凤凰沱江二桥主桥满堂支架施工工艺.docx

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凤凰沱江二桥主桥满堂支架施工工艺

凤凰沱江二桥主桥满堂支架施工工艺

吴超

（湖南省益阳公路桥梁建设有限责任公司,湖南益阳413002）

摘要:

介绍凤凰沱江二桥主桥满堂支架施工的工艺方法,对主拱圈支架扣件式钢管支架内力进行了验算。

关键词:

箱肋拱；满堂式钢管扣件支架；支架预压；

1概述：

　　凤凰沱江二桥位于凤凰县城沱江凤凰大道古湘山庄,跨越沱江，与国道G209线K2370+040处相接，桥长237.265m，主跨采用1—90m箱肋拱，边跨（引桥部分）为6—20m预应力空心板，桥面净宽：

B=15.5+2×2.75=21m。

荷载标准：

汽-20级，挂-100级，人群3.5KN/m2。

洪水频率：

1/100,大桥主跨1-90米箱肋拱，共4片，拱肋断面尺寸280×180cm，拱肋砼数量共计1126.4m3,每片箱肋砼281.6m3。

本桥位于凤凰城区主要交通要道上,下游沱江老桥建成年代久远,已经是一座危桥,凤凰县政府要求本桥两年之内竣工,以满足旅游区日益增长的交通流量需求,工期十分紧张。

本桥主桥位于凤凰城区沱江河段河水面最宽处,该处水深达7米,而该处施工场地十分狭小,两岸坡度较陡峭,高差达20多米，受地形、跨径等限制，无法采取拱片预制、吊装施工的工艺，鉴于地基和材料设备的局限及其施工实际情况,采取分段、分环对称浇筑主拱圈，即三环法施工,经过项目部专家的反复方案论证,在不需预制场地、工序程序化、质量可靠和整体性好的要求下一致决定采取满堂式钢管扣件支架的施工工艺。

2施工工艺简介：

本桥支架由标准钢轨、[20槽钢、Ф48钢管的组合式满堂支架组成。

钢轨、槽钢的铺设：

每根长度为12.00-12.5m,每米重量47kg,用连接板及其螺杆连接,放在纵桥向的六排砼桩柱顶部的木楔上,每条为87米长。

钢轨固定在预埋的2根冂型钢筋中,以防位移。

其余3米用（跨径90米）两根[20钢背焊成工字型梁置于拱脚优质枕木上。

槽钢铺放:

用厚10mm钢板三面焊接接长,长度为21米。

顺桥向等距离（1.5米）排列，冂形置放在钢轨上,计61根,用骑马螺杆或点焊于钢轨上固定。

拱架、支架钢管搭设：

扣件式钢管拱架由立杆（立柱）、小横杆（顺水流方向）、大横杆（顺桥轴线方向）、剪刀撑、斜撑、扣件和缆风索组成，并以各种形式的扣件（如直角扣件、回转扣件和套筒扣件）联结各杆件。

3满堂支架搭设及主拱钢管扣件支架预压：

本桥主拱圈为1-90米单箱双室拱肋，共4片，拱肋断面尺寸为2.8×1.8m,拱肋砼数量共计1126.4m3，每片箱肋为281.6m3。

根据支架基础和施工情况，箱肋砼施工采取分肋分段分环浇筑，逐片先浇底板，与承托0.40m待合拢后再浇腹板1.0m，然后再浇顶板0.40m,最后浇横系梁。

1-90m主拱圈采用满堂式钢管扣件支架，沿桥纵向立杆排列为60×1.50m,共61排;横向为1.0+4×0.6+2×1.4+4×0.6+2×1.4+4×0.6+2×1.4+4×0.6+1.0m,共25排。

（详见1-90m主拱支架施工图。

）

1-90m主拱支架施工立面图

1-90m主拱支架施工平面图

1-90m主拱支架施工1-1、2-2断面图

预压目的是为了消除因施工地基非弹性变形和检验扣件支架发生的弹性变形，并检验整体支架的稳定性、扣件紧固性，最终调整拱架标高，确保拱底曲线符合设计要求。

3.1预压荷载的确定

按主拱圈箱肋底板与承托钢筋砼浇筑过程中所产生总重量。

分别以拱脚箱形断面的底板厚20cm，腹板承托高20cm和拱顶、1/4跨断面底板厚20cm，腹板承托20cm的钢筋砼作为计算重量g1；第一环外侧模（高1.2m）内模板与底模板重量为g2；倾倒砼及振捣产生的荷载为g3；人群荷载为g4，g3与g4按实际操作时的工作面，计28m2计算则：

