支架体系施工方2.docx

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支架体系施工方2

滁河特大桥1-96m系梁支架体系设计方案检算

1．工程概况

1.1工程简况

京沪高速铁路滁河特大桥桥梁全长11.7216Km。

该桥在DK976+182.9～+283.12段，设计1-96m下承式钢管混凝土平行系杆拱桥跨越滁河,线路与滁河夹角为55°。

滁河属于Ⅵ级航道，最高通航水位为9.5m，通航净宽为22m，净高为4.5m。

1.2地质情况

桥址地貌为滁河及一、二级阶地、丘陵区，1-96m系杆拱桥跨越滁河主河道，此段河宽50~70m，深约7~10m，水深约2~5m，水流平缓。

桥址所处地层情况，根据设计地质勘察资料列表如下：

层次

岩层地质

基本承

载力kPa

196#

197#

层底标高

层厚

层底标高

层厚

孔口标高

7.22

8.71

（0）

素填土

120

7.91

0.8

（1）1

黏土

120

2.82

4.4

2.71

5.2

（1）3

淤泥质粉黏土

60

-10.68

13.5

-10.29

13

（1）5

粘土

180

-13.18

2.5

-14.09

3.8

（1）7

粉质黏土

120

-14.38

1.2

（2）1

粉砂

100

-17.08

2.7

-16.89

2.8

（2）5

粉质粘土

120

-19.98

2.9

（2）6

粉质粘土

180

-19.89

3

（4）2

粉砂岩

300

-30.68

10.7

-21.09

1.2

（4）3

粉砂岩

350

-33.78

3.1

-31.29

10.2

1.3.工程结构特点

196#、197#墩各采用8根φ2m钻孔桩，桩长分别为51.5m、56m。

承台为20.6m（长）×8.5m（宽）×4m（厚）。

位于滁河内的196#墩墩身为3个圆柱式桥墩，直径为3.5m高为9m，顶帽为18.2m（长）×5.2m（宽）×3m（高）。

197#墩为矩形实体墩，17.7m（长）×5.05m（宽）×7.5m（高）。

上部结构采用1-96m下承式系杆拱。

梁截面为单箱三室截面，梁宽17.1m、梁高2.5m，梁长100.05m。

底板厚30cm，顶板厚30cm，边腹板厚35cm，中腹板厚度30cm。

底板在2.8m范围内抬0.5m。

吊点处设横梁，横梁厚度为0.4~0.6m。

系梁纵向设68束127-7φ5预应力筋，横向在底上设3-7φ5的横向预应力筋，横隔板上设3束9-7φ5预应力筋。

梁两端底板上设进人孔，每个箱室均设检查孔。

拱脚顺桥方向8.0m范围设成实体段。

实体段内每拱脚处纵向设6束127-7φ5预应力筋，横向设9-7φ5的预应力筋，分上下两排布置。

拱脚混凝土分两次现浇，在现浇第一次混凝土前，将拱肋钢管、加劲钢材等安放到位。

二期恒载施工完成后浇筑第二次混凝土。

吊杆布置采用尼尔森体系，即纵向布置吊杆水平夹角在50.978°~65.384°，横向水平垂直，吊杆间距为8m，两交叉吊杆之间的横向中心距为340mm。

每根吊杆采用127根φ7mm高强的松驰镀锌平行钢丝束，冷铸墩头锚，索体采用PES（FD）低应力防腐索体，并外包不锈钢防护。

两拱肋之间设五道横撑，其中拱顶X型横撑，拱顶至拱脚设四道K型横撑，横撑由φ500、φ400、φ360mm的圆形钢管组成，其内外表面均需作防腐处理。

1.4主要工程数量：

主要工程数量表

序号

名称

单位

数量

备注

1

C50钢筋混凝土

M3

1989.9

系梁

2

钢筋

T

252.4

3

钢纹线φ15.2高强低松弛应力

T

94

纵向预应力

4

OVMB15-12锚具

套

168

5

OVMB15-12P锚具

套

24

6

金属波纹管（内径φ90mm）

m

7194.2

7

钢绞线

T

