.6m时,长细比λ=l0/i=37.73<100,查稳定系数
=0.899,
23.33/(0.899×489)×103=53.06Mpa<215Mpa,满足要求;
步距0.9m时,长细比λ=l0/i=56.6<100,属于短杆,查稳定系数
=0.807,
18.01/(0.807×489)×103=45.60Mpa<215Mpa,满足要求。
5.地基承载力验算
查工程地勘察报告,地基允许承载力为120Kpa,地基应力,f=N/A=23.33/0.16=145.81Kpa,大于地基允许承载力,因此采用素土回填、加铺20cm碎石垫层、现浇30cm配10×10φ12钢筋网片的混凝土,并垫15×10cm方木分散应力。
N:
每根钢管受到的支架反力
A:
钢管立杆的作用面积,按照0.4m×0.4m计算。
6、钢平台验算
1.底模
底模同样采取15mm竹胶板。
验算结果同上。
2.分配横梁验算
分配横梁同满堂架布置,采用10cm×10cm方木,间距30cm。
验算结果同上满堂支架。
3.模板承重主梁,采用10cm×15cm方木,间距40cm。
验算结果同上满堂支架。
4.钢横梁验算
钢横梁采用I28a工字钢,纵向0.4m间距密铺,受力主要是自重及分配梁传力,集中力P按照反力法计算,由钢板传来的反力P=k1Q+k2ql=2.351×16.625+1.132×0.12×0.4=39.14KN,按照三跨连续梁验算。
横梁采用I28a工字钢,横梁截面特性如下:
l=1.2m,g=43.37kg/m,A=55.37cm2,Ix=7115cm4,W=508cm3,每米重43.37kg,q=0.434KN/M;
M=k1ql2+k2Pl=0.105×0.434×1.22+0.281×39.4×1.2=13.263KNM
每根横梁对纵梁的反力R=3.281×39.139+1.132×0.434×1.2=129KN
弯曲应力
13.263/(1.05×508×103)=24.86Mpa<215Mpa,满足要求。
挠度验算(按三跨连续梁):
f=0.677ql4/100EI+αFl3=9×10-4m<1.2/400=3×10-3m。
(按结构力学求解器计算)
3.钢纵梁验算
纵梁采用H900×450×36×16型钢,横截面特性如下:
l=6.0m,g=498kg/m,A=456.48cm2,W=15130cm3。
受力模型为单跨简支梁。
纵梁受到弯矩M=0.125×4.98×62+1.867×129×6=1467.21KNM。
对钢管桩的反力为:
8×129+3×4.98=1046.94KN。
(1)弯曲应力
1467.21/(1.05×15130)×103=92.4Mpa<215Mpa,满足要求。
(2)局部压应力
129/(0.122×0.0085)=124.4Mpa<215Mpa,满足要求
(3)刚度验算,跨中挠度f=3.8×10-4m<6/400=0.015m,满足要求。
(按照结构力学求解器求得)
(4)因为上部采用钢横梁焊接,l1/b=120/45<16,整体稳定性能保证。
符号含义:
γx——截面塑性发展系数;
F——作用在主梁上的集中力;
t——主梁腹板厚度;
l——集中力分布长度;
l1——主梁受压翼板自由边长度,因为主梁上焊接间距120cm的次梁,故取1.2m。
b——主梁翼缘板宽度。
(公式详见《工程结构设计原理》东南大学出版社)
4.钢管桩验算
钢管桩采用Φ800×14mm钢管桩,入土深度18m,自由端5m,截面特性如下:
A=0.502m2。
单桩承载力计算如下:
按照地质资料,钢管桩入土层为:
河堤压实填土2.0m;抛石挤淤形成的块石3.0m;粉质粘土7m;粉土3.7m;圆砾大于2.0m。
,安全系数取1.6。
=
=0.8×3.14×(2×24+3×14+7×80+3.7×53+2×127)=2763.45Kpa,
=
=0.502×8400=4216.8Kpa。
Qsk:
桩总侧阻力
Qpk:
桩总端阻力
u:
桩周长
li:
分段土层相应桩长
qsk:
桩侧极限阻力标准值
Ap:
桩截面积
qpk:
桩端极限阻力标准值
(公式详见《基础工程设计原理》同济大学出版社)
故单桩承载应力R=4362.5Kpa,可承受的竖向力为2190KN。
每根管桩承受的反应力为R‘=1046.94/0.502=2085.5Kpa。
故满足要求。
但要确保钢管桩打进砾石层至少2.0m。
七、施工注意事项
1、满堂支架宽度考虑两侧施工通道要求,宽度定位47.0m,地基处理宽度49.0m。
2、立杆受力主要承受轴向受压,因此立杆要安装顶托。
(兼具调整标高的功能)。
为扩散地基应力,立杆下采取方木支垫或槽钢支垫。
3、在预压结束后安装底模,方便调整标高。
4、剪刀撑间距不得超过6根立杆间距,倾角在45~60度之间,必须沿四周形成封闭的剪刀撑,并且沿高度到支架全高。
在靠近底模处、靠近墩台处设置水平纵横分布的剪刀撑,和墩台钳固成整体。
(要确保全宽度、全高度、全长度布设!
