下承式連續(xù)梁拱橋主梁現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工

1、<p>　　下承式連續(xù)梁拱橋主梁現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工</p><p>　　【內(nèi)容提要】通過對(duì)杭長客?？缫?guī)劃九龍大道立交橋主梁施工鋼管支架的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，確?？缍?02m的連續(xù)梁拱橋主梁以及拱肋現(xiàn)澆施工的安全及質(zhì)量控制。 </p><p>　　【關(guān) 鍵 詞】連續(xù)梁拱橋 現(xiàn)澆 鋼管支架 設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： U448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A &

2、lt;/p><p><b>　　1.工程概況 </b></p><p>　　杭長客?？缫?guī)劃九龍大道立交橋，全橋孔跨布置：3×32+102m連續(xù)梁拱，中心里程：DK569+753.05，橋全長211.13m，主梁：采用C55預(yù)應(yīng)力單箱雙室混凝土截面，102m跨中梁高3.6m，支點(diǎn)梁高加大，其它梁高3.05m。拱肋：拱肋凈跨102米，矢高為25.5米，矢跨比為1/4

3、，設(shè)計(jì)拱軸線采用二次拋物線。采C55鋼筋混凝土工字型截面，拱高為3.2m。吊桿：全橋吊桿共22對(duì)44根，吊桿順橋向間距7.5m，橫橋向間距11.9m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮3×32m+102m連續(xù)拱主梁采用貝雷片鋼管支架進(jìn)行現(xiàn)澆施工。 </p><p>　　圖1 混凝土連續(xù)梁拱結(jié)構(gòu)圖 </p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)原則 </b></p>

4、<p>　　針對(duì)該鋼管支架荷載大等特點(diǎn)，保證支架的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的重中之重，遵照“技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便”的原則，主要從以下幾個(gè)方面入手： </p><p>　　將鋼管支架鋼管樁作用與在混凝土基礎(chǔ)上，即樁基采用鋼筋混凝土樁，每排5根，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)使之成為整體； </p><p>　　為增加鋼管穩(wěn)定性，鋼管樁之間采用連接系連接，連接系采用槽鋼[20； </p&g

5、t;<p>　　為增強(qiáng)鋼管支架橫向整體穩(wěn)定能力，橫橋向采用五排鋼管，與鋼筋混凝土樁一一對(duì)應(yīng)。 </p><p><b>　　3.支架設(shè)計(jì)計(jì)算 </b></p><p><b>　　3.1支架構(gòu)造 </b></p><p>　　該鋼管支架鋼管采用φ630mm×8mm，橫向間距2.75m,作用在鋼筋混凝

6、土承臺(tái)上，承臺(tái)下布置5根φ1000mm的鋼筋混凝土樁上，橫向間距2.75m；鋼管上設(shè)置砂箱作為卸落裝置，砂箱頂鋪設(shè)橫梁，橫梁采用雙拼工45c工字鋼，縱梁采用貝雷梁，貝雷梁上鋪設(shè)分配梁，分配梁采用工14工字鋼，根據(jù)貝雷梁的受力情況，分配梁設(shè)置在貝雷梁上節(jié)點(diǎn)處，分配梁鋪設(shè)100mm×100mm方木，間距為300mm，最后鋪設(shè)δ=14mm的竹膠模板。詳見圖1： </p><p>　　圖2鋼管支架結(jié)構(gòu)縱向、橫向

7、布置 </p><p>　　3.2支架模型的確定 </p><p>　　鋼管支架設(shè)計(jì)及計(jì)算采用Midas civil軟件，對(duì)鋼管支架結(jié)構(gòu)建立整體有限元模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體靜力分析。 </p><p>　　3.2.1材料特性參數(shù)的確定 </p><p>　　鋼管支架所使用的材料主要為普通碳鋼Q235、Q345，考慮到施工過程中灌注混凝土的動(dòng)載及人