33.56

横向预应力

8

OVMBM15-3/15-3P锚具

套

163/163

9

OVM15-9锚具

套

80

10

OVM15-12锚具

套

136

11

金属波纹管（内径20*60mm）

m

2754．7

12

金属波纹管（内径φ80mm）

m

674

13

金属波纹管（内径φ90mm）

m

1135.6

14

Q345qD钢材

T

320.42

拱肋横撑

15

Q235钢材

T

72.57

16

C55拱肋钢管混凝土

M3

430

拱肋

17

C50拱脚混凝土（系梁以上部分）

M3

151.2

拱脚

18

承台C30钢筋混凝土

M3

1400.8

19

墩身C35混凝土

M3

1040.2

20

承台钢筋

T

71.2

21

墩身钢筋

T

87.7

22

钻孔桩钢筋

T

156.2

23

钻孔桩φ2m

根/m

16/860

2.系梁支架体系设计

2.1.系梁支架体系构造概述

系梁支架体系自上而下其结构为竹胶板底板、分配方木、贝雷片纵梁、工字钢横梁、钢管桩基础及横向连接体系组成。

系梁支架体系布置见附图：

滁河特大桥系杆拱支架施工图。

由于预留通航孔和堤坝道路影响，造成布置孔跨不能统一，纵向贝雷片布置根据不同孔跨和加载荷载不同，采用下述三种形式布置。

2.1.1.除两端实体段和通航孔跨外，其余孔跨贝雷片纵梁分布间距为45cm，在边腹板下加密布置，间距为22.5cm，布置44排，如下图所示：

2.1.2.8m实体段考虑拱脚预埋件，贝雷片纵梁在钢管拱投影桥面1.7m拱脚宽度内按22.5cm间距布置，布置44排，如下图所示。

2.1.3.通航主跨23m采用下弦加强双层贝雷片纵梁布置44排，如下图所示。

2.2.钢管桩设计

2.2.1.设计计算依据：

1）《滁河桥地质勘察报告》

2）《建筑桩基技术规范》

3）《岩土工程勘察规范》

4）《建筑荷载设计规范》

2.2.2.设计说明

以下设计根据勘察报告及有关规范采用近似值计算。

正式施工前需根据所选用的打桩机械进行试桩以确定钢管桩实际入土深度及承载力，数据确认后再对支撑体系的材料类型及间距等尺寸参数合理调整、选用。

2.2.3.数据收集整理

依据勘察报告，滁河段有关物理力学指标如下：

2.2.3.1.滁河段地基土物理力学指标：

地层编号

里程

深度

液性指数

备注

（1）3

DK976+186.9左5.5m

3.15~3.45

0.98

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

6.15~6.45

1.24

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

9.15~9.45

1.13

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

12.15~12.45

1.29

淤泥质粉质粘土

（1）5

DK976+186.9左5.5m

17.65~17.95

0.13

粉质粘土

（2）2

DK976+281右1.3m

26.00~26.50

砾砂

（2）5

DK976+182右6.9m

24.40~24.60

0.64

粉质粘土

（2）5

DK976+182右6.9m

25.40~25.60

0.87

粉质粘土

（2）5

DK976+182右6.9m

26.30~26.50

0.78

粉质粘土

2.2.3.2.标贯成果数据：

地层编号

里程

深度

修正后锤击数

备注

（1）3

DK976+186.9左5.5m

3.65~3.95

0.93

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

6.65~6.95

1.73

