精品資料（2021-2022年收藏）李愛(ài)娟大跨度蓋梁支架的設(shè)計(jì)與施工

1、37.55米大跨度門式蓋梁支架的設(shè)計(jì)與施工李愛(ài)娟（石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院 土木工程系）內(nèi)容摘要：針對(duì)昆安高速公路中交通車流量大，施工場(chǎng)地受限的情況下，對(duì)門式蓋梁的施工提出了采用鋼桁梁支架的形式，確保交通安全。本文詳細(xì)介紹鋼桁梁支架的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵詞：大跨度門式蓋梁鋼桁梁支架設(shè)計(jì)施工1、工程概況昆明（大觀收費(fèi)站）安寧（和平村）高速公路是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目“五縱七橫”國(guó)道主干線之一（GZ65上海瑞麗）的一段，是云南省“三縱三橫”公路網(wǎng)的重要組成部分。昆安高速公路是在現(xiàn)有一級(jí)石安公路的基礎(chǔ)上修建高架橋，而石安公路是目前昆明能往滇西南唯一通道，車流量大，交通不能中斷。昆安一合同段位于石安一級(jí)公路大觀收費(fèi)

2、站處，車流量更大，日交通車流量在6500070000次/天，其中一合同段3540門式蓋梁要橫跨一級(jí)路大觀橋，施工更是處于咽喉地段。新建門式蓋梁與現(xiàn)有橋關(guān)系如圖1所示。圖1新建門式蓋梁與現(xiàn)有老橋道路交通狀況圖3540蓋梁長(zhǎng)度為37.55m，蓋梁外形為倒T型結(jié)構(gòu)，其斷面尺寸如圖2所示。如此長(zhǎng)的蓋梁設(shè)計(jì)與施工在云南省還是首次，更由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，門式蓋梁施工起來(lái)難度更大，如稍有不慎，將會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)影響。鋼桁梁施工支架很好的解決了此施工難題，本文主要介紹了鋼桁梁施工支架的設(shè)計(jì)與施工。圖2蓋梁斷面尺寸2、鋼桁梁支架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題2.1蓋梁?jiǎn)挝患剌^大的要求。蓋梁長(zhǎng)37.55m，寬3.5m，

3、混凝土自重達(dá)750T。支架如何均勻承受如此大的重量，是設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的的問(wèn)題。2.2對(duì)大觀橋保護(hù)的要求?，F(xiàn)有一級(jí)路的大觀橋設(shè)計(jì)完成于80年代末，目前車流量大，超重車多，通過(guò)計(jì)算，老橋目前只能承受現(xiàn)行車流重量，不能再承受外部附加荷載，否則將會(huì)對(duì)老橋產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。2.3道路保通安全的要求。設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮支架的凈空必須滿足一級(jí)路行車最低限高4.5m的要求。2.4吊裝與拆卸的要求。由于施工作業(yè)作業(yè)只能在晚上進(jìn)行，時(shí)間有限，受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，要求鋼桁梁支架不能太重，以便于吊裝與拆卸。2.5鋼桁梁加工的要求。工期緊迫，委托專門加工單位時(shí)間無(wú)法保證，只能自己在現(xiàn)場(chǎng)加工，因此要求加工材料易于采購(gòu)，加工精度易于

4、受控。3、鋼桁梁施工支架簡(jiǎn)介鋼桁梁施工支架由兩部分組成：一為鋼結(jié)構(gòu)支墩，二為鋼結(jié)構(gòu)桁架梁。鋼結(jié)構(gòu)支墩：主要由65式鐵路軍用墩組成。在混凝土墩柱四周，設(shè)置65式軍用墩組成的框架，軍用墩與軍用墩之間通過(guò)橫向槽鋼和斜向角鋼連接撐連接。在軍用墩上下設(shè)置兩層I40b鋼墊梁，上墊梁上方為落桁架梁的砂筒，每?jī)蓚€(gè)砂筒上擺放一片鋼桁梁。鋼結(jié)構(gòu)桁架梁：整套桁架梁由6片鋼桁梁組成。每片鋼桁梁由主弦桿和腹桿通過(guò)高強(qiáng)粗制六角頭M24螺栓連接而成，上下主弦桿采用HW400×400×13×21mm型鋼，腹桿為HN400×200×8×13mm型鋼，螺栓連接處用25m

5、m鋼板做節(jié)點(diǎn)板。在桁架梁上方設(shè)置H型鋼分配梁，確保傳遞力均勻。單片鋼桁梁架設(shè)完成后，梁與梁之間通過(guò)橫向槽鋼連接組成一個(gè)整體，桁架梁整寬3.68m，只比蓋梁底寬3.5m略大，因此很好的解決了支架均勻傳遞受力問(wèn)題。其布置圖如圖3所示。圖3鋼桁梁總體布置4、總體施工步驟通過(guò)前述，37.55m門式蓋梁施工支架步驟如下所示：65式軍用墩的搭設(shè)桁架式支架梁的架設(shè)分配梁及底模板、鋼筋籠的吊裝蓋梁混凝土的施工桁架梁及軍用墩的拆除。具體如圖4所示。在承臺(tái)上搭設(shè)65式鐵路軍用墩，并用槽鋼將軍用墩框架連接成一個(gè)整體。軍用墩上部安裝雙層墊梁，墊梁上方安裝砂筒，并做好安裝桁架梁前的準(zhǔn)備工作。桁架梁共6片，吊裝時(shí)按順序吊

