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1、福厦客专道路交叉连续箱梁现浇支架设计与施工福厦客专道路交叉连续箱梁现浇支架设计与施工熊云忠(中铁二十一局集团有限公司兰州730000)?桥梁?摘要以新建铁路福州至厦门高速客运专线跨国道现浇支架为依托,对结构的屈曲分析,支架立杆,轴向压力等进行了计算分析,确保结构安全性,同时对奈形基础提出了一次浇筑,预应力加载,分段拆除等设计和施工理念,并在实践中取得了良好的应用效果,可为其他类似现浇支架的设计,施工提供借鉴.关键词现浇箱梁支架设计条形基础屈曲分析中图分类号U448.213文献标识码A+B文章编号10094539(2olo)05008705Cast-?in?-placeSupportsDesig
2、nandConstructioninRoadJunctionContinuousBoxBeamsofFu-XiaPDLXiongYunzhong(ChinaRailway21BureauGroupCo.Ltd.,Lanzhou730000,China)AbstractInlightofthecast-in-placesuppoflsconstructioninthenewlybuiltFuzhouXiamenhigh?speedPDLcrossingnationalhighwayasabasis,thisarticlemainlyelaboratesOffthedesignandcheckin
3、gofcastinplacesupports.Importantstudyhasbeencarriedoutinthekeypartsofstructure,analysisismadeonstructureflexure,andcomputinganalysisismadeonsupportpolingandaxialcompressiveforce,whichcanensurestructuralsafety.Meanwhile,thedesignandconstmcfionofstripfootingadopttheconceptsofonecasting,prestressloadin
4、gandsectionaldemolitioninplaceoftheoldide-as,whichhavebeenwellappliedinpracticeandcanbereferencetosimilarcastinplacesupports.Keywordseastin?placeboxbeam;supportdesign;stripfooting;flexureanalysis1引言福厦客运专线位于福建海峡西岸,自福州市引出,途经福清,莆田,泉州至厦门市.全长263.63km,总投资124.2亿元.该铁路为国家I级双线电气化铁路干线,设计旅客列车速度200km/h,预留提速300km
5、/h,计划总工期4年.福厦客专沿线交通道路交叉较多,跨收费站,市政公路,县道,国道,省道,高速公路及铁路等共计39处,其中9处小跨度采用现场预制架设,其余30处为大跨度.连续梁结构形式有(32+48+32)m单双线预应力混凝土连续梁,(4o+64+40)m双线预应力混凝土连续梁,(48+8O+48)m单线预应力混凝土连收稿日期:20100203续梁等l8种类型,除采用钢桁梁施工8处和悬灌施工11处外,其余11处均采用支架现浇施工.现以标段泉州锦堂特大桥连续箱梁现浇满堂支架和门式钢管柱支架设计为例简述.2工程概况锦堂特大桥位于泉州市南安,里程D1K184+157,全长2040.06m,下部结构为
6、钻孔桩,矩形空心墩台,上部结构为1432m+(32+48+32)+2832m+(32+48+32)m+1332m,32m箱梁采用现场预制架设,两处两联(32+48+32)m双线预应力混凝土连续箱梁采用支架现浇.锦堂特大桥跨与308省道在福厦铁路线DIK185+186处45号48号墩以3O.相交,与泉三高速公路在福厦铁路线DIK184十160处14号l7铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOL0GY2010(5)87?桥梁?号墩以l0.相交,设计为两联连续现浇箱梁,底宽为5.68In,顶宽为13In,梁高为3in,跨度为321TI+48In+32In,C55混凝土为134
7、6nl,15.2钢绞线68.9t,主体结构总重3566.9t.采用满堂支架和门式钢管柱支架现浇施工.3现浇支架设计3.1设计方案(1)基础承载力检算满足要求后,在基础面垫方木或槽钢作为满堂支架底部垫设.(2)满堂支架采用扣件式钢管支架,型号83.5(rll1),在梁底部5.68inx112In范围内(不包括2个门型过车道部分),横向间距0.6in,纵向间距0.6in,在翼缘板范围内,横向间距0.9ITI,纵向间距0.6m,所有步距均按1.2m,设置脚手架搭设高度11.00m.(3)15号墩与16号墩之间为泉州一三明高速公路,46号墩与47号墩之间为308省道,在满堂支架中纵向布置间距按原行车道
8、间距布置2个门型过车道,宽5In,净高5in,两侧布置0.6mx1Inx14mC20混凝土条形基础,采用325钢管作支架立柱,立柱间距5in,立柱上架设网架结构,在网架结构上敷设4.5cm厚的木板.(4)在满堂支架和2个门型过车道上方与梁底采用方木支撑连接.支架从上到下依次为:箱梁外模架,底模,方木,横梁(双拼I40),立柱(钢管),基础.(5)条形基础的设计.现浇支架条形基础的设计既考虑受力的因素,同时又考虑施工浇筑,拆除的便利性,特别是在交通繁忙的既有公路上,便利的施工方法即可加快施工进度,又可以避免交通堵塞及交通事故的发生.本次设计出发点首先满足结构受力要求,同时考虑改变以往的施工方法.