8、員機(jī)具的影響，對(duì)恒載考慮1.2倍，活載考慮1.4倍提高系數(shù)。 </p><p>　　Q235鋼材彈性模量E=206×103N/mm2；剪變模量G=79×103N/mm2；線膨脹系數(shù)α=12×10-6 /℃；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m3，抗拉、抗彎、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215Mpa，抗剪125Mpa，端面承壓325Mpa。 </p><p>　　Q345型鋼材料特

9、性：彈性模量取E=206×103N/mm2；剪切模量取G=79×103N/mm2；質(zhì)量密度ρ=7850kg/m3，抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取310MPa；抗剪強(qiáng)度取180MPa。 </p><p>　　3.2.2建模方案的確定及模型的建立 </p><p>　　有限元求解過程中首要的環(huán)節(jié)是有限元模型方案的確定，建立的模型必須如實(shí)的反映出結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，符合實(shí)際工作狀態(tài)

10、，突出問題的重點(diǎn)，滿足計(jì)算精度的要求。 </p><p>　　支架整體模型是一個(gè)較大的空間結(jié)構(gòu)，受力狀況復(fù)雜，鑒于此，建立支架系統(tǒng)的幾何模型時(shí)，盡可能保證模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致，在使模型能夠反映支架主要結(jié)構(gòu)部位力學(xué)特定的嚴(yán)則下，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)做適當(dāng)簡化。 </p><p>　　鋼管支架計(jì)算采用midas Civil8.05有限元分析軟件進(jìn)行，建立支架結(jié)構(gòu)整體模型，鋼管樁采用梁單元模擬，根部固結(jié)，橫

11、梁、縱梁采用梁單元模擬，橫縱梁及鋼管支架連接采用彈性連接，底模面板采用板單元模擬，對(duì)板單元施加設(shè)計(jì)荷載。由于第一聯(lián)鋼管支架受力較大，取第一聯(lián)進(jìn)行整體建模計(jì)算，整體建有限元分析模型如下： </p><p><b>　　圖2 計(jì)算模型 </b></p><p>　　3.3計(jì)算結(jié)果分析 </p><p>　　計(jì)算時(shí)取兩種最不利工況： </p&g

12、t;<p>　　工況一：主梁施工階段，對(duì)支架受力情況分析計(jì)算 </p><p>　　工況二：主梁施工完畢，拱肋施工階段對(duì)支架受力情況分析計(jì)算 </p><p><b>　　3.3.1工況一 </b></p><p>　　工況一：主梁施工階段，對(duì)支架受力情況分析計(jì)算。鋼管支架承受荷載為：主梁混凝土荷載、支架結(jié)構(gòu)自重、施工振搗荷載、模

13、板荷載、小型機(jī)具荷載、施工風(fēng)荷載。 </p><p>　　3.3.1.1荷載計(jì)算： </p><p><b>　　梁混凝土荷載： </b></p><p>　　圖3 主梁混凝土荷載分布 </p><p>　　支架結(jié)構(gòu)自重：包括支架貝雷梁、花窗等荷載，由軟件自動(dòng)換算 </p><p>　　模板荷載：

14、2.0KN/m2 </p><p>　　施工人員、機(jī)具設(shè)備堆放荷載：2.5KN/m2 </p><p>　　施工過程中混凝土振搗產(chǎn)生的荷載：水平面模板取2.0N/m2，垂直面模板取4.0N/m2; </p><p>　　施工過程中傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載：2.0KN/m2 </p><p><b>　　施工風(fēng)荷載： </b>

15、</p><p>　　F=70%k0k1k3W0A </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　F----風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN） </p><p>　　k0----設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，取1.0 </p><p>　　k1----風(fēng)載阻力系數(shù)，取1.3 </p>

16、<p>　　k3----地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，取1.0 </p><p>　　W0----基本風(fēng)壓，查表得0.55KN/m2 </p><p>　　A---迎風(fēng)面積：89.4×1.5=134.1m2 </p><p>　　F=75%×1.0×1.3×1.0×0.55×134.1=67.1KN &