6、裝，桁架梁之間用槽鋼用螺栓連接，邊成為一個(gè)整體。吊裝時(shí)用兩臺(tái)65T吊車，吊車支腿下墊2×2m2鋼板，確保老橋橋面板均勻受力。桁架梁吊裝完后，鋪分配梁，吊裝底模，調(diào)整底模，將鋼筋籠整體吊裝就位，上側(cè)模加固?；炷翝沧目缰邢騼啥艘来螌?duì)稱進(jìn)行，為防止墩柱處蓋梁出現(xiàn)施工裂縫，墩柱處混凝土最后一次澆注完成。拆除支架、支墩，形成主體結(jié)構(gòu)。圖4蓋梁施工步驟5、門式蓋梁支架的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1荷載計(jì)算荷載計(jì)算中考慮的有蓋梁自重、模板重量、分配梁重量、施工人員、機(jī)具及材料荷載、振搗砼時(shí)產(chǎn)生的平面荷載等。5.2強(qiáng)度計(jì)算支架強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，荷載取上述五種荷載組合。蓋梁一次整體澆筑成型時(shí)，支架承擔(dān)的總荷載為817

7、t。鋼桁梁弦桿和腹桿均采用Q235牌號(hào)的型鋼，其軸向容許應(yīng)力=140MPa，彎曲容許應(yīng)力w=145MPa，臨時(shí)性鋼結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力的提高系數(shù)取1.3后，其軸向容許應(yīng)力和彎曲容許應(yīng)力分別為182MPa、188.5MPa。鋼桁梁按梁桿混合單元，采用ALGOR程序計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)要如下：蓋梁砼澆筑時(shí)鋼桁梁強(qiáng)度計(jì)算：max=-184.51MPa188.5 MPa5.3剛度計(jì)算支架剛度計(jì)算時(shí)，荷載僅取蓋梁自重、模板重量和分配梁重量。由ALGOR程序電算得，鋼桁梁跨中累計(jì)撓度為-65-82mm，跨中撓度均小于規(guī)范要求的L/400。5.4穩(wěn)定性計(jì)算鋼桁梁在荷載作用下，上弦桿處于壓彎工作狀態(tài)。其回轉(zhuǎn)半徑分別為

8、：rx=(Ix/A)1/2=10cm，ry=(Iy/A)1/2=17.4cm長(zhǎng)細(xì)比x=l0/rx=4，y=l0/ry=23，均小于規(guī)范規(guī)定的長(zhǎng)細(xì)比，穩(wěn)定符合要求。5.5弦桿及腹桿接頭部位螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算鋼桁梁的弦桿及腹桿的最大軸力，控制接頭部位螺栓設(shè)計(jì)。螺栓采用10.9級(jí)M24高強(qiáng)度螺栓，其抗剪強(qiáng)度f(wàn)vb取310MPa.由公式Nv=d2/4fvb得到單個(gè)螺栓的受剪承載力Nvb=140241(N)。鋼桁梁弦桿節(jié)點(diǎn)最大軸力為2772049N，需配螺栓為:2772049/140241=19.8(個(gè))為對(duì)稱布置，實(shí)配20個(gè)。鋼桁梁腹桿最大軸力為776108N，需配螺栓為:776108/140241=5.6

9、(個(gè))為對(duì)稱布置，實(shí)配6個(gè)。5.6節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度驗(yàn)算根據(jù)螺栓設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，擬定的節(jié)點(diǎn)板如圖5所示。節(jié)點(diǎn)板采用Q235牌號(hào)的厚25mm熱扎鋼板加工而成，其基本容許應(yīng)力=140MPa。以上弦桿最大軸力節(jié)點(diǎn)板為例，進(jìn)行撕裂應(yīng)力、剪應(yīng)力和法向應(yīng)力驗(yàn)算。 圖5節(jié)點(diǎn)板受力圖5.6.1斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接處節(jié)點(diǎn)板的撕裂應(yīng)力驗(yàn)算如圖5當(dāng)斜桿受力時(shí)，若節(jié)點(diǎn)板1-2-3-4截面撕裂，則：=1.1N/0.75(A12+A34)+A23=1.1×103846/0.75(18.6+18.6)×2.5+10×2.5=12.1MPa=140MPa若節(jié)點(diǎn)板5-2-3-6截面撕裂，則：=1.1N/(