9、将条形基础平均分为7等分,既有国道中央分隔带处设置条形基础如图1所示.条形基础设计特点为:在七等分中设置模板以进行现场分别浇筑,同时在各个浇筑体之间安装模板,在各个浇筑体中预埋了吊钩,同时在各个浇筑体内预埋dp90mm的金属波纹管,钢索采用12(bJ15.20mm钢绞线,配套采用OVM15.12型锚具.这样设计的优点:14图1条形基础立面(单位:m)进行现场一次浇筑,能够保证在道路有坡度的情况下,条形基础自动找平,同时保证顶面水平,以利于布置钢管桩.浇筑体之间通过后张预应力使各个浇筑体成为一个整体,共同受力,可以共同抵抗外部弯矩造成结构倾覆,充分发挥混凝土的抗压特性和钢绞线的抗拉能力,进而保证
10、结构整部不会发生屈曲破会.最大的优势就是通过在各个浇筑块里预埋吊钩,当满堂支架施工完成后,将条形基础预加应力卸载,利用起吊设备非常容易,迅速的拆除条形基础,基本不中断交通.条形基础的设计,施工,拆除在实际中比以往的同类基础体现出了明显的优势.(6)现场现浇支架见图2.图2现浇支架现场立面3.2设计参数(1)一联32in+48In+32ITI连续箱梁混凝土重量为:1346mx2.65t/m=3566.9t(56kN/nl),模板重量为260t(4kN/m).(2)模板与木板自重4.0kN/m,混凝土与钢筋自重26.5kN/m,倾倒混凝土荷载标准值采用2.0kN/m,施工均布荷载标准值采用2.5k
11、N/m.(3)木方弹性模量为9500.0N/栅,木方抗弯强度设13.0N/mm,木方抗剪强度设计值1.3N/衄,木88钐道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J?桥梁?方的间隔距离580mm,木方的截面宽度120.0mm,木方的截面高度150.0mm.(3)支撑架荷载计算单元见图3.图3荷载计算单元3.3检算(1)扣件式钢管支架立杆计算:立杆按轴心受压杆件计算,计算长度z=纵向水平横杆步距h.立杆的强度计算公式=N冬LI,j即以厂式中:立杆的轴心压力计算值,kN;钢管抗压强度设计值,N/mm;一轴心受压立杆的稳定系数,由长细比A:Ln/(可查相关表得到
12、);一立杆净截面面积,查8x3.5(ram)型钢管的截面面积A:489mm;一钢管立杆抗压强度容许值,查83.5Elm型钢管的抗压强度容许值If:215N/mm.计算立杆轴向力容许值参照扣件式规范,由公式(1),(2)或(3)计算L.,确定J7,的最小值.L.=k】uh(1)L=(h+2a)(2)L.=klk2(h+2a)(3)式中:k一计算长度附加系数,取值为1.155;一计算长度系数,参照扣件式规范表5.3.3,M=1.7:一支架步距,为1.2ITI;口一立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度,口=0.09m;由(1)式,立杆计算长度L=2.3561TI,则A=L./i:2356/1
13、5.8:149由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.312,所以,钢管立杆轴向力容许值:N=0.312x489215N=32.8kN由(2)式,立杆计算长度L:1.2+0.090X2ITI:1.38(111),则A=L./i=1380/15.8=87由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.68.则钢管立杆轴向力容许值:N=0.68x489X215=71.5(kN)如果考虑到高支撑架的安全因素,适宜由公式(3)计算,k按照表i取值1.243.由(3)式,立杆计算长度L=1.2431.039X(1.2+0.09X2)in=1.782m,则A=L./i=1782/15.8=
14、113由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=0.496,则钢管立杆轴向力容许值:N=0.496x489X215N=52.1kN综合上述3种计算结果,取钢管立杆轴向力容许值最小的值N:32.8kN.计算立杆的轴心压力值,a.顺桥向单位长度静荷载标准值模板的自重:c=1.44kN钢筋混凝土自重(梁高计算值2.2m):%=20.988kN静荷载标准值:=Nc.+=22.428kNb.顺桥向单位长度活荷载(施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载):NQ=(2.5十2.0)X0.60.6kN=1.62kNc.不考虑风荷载时,立杆的轴向压力设计值N=1.2NG+1.4NQ=29.244kN比较计