)
5、顶层的脚手架平杆之间、平杆和立杆之间必须采用扭矩仪牢固拧紧,扭矩在40~50NM。
6、梁底标高的调整采用方木楔或钢板进行。
7、根据梁底曲线计算梁段标高,现场测量放样,调整钢管高度,符合曲线线性。
8、纵梁与横梁之间采用上下扒钉连接,方木纵梁与脚手架之间用铁丝捆牢。
9、钢管桩入土深度必须满足进入圆砾石层至少2.0m。
10、钢平台上所有构件全部采用焊接。
角焊缝焊脚尺寸10~12mm,焊缝饱满。
c
c
满堂支架及钢平台所用材料性质及截面特性
序号
项目名称
型号或规格
截面积A(cm2)
抗弯惯性矩I(cm4)
截面抵抗矩W(cm3)
弹性模量E(Mpa)
容许应力(Mpa)
备注
1
底模
15mm竹胶板
0.15
2.813
3.75
984
纵向70Mpa,横向50Mpa。
244×122cm,取10cm板条。
2
方木横梁
10×10cm方木
0.01
833.34
167
9~10×103
12
3
方木纵梁
10×15cm方木
0.015
2812.54
375
9~10×103
12
4
钢管
4.89
10.78
4.4
2.1×105
215
回转半径i=1.59cm
5
钢横梁
I28a
55.37
7115
508
2.1×105
215
6
钢主梁
H900×450×36×16
456.48
680850
15130
2.1×105
215
7
钢管桩
345.5
267050.45394
111271.02248
2.1×105
215
回转半径i=27.80cm
满堂支架荷载计算
序号
项目名称
细目名称
单位
计算公式
计算结果
备注
1
恒载g
箱梁腹板g1-A
KN/M2
94.016
中横梁腹板高度h=3.616m,钢筋砼比重26KN/M3。
2
箱梁腹板g1-B
KN/M2
70
主梁腹板高度变截面处h=2.692m,钢筋砼比重26KN/M3。
3
底模g2
KN/M2
0.5
竹胶板15mm,每块32kg。
4
方木纵横梁g3
KN/M2
1.2
纵梁10×15cm@40cm,横梁10×10cm@30cm。
5
内模及支架g4
KN/M2
2
竹胶板15mm,6×8cm背木,钢管脚手架。
6
活载q
施工人员及设备q1
KN/M2
3
严格控制人员设备数量
7
振动冲击q2
KN/M2
3
8
荷载组合1
KN/M2
125.6592
《工程结构设计原理》舒赣平编东南大学出版社
9
荷载组合2
KN/M2
101.9472
《工程结构设计原理》舒赣平编东南大学出版社
参考:
《工程结构设计原理》舒赣平编著,东南大学出版社
《基础工程设计原理》袁聚云同济大学出版社
《结构力学求解器》清华大学出版社。
公式中k1、k2分别为连续梁受到均布荷载、集中力时的弯矩系数(或反力系数)。