g1=2×11.85m×0.828m2×2.6t/m3+（97.93m-2×11.85m）×0.74m2×2.6t/m3=193.3t

g2=0.028t/㎡×2.8m×97.93+4×97.93m×1.2m×0.028t/㎡=21t

g3=10.0m×2.8m×0.2t/m2=5.6t

g4=10.0m×2.8m×0.3t/m2=9t

∑g=g1+g2+g3+g4=193.3+21+6+9=208t

两片箱肋同时预压总重量为:

2×208=416t

3.2预压方法

1、预压程序根据箱肋砼施工要求，即分段对称加载。

两片肋为一组同时预压，1号与4号肋为第一组;2号与3号肋为第二组。

先压第二组，后压第一组。

加载程序：

拱脚段18.85m（两个），

拱顶段35.48（一个）m，

1/4点段18.77m（两个）,下弧长96.72m。

全跨对称同时加载。

2、预压材料：

为减少浪费和方便操作，用碎石装入用过的水泥袋（纤维袋），每袋装35公斤。

2肋共11886袋通过提升机运上支架，再用人力斗车运至预压部位，按重量分别对称均匀置放底模上。

底模面积两肋541.63m2,每1平方米22袋,每组持压二天。

3、测量观测

（1）预压前，在每片肋的拱脚、拱顶和1/4跨度处设立标尺，记录预压前的读数，预压过程中按加载分段观测，每组加载完成后，每间8小时观测一次，卸载后12小时，还必须观测一次。

（2）观测站要选择地势平坦、稳固、通视良好的地点，最好固定一个或两个点。

（3）根据观测数据，分析地基沉陷和扣件支架弹性变形情况，再行调整拱架标高。

4主拱圈支架扣件式钢管支架内力计算：

凤凰沱江二桥主跨为1-90m箱肋拱，箱肋为4片，分片浇筑施工，箱肋高1.8m，宽2.8m，肋分左右两室。

施工支架采用扣件钢管支架，钢管为φ48mm，壁厚3.5mm，

查《路桥施工计算手册》P438表13-4

截面积A=4.89×102mm2

抵抗矩：

W=5.078×103mm3

回转半径：

i=15.78mm

钢管每米自重=38.4N

[σ]-----钢材强度极限值取215MPa

[f]-----容许挠度取3mm

支架支承型式有两种，陆上部分支承在砼垫层上（砼垫层断面尺寸为40*50cm）水中部分支承在φ80cm的砼墩上的槽钢上（顺桥墩柱上放工字钢，工字钢上按150cm安放一根槽钢）

验算支架的内力:

1、小横梁杆计算

钢管立柱的纵向间距为150cm，横向间距根据受力大小为100cm、120cm、140cm三种间距，系梁部位横向间距为140cm。

因系梁部位荷载小，不予验算，小横杆的计算跨径L1=0.8m。

1、模板自重计算：

g1=0.27×0.8=0.22kN/m

2、倾倒砼和振捣砼产生的荷载均按2kN/m2计算（即200kg/m2）g2=2×0.8×2=3.2kN/m（参照《路桥施工计算手册》P438示例）

3、顺桥向单位长度内砼重量（根据设计要求，箱肋拱砼浇筑时分三环，第一环为底板和承托，箱腹板高0.2m，待合拢砼强度达到70%时再浇第二环、三环，即腹板和顶板砼。

腹板下均设有立柱，尤其中腹板有两根钢管立柱并在一起，共同受力。

g3=[0.2×0.8+0.2×0.2/2×4+0.2×2.8]/2.8×25=7.14kN/m

④、人群荷载：

g4=3kN/m2

作用在小横杆上的均布荷载为:

g=g1+g2+g3=0.22+3.2+7.14+3=13.56kN/m

弯曲强度：

L=80cm

σ=qL2/10w=13.56×8002/（10×5.078×103）=170.9Mpa

σ＜[σ]=215Mpa满足要求。

抗弯刚度：

f=qL4/（150EI）=13.56×8004/（150×2.1×105×1.215×105）=1.45mm

f＜[f]=3mm

E-----弹性模量取2.1×105

I-----惯性矩取1.215×105mm4

2、纵向水平横杆（大横杆计算）

钢管立柱纵向间距为150cm，因此大横杆的计算跨径L2=150cm，现按五跨连续梁计算，由小横杆传递的集中力F=13.56×0.75=10.17kN

最大弯矩可按

Mmax=0.118F（L2/2）计算（见《路桥施工计算手册》P765附表2-11）

Mmax=0.118×10.17×1.5/2=0.9kN.m

弯曲强度

σ=Mmax/w=0.9×106/（5.078×103）=177.2Mpa＜[σ]=215Mpa

满足要求

挠度：

f=1.097FL22/（100EI）=1.097×13.56×103×15002/（100×2.1×105×1.215×105）

f=0.01mm，f＜[f]=3mm

3、立杆计算

（1）、求立杆的容许荷载：

计算式：

[N]=φA[σ]

φ弯曲系数，根据杆件的长细比查《路桥施工计算手册》P789附表3-26查得立柱承受由大横杆传递的荷载N=7.92kN/m,大横杆步距为1.5m。

长细比λ=L/i　　　　

λ=1500/15.78=95

查附表3-26轴心受压钢构件纵向弯曲系数φ=0.552。

容许荷载：

[N]=φA[σ]=0.552×4.89×102×[215]=58035N=58kN

N=10.17kN＜[N]=58kN

满足要求。

4、工字钢挠度计算

工字钢长9m，按两等跨连续梁，两个集中作用力计算工字钢最大跨径的挠度：

13.5cm

27cm

L=4.5mL=4.5m

0.6cm

13.5cm

跨度中点挠度系数1.466，

f=1.466×PL3/（100EI）

工字钢跨度为4.5m，横向均布荷载宽1.2m，钢筋砼容重r=25kN,钢材弹性模量E=2.1×105MPa。

I27a工字钢惯性矩查《建筑施工计算手册》（中国建筑工业出版社）

j=0.55×108mm4

g1=模板重1.4×1.5×0.02×6=0.252kN。

g2=操作荷载3.2×1.2=3.84kN。

g3=底板重7.14×1.2=8.57kN。

g4=钢管和槽钢自重0.8kN。

g5=人群荷载3kN。

P=g1+g2+g3+g4+g5=0.252+3.84+8.57+0.8+3=16.46kN

f=1.466×16.46×103×45003/（100×2.1×105×0.55×108）=1.9mm

f＜[f]=3mm

满足要求

5、20#槽钢挠度计算

槽钢选取用长10.4m，按两等跨连续梁1个集中作用力计算。

槽钢最大跨径（5.2m）的挠度：

4.98kN

f=1.466×PL3/（100EI）

槽钢弹性模量E=2.1×105MPa

槽钢惯性矩I=1.91×107mm4

计算跨径L=5200mm

荷载：

模板重g1=1.2×1.5×0.02×6=0.22kN

操作荷载g2=1.92kN

底板重g3=0.2×1.2×1.5×25=9kN

钢管支架重g4=0.8kN

人群荷载g5=3kN

P=g1+g2+g3+g3+g5=0.22+1.92+9+0.8+3=14.94kN

底板有三个支点力，按三点分摊P=14.94×1/3=4.98kN

槽钢挠度：

f=1.466×4.98×103×52003/（100×2.1×105×1.91×107）=2.56mm

f＜[f]=3mm满足要求

5结语:

本工程的满堂支架施工处理在工序上更为简单，施工上可操作性更强，实践表明结构上也能很好的满足施工及规范要求,尤其在设备要求不高、施工周期短、不需预制场地、工序程序化、质量可靠和整体性好等上面体现了其诸多突出优点,凤凰沱江二桥施工场地狭小，采用满堂支架施工是该桥主桥1-90m箱肋拱顺利完工的最佳方案，该桥箱肋拱造型优美，是美丽的凤凰古城一道亮丽风景。

凤凰沱江二桥主拱完工的同年8月13日，与本桥同时开始施工的上游2km处凤凰堤溪桥在满堂支架施工中跨塌，同样是满堂支架施工，更从实际施工中证明了本方案的可行性及安全性。

参考文献：

[1]周永兴何兆益邹毅松等编著路桥施工计算手册北京：

人民交通出版社，2001

[2]江正荣编著建筑施工计算手册北京:

中国建筑工业出版社,2001