17、lt;/p><p><b>　　圖4荷載加載圖 </b></p><p>　　3.3.1.2貝雷梁受力分析 </p><p><b>　　a 貝雷梁強(qiáng)度 </b></p><p>　　圖5 貝雷梁應(yīng)力圖 </p><p>　　可知貝雷片受力最大部位在橫梁位置立桿處，應(yīng)力為204M

18、pa<[σ彎]=310 MPa,滿足要求。 </p><p><b>　　b 貝雷梁位移 </b></p><p><b>　　圖6貝雷梁位移圖 </b></p><p>　　貝雷片最大豎向位移發(fā)生在最大跨度5.3m跨中外側(cè)腹板下位置，位移量7.3mm<6000/400mm，滿足要求。 </p>

19、<p>　　3.3.1.3分配梁受力分析 </p><p><b>　　a 分配梁強(qiáng)度 </b></p><p><b>　　圖7分配梁應(yīng)力圖 </b></p><p>　　分配梁最大應(yīng)力為39.5Mpa<[σ]=215MPa,滿足要求。 </p><p><b>　　b

20、分配梁位移 </b></p><p><b>　　圖8分配梁位移圖 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)最大位移為5.5mm，為累計(jì)位移，滿足要求。 </p><p>　　3.3.1.4橫梁及鋼管受力分析 </p><p><b>　　a 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 </b></p><

21、p>　　圖9橫梁及鋼管應(yīng)力圖 </p><p>　　橫梁及鋼管結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力為73.4Mpa<[σ軸]=140 MPa,滿足要求。 </p><p><b>　　b 結(jié)構(gòu)位移 </b></p><p><b>　　圖10結(jié)構(gòu)位移圖 </b></p><p>　　結(jié)構(gòu)最大位移3.8mm&l

22、t;2750/400mm，滿足要求。 </p><p><b>　　c 結(jié)構(gòu)反力 </b></p><p>　　圖11 立柱反力圖 </p><p>　　結(jié)構(gòu)最大反力894.2kN。 </p><p><b>　　3.3.2工況二 </b></p><p>　　工況二：主梁施

23、工完畢，拱肋施工階段對(duì)支架受力情況分析計(jì)算。其主要承受荷載為：已澆筑完畢主梁混凝土荷載、拱肋及風(fēng)撐荷載、碗扣支架重量、鋼管支架自重、施工振搗荷載、模板荷載、小型機(jī)具荷載、施工風(fēng)荷載。 </p><p>　?、殴袄吆奢d：71.1KN/m2;風(fēng)撐荷載：5.4KN/m2 </p><p>　?、仆肟壑Ъ苤亓浚?10墩； </p><p>　　圖12荷載分布加載圖 <

24、/p><p>　　3.3.2.1貝雷梁受力分析 </p><p><b>　　a 貝雷梁應(yīng)力 </b></p><p>　　圖13 貝雷梁應(yīng)力圖 </p><p>　　可知貝雷梁受力最大部位在橫梁位置立桿處，應(yīng)力為257Mpa<[σ]=310 MPa,滿足要求。 </p><p><b&g

25、t;　　b 貝雷梁位移 </b></p><p>　　圖14貝雷梁位移圖 </p><p>　　貝雷梁最大豎向位移發(fā)生在最大跨度6m跨中外側(cè)腹板下位置，位移量為9.9mm<6000/400mm，滿足要求。 </p><p>　　3.3.2.2分配梁受力分析 </p><p><b>　　a分配梁強(qiáng)度 </b&

26、gt;</p><p>　　圖15 分配梁應(yīng)力圖 </p><p>　　分配梁最大應(yīng)力為112.0Mpa<[σ彎]=145MPa,滿足要求。 </p><p><b>　　b 分配梁位移 </b></p><p>　　圖16 分配梁位移圖 </p><p>　　分配梁最大位移為10.02mm