15、算结果N=29.244kN,N<,满足要求.(2)支撑方木的计算方木按照简支梁计算,验算其强度和挠度,并对在最不利荷载布置计算弯曲强度.计算简图见图4.方木的截面力学参数在此方案中,方木的截面惯性矩和截面抵抗矩分别为:W=bh/6=12.0X15.015.0/6=450.0(cnl)后2一计算长度附加系数,按照表2取值i.039.,:6/6:12.015.0X15.0X15.0/12=3375.O(cm)铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J89?桥梁?b图4方木楞计算简图单位长度荷载的计算a.钢筋混凝土板自重:q1=26.50.582.2=
16、33.814(kN/m)b.模板的自重线荷载:q2:4.0X0.58:2.32(kN/m)C.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载:P=(2.5+2.0)0.6x0.58=1.566(kN)抗弯强度计算最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和.均布荷载:g=1.2(33.814十2.32)=43.361(kN/m)集中荷载:P=1.4X1.566=2.192(kN)最大弯矩:M=Pl/4+gZ/8=2.28kN?m截面应力:=M/w=2.28X106/450.0103=5.067(N/mm)<(or=13.0N/mm,满足要求)抗剪强度计算最大剪力的计算公式:Q=
17、ql/2+p/2则Q=0.6x43.361/2+2.192/2=14.1O4(kN)截面抗剪强度计算值f=1.175N/mmr<(7=1.3N/ram,满足要求)挠度计算最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和.均布荷载:q.=q1+q2=33.814+2.320=36.134(kN/m)集中荷载:P=1.566kN最大变形:=5q.1/384ei+p.1/48ei=5X36.134600/(384X9500X33750000)+1566X600/(48950033750000)=0.212(mm).厂=600/250=2.4方木的最大挠度厂<,满足要求.(3)门式钢
18、管柱的计算门式钢管柱采用325钢管作支架立柱,材质为Q235钢材,立柱纵,横向间距均为5m,柱高5nl.材料参数钢柱截面几何参数:圆钢管325X6,=470.85cm,=470.85cmi:11.28cm,i=11.28cmQ235钢材的拉压应力:or=1401.3=182(MPa)Q235钢材的弯曲应力:=1401.3:188.5(MPa)Q235钢材剪应力:=85X1.3=110.5(MPa)计算钢管柱向力容许值参照前述长细比A计算,采用最不利条件下L.=uh确定容许的最小值.则L.=1uh=1.155X1.7X5=9.818(m)A=L./i=9818/1128=8.7,因该值较小,取轴
19、心受压立杆的稳定系数=1,则N=6013.1215N=1292816N=1292.8kN支架结构单位长度荷载的计算a.顺桥向单位长度静荷载标准值模板的自重:Nc,=100kN;钢筋混凝土自重(梁高计算值2.2m):/Vcz:1457.5kN静荷载标准值:NG=Ncl+G2=1557.5kNb.顺桥向单位长度活荷载(施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载):NQ=112.5kNC.不考虑风荷载时,4根钢管柱的轴向压力设计值计算公式N=(1.2NG+1.4o)/4=467kN比较计算结果N=467kN<N(N=1292.8kN)由于N<,满足要求.(4)结构屈曲分析从强度观点出发,压杆