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

9.65~9.95

4.08

淤泥质粉质粘土

（1）3

DK976+186.9左5.5m

12.65~12.95

2.32

淤泥质粉质粘土

（1）5

DK976+186.9左5.5m

18.15~18.45

10.55

粉质粘土

（2）2

DK976+281右1.3m

25.45~25.75

19.6

细砂

（2）4

DK976+186.9左5.5m

22.15~22.45

15.4

中砂

（2）4

DK976+281右1.3m

22.90~23.20

23.1

中砂

（2）5

DK976+186.9左5.5m

24.15~24.45

4.9

粉质粘土

（2）6

DK976+276.5右10.5m

27.55~27.85

9.8

粉质粘土

（4）2

粉砂岩

2.2.4.地层极限侧阻标准值及极限端阻标准值计算

计算依据：

《建筑桩基技术规范》中有关土的物理指标与承载力参数之间的经验关系。

砂层密实度确定依据《岩土工程勘察规范》中有关内容。

由于没有当地经验数据，计算结果有一定的误差。

按照勘察报告，DK976+186.9左5.5m钻孔处土工试验数据及标贯数据最接近施工处钢管桩承载力计算要求，故以此孔处数据为主要计算依据，其它附近位置钻孔处试验数据仅利用其作为补充参考。

2.2.4.1.

（1）3层（0.96m~-11.75m）由于为淤泥质粉质粘土层，其液性指数均大于1，其极限侧阻标准值取值为：

qs

（1）3k=21KPa；

2.2.4.2.

（1）5层（-11.75m~-14.90m）为粉质粘土层，其液性指数为0.13，其极限侧阻标准值取值为：

qs

（1）5k=91-0.13*（91-82）/0.25=86.3KPa；

2.2.4.3.

（2）2层（-14.90m~-16.00m）为细砂层，按照标贯资料修正后锤击数为19.6，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。

按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：

qs

（2）2k=42+（19.6-15）*（63-42）/（30-15）=48.4KPa；

2.2.4.4.

（2）4层（-16.00m~-18.30m）为中砂层，按照标贯资料修正后锤击数为15.4，按照《岩土工程勘察规范》确定其密实程度为中密状态。

按照《建筑桩基技术规范》其极限侧阻标准值取值为：

qs

（2）4k=42+（15.4-15）*（63-42）/（30-15）=42.6KPa；

由于桩入土深度介于16m~30m之间，其极限端阻标准值取值为：

qp

（2）4k=6300KPa；

2.2.4.5.

（2）5层（-18.30m~-19.70m）为粉质粘土层。

按照其平均液性指数为0.76，其极限侧阻标准值取值为：

qs

（2）5k=50-（0.76-0.75）*（50-36）/（1-0.75）=49.4KPa；

由于桩入土深度介于16m~30m之间，其极限端阻标准值取值为：

qp

（2）5k=2500-（0.76-0.75）*（2500-1900）/（1-0.75）=2350KPa；

2.2.4.6.（4）2层（-19.70m~-30.70m）为粉砂岩，其强度满足要求。

2.2.5.钢管桩承载力试算与分析

假定钢管桩打入

（2）5层底部，即钢管桩入土深度为20.66m，其单桩竖向极限承载力标准值计算结果为：

钢管桩直径按照529mm考虑。

桩端进入持力层深度1.4m。

λs取1.0。

=0.16*1.4/0.529*1.0=0.423

则Quk=1.0*3.14*0.529*（12.71*21+3.15*86.3+1.1*48.4+2.3*42.6+1.4*49.4）+0.423*2350*3.14*0.5292/4=1479KN