27、，為累計(jì)位移，滿足要求。 </p><p>　　3.3.2.3橫梁及鋼管結(jié)構(gòu)受力分析 </p><p><b>　　a 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 </b></p><p>　　圖17 結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖 </p><p>　　結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力為125.3Mpa<[σ軸]=140 MPa,滿足要求。 </p><p>

28、<b>　　b 結(jié)構(gòu)位移 </b></p><p>　　圖18 結(jié)構(gòu)位移圖 </p><p>　　結(jié)構(gòu)最大位移6.1mm<2750/400mm，滿足要求。 </p><p><b>　　c結(jié)構(gòu)反力 </b></p><p>　　圖19 結(jié)構(gòu)反力圖 </p><p>　　

29、結(jié)構(gòu)最大反力1244kN。 </p><p>　　經(jīng)計(jì)算，該鋼管支架滿足施工要求。 </p><p>　　4.鋼管支架施工注意事項(xiàng) </p><p><b>　　4.1鋼管樁施工 </b></p><p>　?、?鋼管柱安裝前做好測(cè)量準(zhǔn)備工作，對(duì)于承臺(tái)上鋼管柱準(zhǔn)確位置進(jìn)行平面位置和高程測(cè)量，并在承臺(tái)上劃線標(biāo)示。對(duì)于平整度

30、差的位置進(jìn)行座漿處理。 </p><p>　?、?鋼管樁預(yù)埋件位置及標(biāo)高應(yīng)準(zhǔn)確，鋼管樁就位后要對(duì)鋼管柱豎直度、平面位置等進(jìn)行檢測(cè)并及時(shí)校正,垂直度偏差不應(yīng)大于鋼管樁高度的1/500，且柱頂偏移不得大于50mm。 </p><p>　?、?鋼管樁與基礎(chǔ)及鋼管接頭之間應(yīng)連接牢固，接頭空隙應(yīng)采用適當(dāng)厚度鋼板填塞緊密并焊接牢固。 </p><p>　　4.2上部結(jié)構(gòu)施工 &

31、lt;/p><p>　?、艡M梁、分配梁安裝前應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)安裝位置，安裝誤差不得大于20mm。 </p><p>　?、茩M梁采用2根工45c工字鋼拼組，安裝前先拼組成整體后吊裝就位，橫梁與砂箱、砂箱與鋼管樁應(yīng)連接牢固；橫梁與砂箱、砂箱與鋼管樁之間有空隙時(shí)，須采用適當(dāng)厚度的鋼板填塞密實(shí)并焊接牢固。 </p><p>　?、侨粲捎诎惭b誤差造成橫梁與貝雷間不能緊密接觸時(shí)，必須在貝

32、雷與橫梁間加墊薄鋼板的方法進(jìn)行施焊調(diào)平處理。為了貝雷梁與橫梁之間的穩(wěn)固性，采用U型卡將貝雷梁卡在橫梁上，U型卡與橫梁進(jìn)行焊接牢固。 </p><p>　　⑷在進(jìn)行分配梁鋪設(shè)時(shí)，分配梁鋪設(shè)在貝雷節(jié)點(diǎn)處。若由于貝雷安裝誤差造成分配梁的支撐點(diǎn)與貝雷節(jié)點(diǎn)不對(duì)應(yīng)時(shí)，則必須在征得設(shè)計(jì)人員的同意后，方可按相關(guān)指示做調(diào)整處理；若由于安裝誤差造成分配梁與貝雷間不能緊密接觸時(shí)，必須在分配梁與連接墊板間加墊薄鋼板的方法進(jìn)行施焊調(diào)平處理

33、；為了分配梁與貝雷梁之間的穩(wěn)固性，采用U型螺栓將分配梁與貝雷梁結(jié)合成整體。 </p><p>　　4.3鋼管支架預(yù)壓 </p><p>　?、攀┕ぶЪ芗茉O(shè)完成后，應(yīng)對(duì)支架進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載須符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)設(shè)計(jì)無具體要求時(shí)不應(yīng)小于支架所承受最大施工荷載的110%，并對(duì)支架和鋼管樁的變形進(jìn)行觀測(cè)。 </p><p>　　⑵施工支架預(yù)壓選用重量穩(wěn)定和易于計(jì)量、裝卸的材料