20、只要是能够满足轴向压缩的强度要求时,就能够正常安全工作,这一结论被很多人引用,而且工程上的施工技术人员通常也没人该结论,及其应用的实际工程中,实际上其忽略了该结论成立的条,即在短粗杆条件下,而实际中常常是细长杆,则在这种情况下仍然用以上理论90铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J?桥粱?会发生严重的后果,试验证明,一根长1m的松木,截面积5mm30mm,抗压强度极限为40MPa,则此杆的极限承载力为:P=6000N.而实验中木杆仅在P:30N时突然破会,这主要是发生了屈曲破会造成的,所以在实际工程中,屈曲分析是非常重要的.以下结合实际进行屈曲分析
21、.钢管截面惯性矩:,=393410(mlTl)钢管截面面积:=30.310(mm)惯性半径:i:113.9mm柔度:A=24.1查结构设计规范知:A=20时,=0.981,A:40时,=0.927利用直线插入法,当A=24.1时p:0.967校核稳定性:or=154.1MPa=176.0MPa因此<or,所以支架不会发生屈曲破坏.4支架施工要点4.1测量放样测量人员用全站仪放样出箱梁在地基上的竖向投影线,现场技术员根据投影线定出单幅箱梁的中心线,由中心线向两侧对称布设碗扣支架,同时根据立杆位置布设立杆垫板.4.2碗扣支架安装根据立杆及横杆的设计组合,从底部向顶部依次安装立杆,横杆.安装时
22、应保证立杆处于垫块中心,一般先全部装完一个作业面的底部立杆及部分横杆,再逐层往上安装,同时安装所有横杆和斜撑杆,斜撑通过扣件与碗扣支架连接,安装时尽量布置在框架结点上,保证支架的稳定性.4.3顶托安装为便于在支架上高空作业,安全省时,在地面上调好顶托伸出量,再运至支架顶安装.根据梁底高程变化决定横桥向控制断面间距,顺桥向设左,中,右3个控制点,精确调出顶托标高.然后用明显的标记标明顶托伸出量,以便校验.最后再用拉线内插方法,依次调出每个顶托的标高,顶托伸出量一般控制在20em左右.4.4纵横梁安装顶托标高调整完毕后,在其上安放方木纵梁,在纵梁上安放横梁,横梁长度比顶板一边各宽出至少50em,以
23、支撑外模支架及检查人员行走.支架安装过程中应及时检查调整水平度,垂直铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCONTECHNOL0GY度,尤其是底层支架,并注意横纵向支架高差.4.5支架预压(1)加载顺序:分三级加载,第一,二次分别加载总重的30%,第三次加载总重的40%.(2)预压采用砂袋,预压范围为箱梁底部,重量不小于箱梁总重的1.2倍.箱梁箱体重量和悬臂板重量分开计算.4.6沉降观测(1)预压的目的是为了获得在荷载作用下支架的压缩变形和结构的弹性变形数据.碗扣支架观测跨端1/4跨及1/2跨共5个断面,每个断面测桥梁中心和两边共3个测点,每跨测点为15个.(2)分别在加载前,各次加载后及满
24、载后6h,12h,24h,48h和卸载后用水平仪各观测1次,48h沉降量小于3mm.即可认为沉降稳定.(3)沉降稳定后卸载,分别画出荷载一沉降曲线图和时间一沉降曲线图,结束后报预压报告,完成沉降观测的成果整理4.7卸载支架拆除前应签发脚手架拆除令(附混凝土试验报告单),拆除时,应设置警戒区,由专人负责安全.卸载时人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载,拆除自上而下,先外后里对称进行,由跨中向支座方向拆除.根据观测记录,整理出预压沉降结果,调整支架顶托或顶托上木楔子,即调整碗扣支架顶托的标高来控制箱梁底板及悬臂的预拱高度.5结束语在连续箱梁现浇支架设计中,全面考虑各个因素,并且改变以往的传统设计,施工观念,具体体现如下:(1)全面考虑该方案中受力构件的几何参数,如惯性矩,抵抗矩及回转半径等,正确分析了荷载并精确计算相关参数,进行了常规检算如轴力,弯矩等,同时进行屈曲分析,以保证结构整体在实际荷载作用下的稳定.(2)条形基础设计中采用了一次浇筑,预应力加载,分段拆除的理念.经过实践检验,该方法受力明确,设计合理,操作简单,最大限度地减少了对既有公路行车的影响,具有较强的可操作性和实用性.(3)以上设计与施工进行了紧密结合,二者相辅相成,有效地解决了实际问题,为类似设计,施工提供了借鉴.2010f5J91