则单根钢管桩容许承载力为1479KN。

2.2.6.荷载计算

2.2.6.1.支撑体系承受静荷载计算；

1）桥梁上构设计工程数量（见下表）：

部位

材料类型

单位

工程数量

备注

拱肋

C55无收缩混凝土

m3

430.2

此荷载不考虑

钢材

t

227.77

拱脚

C45混凝土

m3

151.2

钢材及钢筋

t

76.15

拱撑

钢材

t

86.4

吊杆

钢材及钢筋

t

66.76

C45混凝土

m3

14.2

系梁

C45钢筋混凝土

m3

1981

钢筋

t

234.21

纵向预应力

钢绞线

t

91.32

固定钢筋

t

8.6

锚具

t

3.0（估）

横向预应力

钢绞线

t

33.56

固定钢筋

t

2.96

锚具

t

5.4（估）

其它附属

t

20

2）上部结构静荷载标准值计算：

按照设计图纸及工艺分析，拱肋安装完毕浇注拱内砼时，钢管拱已经可以承受砼产生的荷载，所以支撑体系承受荷载分析时可不考虑拱内砼产生的荷载。

设计桥面宽度17.1m，桥梁长度100m。

设计材料总重量：

G1=856.13+（151.1+14.2+1981）*2.4=6007.25t=60072.5KN

单位面积荷载：

q1=60072.5/（17.1*100）=35.13KPa

2.2.6.2.拱架安装动荷载计算：

拱架安装拟采用履带吊置于系梁上进行。

吊装设备重量按照60t考虑，其产生的动荷载分布面积考虑为36m2。

则动荷载标准值为：

q2=60*10/36=16.7KPa

2.2.6.3.支撑体系附加静荷载计算：

按照q3=3.0KPa计算。

2.2.6.4.施工动荷载计算；

按照q4=2.0KPa计算。

2.2.6.5.静荷载系数取1.2，动荷载系数取1.4。

2.2.6.6.支撑体系承受设计荷载计算：

qs=（35.13+3.0）*1.2+（16.7+2.0）*1.4=71.94KPa

2.2.7.钢管桩设计

预留航道处设置单跨23m宽度通道，采用贝雷梁跨越。

两端钢管桩支撑间距按照2.5m设置，则单根钢管桩承受荷载为：

G2=71.94*23*2.5/2=2068.3KN>1479KN

不能满足要求。

故每端钢管桩要求设置为双排。

2.3.贝雷梁体系检算

2.3.1.8m实体跨体系检算

2.3.1.1.计算及控制参数

1）实体段箱梁截面尺寸：

17.1m宽、2.5m高、8m长，混凝土容重27.0KN/m3（包含钢筋、钢绞线重量），拱脚二次混凝土在钢管拱吊杆安装完毕后施工可以不考虑，但每侧拱脚钢筋需考虑在内39.41t。

2）8米长钢管拱肋重量18.22t

3）支架体系附加静载3kp

4）安装动载90t（机械加吊重）

5）施工动载2kp

6）静荷载系数取1.2，动荷载系数取1.4。

7）单排单层贝雷桁架片力学性质：

容许剪力：

245.2kN

弹性模量：

E=2.1×105MPa

惯性矩：

I=25.05×108mm4

容许弯矩：

788.2kN.m

2.3.1.2.8m实体段支架体系承受荷载计算：

（（17.1*2.5*8*27+39.41*10+18.22*10+17.1*8*3）*1.2+（90*10+17.1*8*2）*1.4）/8=1738.485KN/m

2.3.1.3.强度检算

最不利布置弯矩为1738.485*82/8=13907.88kN.m

剪力为1738.485*8/2=6953.94kN

每片受力：

按最少40片检算

剪力6953.94/40=173.85kN＜245.2kN

弯矩13907.88/40=347.7kN.m＜788.2kN.m

按照44片布置方案满足要求。

2.3.1.4.挠度检算

荷载按正常使用极限状态组合：

每片贝雷片梁分布力组合：

1738.485/40=43.5KN/m

挠度验算（按简支）：

f=5ql4/（384EI）=5×43.5×80004/（384×2.1×105×25.05×108）=4.4mm

满足要求

2.3.1.5.单桩受力检算

（1738.485*4+856.4*4）/8=1297.44KN<1479kN

2.3.2.通航主跨23m贝雷梁体系检算

系梁中间部分截面为单箱三室箱型结构，底板、顶板均为30cm厚。

为简化计算，将2.5高截面折为底、腹板厚度的2倍1.2m高实体检算。

贝雷片采用双层贝雷片下设一道加强弦杆。

单排双层不加强贝雷片力学性质：

容许剪力：

245.2

弹性模量：

E=2.1×105MPa

惯性矩：

I=107.4×108mm4

容许弯矩：

1632.7kN.m

2.3.2.1.支架体系承受荷载计算：

（（17.1*1.2*23*27+227.77/100*23*10+17.1*23*3）*1.2+（90*10+17.1*23*2）*1.4）/23=856.4KN/m