34、，當(dāng)采用砂（土）作為預(yù)壓材料時(shí)應(yīng)防止雨水影響其重量。 </p><p>　?、鞘┕ぶЪ茴A(yù)壓按支架承受的最大施工荷載的60%、100%、110%三級(jí)進(jìn)行，預(yù)壓時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照梁體實(shí)際斷面荷載進(jìn)行預(yù)壓，加載重量偏差應(yīng)控制在同級(jí)荷載的±5%以內(nèi)，加載過程中發(fā)生異常情況應(yīng)立即停止加載，經(jīng)查明原因并采取措施保證支架安全后方可繼續(xù)加載。 </p><p>　?、仁┕ぶЪ茴A(yù)壓和卸載應(yīng)按照對(duì)稱、分層

35、、分級(jí)的原則進(jìn)行，嚴(yán)禁集中加載和卸載。 </p><p>　?、墒┕ぶЪ茴A(yù)壓的同時(shí)進(jìn)行支架水質(zhì)和水平位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：基礎(chǔ)沉降變形、支架豎向位移、支架頂面水平位移、支架橫梁、分配梁的擾度等。 </p><p>　?、输摴苤Ъ鼙O(jiān)測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)符合下列規(guī)定： </p><p>　　1）監(jiān)測(cè)斷面應(yīng)設(shè)置在預(yù)壓區(qū)域的鋼管樁、橫梁跨中位置。 </p><p

36、>　　2）樁基礎(chǔ)、橫梁跨中、分配梁頂面應(yīng)對(duì)稱梁體中心線各布置5個(gè)以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)。 </p><p><b>　　4.4 預(yù)拱措施 </b></p><p>　　預(yù)壓時(shí)支架產(chǎn)生的彈性和非彈性變形，作為設(shè)置預(yù)拱度的依據(jù)。通過調(diào)整橫向分布梁高度，實(shí)現(xiàn)預(yù)拱度的精確設(shè)計(jì)。根據(jù)梁的撓度和支架的變形所計(jì)算出來的預(yù)拱度之和，作為預(yù)拱度的最高值，設(shè)置在梁的跨徑中點(diǎn)。其他各點(diǎn)的預(yù)拱度以

37、中點(diǎn)為最高值，以梁的兩端部為支架彈性變形量，按二次拋物線進(jìn)行分配。根據(jù)計(jì)算出來的箱梁底標(biāo)高對(duì)預(yù)壓后的箱梁底模標(biāo)高重新進(jìn)行調(diào)整。 </p><p>　　4.5施工過程控制 </p><p>　　在施工過程中減小偏載，加強(qiáng)支架在工作狀態(tài)下的監(jiān)控。 </p><p>　　4.6支架落架及拆除 </p><p>　　在施工支架的落架和拆除之前需對(duì)操作

38、工人進(jìn)行技術(shù)交底，明確支架落架、拆除順序和安全措施。 </p><p>　　施工支架落架和拆除在梁體預(yù)應(yīng)力施工完成后方可進(jìn)行，支架拆除按照：“從梁體跨中向梁端”的順序和“縱橋向?qū)ΨQ均衡，橫橋向基本同步”的原則分階段循環(huán)進(jìn)行支架落架。 </p><p><b>　　5.小結(jié) </b></p><p>　　采用該鋼管支架安全、成功第完成了102m連

39、續(xù)梁拱橋主梁及拱肋的施工，為類似工程施工積累施工經(jīng)驗(yàn)。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b></p><p>　　[1] 周永興，何兆益，鄒毅松．路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社，2001 </p><p>　　[2] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003) [S].北京：人民交通出版社，2003 </