2.3.2.2.强度检算

最不利布置弯矩为856.4*232/8=56629.45kN.m

剪力为856.4*23/2=9848.6kN

每片受力：

剪力9848.6/44=223.84kN＜245.2kN

弯矩56629.45/44=1287.1kN.m＜1632.7kN.m

2.3.2.3.挠度检算

荷载按正常使用极限状态组合：

每片贝雷片梁分布力组合：

856.4/44=19.5KN/m

挠度验算（按简支）：

f=5ql4/（384EI）=5×19.5×230004/（384×2.1×105×107.4×108）=31.5mm

满足要求

2.3.2.4.单桩受力检算

856.4*23/16=1231.1kN<1479kN

2.3.3.其余部位按系梁最不利布置，15m最大跨度最少40片贝雷片梁，检算如下：

2.3.3.1.支架体系承受荷载计算：

同2.2.2.1计算。

2.3.3.2.强度检算

每片梁均布荷载856.4/40=21.41KN/m

弯矩计算21.41*152/8=602.2kN.m＜788.2kN.m

剪力计算21.41*15/2=161kN＜245.2kN

2.3.3.3.挠度检算

f=5ql4/（384EI）=5×21.41×150004/（384×2.1×105×25.05×108）=26.83mm

满足要求

2.3.3.4.单桩受力检算

856.4*15/8=803kN<1479kN

2.4.56a横梁工字钢受力检算

钢管桩顶部横向设置两道56a工钢，与钢管桩顶部钢板焊接，其强度验算如下。

2.4.1.荷载计算及控制参数

1）8米实体跨在工字钢上最不利均布受力组合计算：

q=1738.485/17.1*4+856.4/17.1*6=707.2KN/m

2）23米跨在工字钢上最不利均布受力组合计算（双排桩）：

q=856.4/17.1*（23+10）/2=826.35KN/m

3）15米跨在工字钢上最不利均布受力组合计算：

：

q=856.4/17.1*15=751.23KN/m

4）56a工字钢力学参数

截面面积：

A=135.435cm2

惯性矩：

I=65600cm4

截面系数：

W=2340cm3

弹性模量：

E=2.1*105N/mm2

2.4.2.强度检算

取2.4.1.荷载计算中最大值进行验算如下：

M=ql2/8=826.35*2.5*2.5/8=645.6kN.m

σ=M/W=645.6*106/（2340*2*103）=137.95N/mm2<215N/mm2

满足要求

2.4.3.挠度检算

f=5ql4/（384EI）=5*826.35*2.54*1012/（384*2.1*105*32200*104*2）

=1.53mm<2500/400=6.25mm

满足要求

2.5.45a横梁工字钢受力检算

45a工字钢力学参数

截面面积：

A=102.446cm2

惯性矩：

I=32200cm4

截面系数：

W=1430cm3

弹性模量：

E=2.1*105N/mm2

23米跨在45#工字钢上集中受力计算：

q=856.4*（23+10）/2/8=1766.325KN/m

2.5.40a横梁工字钢受力检算

40a工字钢力学参数

截面面积：

A=91.7cm2

惯性矩：

I=22780cm4

截面系数：

W=1140cm3

弹性模量：

E=2.1*105N/mm2

23米跨在40#工字钢上集中受力计算：

q=856.4*（23+10）/2/10=1413.06KN/m

M=ql2/8=826.35*2.5*2.5/8=645.6kN.m

σ=M/W=645.6*106/（2340*2*103）=137.95N/mm2<215N/mm2

满足要求

2.4.3.挠度检算

f=5ql4/（384EI）=5*826.35*2.54*1012/（384*2.1*105*32200*104*2）

=1.53mm<2500/400=6.25mm

满足要求