10、A52+A23+A36)=1.1×103846/(21.3+10+21.3)×2.5=8.7MPa0.75=105MPa5.6.2腹桿與弦桿之間節(jié)點(diǎn)板水平截面的剪應(yīng)力驗(yàn)算如圖5，截面7-7上節(jié)點(diǎn)板的有效長(zhǎng)度a=103.2-10×2.6=77.2(cm)相鄰兩腹桿的水平力的代數(shù)和：Z=(S1+S2)cos=2×103846×cos45。=146860（N）截面7-7的剪應(yīng)力為：=3Z/2a=3×146860/2×77.2×2.5=11.4MPa0.75=105MPa5.6.3節(jié)點(diǎn)中心處節(jié)點(diǎn)板豎向截面上的法向應(yīng)力驗(yàn)算如

11、圖5，斜桿的水平分力和弦桿內(nèi)力的代數(shù)和為:N=s1cos+u1=103846cos45。+2772049=2845479(N)節(jié)點(diǎn)板和拼接板的凈截面積為:Aj=2×(71.6×2.5-7×2.5×2.6)=267(cm2)節(jié)點(diǎn)板和拼接板的凈截面慣性距電算值為:Ij=2×59180=118360(cm4)節(jié)點(diǎn)板偏心受壓，上緣的法向應(yīng)力為：1=N/Aj+Ney1/Ij=2845479/267+2845479×16.2×35.4/2×59180=244.4MPa=140MPa，節(jié)點(diǎn)板上緣法向應(yīng)力超限，表明需設(shè)拼接板加強(qiáng)。

12、拼接板采用25mm厚熱扎鋼板，長(zhǎng)103.2cm，寬16cm，則：Aj1=Aj+Ap=267+4×(16×2.5-2×2.5×2.6)=375(cm2)Ij=2×82055.43=16411cm41=2845479/375+2845479×10×40.5/164111=146.1MPa=140MPa1雖然大于，但僅超出4.4%，在工程上可以使用。5.7軍用墩強(qiáng)度計(jì)算65式軍用墩桿件全部由A3Q鋼加工而成，單根立柱在自由長(zhǎng)度情況下，最大壓力為128t。緊固件采用10.9級(jí)粗制六角頭螺栓，通電電算計(jì)算，每根立柱所受壓力均小于其最大

13、承載力。6、鋼桁梁支架的施工鋼桁梁支架中的支墩采用現(xiàn)行鐵路搶險(xiǎn)物資，只需對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算即可。鋼桁梁支架的加工主要是對(duì)桁架梁的加工，桁架梁是在現(xiàn)場(chǎng)加工，其加工順序如下：現(xiàn)場(chǎng)加工準(zhǔn)備測(cè)量，定出桁架梁的外形輪廓弦桿、腹桿的定位擺放節(jié)點(diǎn)鋼板的定位鉆機(jī)鉆眼緊固高強(qiáng)螺栓桁架梁側(cè)翻另一側(cè)節(jié)點(diǎn)鋼板定位鉆機(jī)鉆眼緊固高強(qiáng)螺栓成品桁架梁的檢驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)桁架梁的加工可分為三大步：6.1現(xiàn)場(chǎng)加工準(zhǔn)備工作在施工現(xiàn)場(chǎng)平整一塊場(chǎng)，長(zhǎng)寬比桁架梁外形尺寸大1m左右的工作平臺(tái)。人工修整后，用C20混凝土15cm厚找平，表面平整度控制在5mm以內(nèi)。加工人員按照弦桿、腹桿、節(jié)點(diǎn)板加工圖用等離子切割機(jī)將H型鋼及鋼板作樣、號(hào)料，號(hào)料時(shí)尺寸允許偏

14、差為±2.0mm，切割完成后型鋼邊緣線與邊緣垂直度允許偏差為2.0mm。測(cè)量人員按加工圖將鋼桁梁的外形輪廓在工作平臺(tái)上放出點(diǎn)，畫(huà)出線，并標(biāo)畫(huà)出弦桿及腹桿的位置、角度。6.2制孔、組裝由于在現(xiàn)場(chǎng)加工，大型鉆孔設(shè)備不適用，在現(xiàn)場(chǎng)采用磁力鉆。磁力鉆為楊州產(chǎn)，鉆一個(gè)30mm板厚M24的孔為4min，50mm板厚M24的孔約7min，由于一個(gè)桁架梁共鉆眼約1600左右，為了保證施工進(jìn)度，采用了9臺(tái)磁力鉆，這樣可以保證一個(gè)桁架梁鉆完孔為兩天時(shí)間。制孔為M24，由于螺栓加工精度要求為負(fù)誤差，為了滿足螺栓入孔后空隙允許誤差2mm，因此加工時(shí)鉆機(jī)鉆頭采用負(fù)誤差，這樣的結(jié)果可以滿足精度要求，保證螺栓集中受力。螺栓孔加工后外形應(yīng)為正圓柱形，孔緣無(wú)損傷不平，無(wú)刺屑。在組裝時(shí)必須以孔定位，定位時(shí)每一定位群用不少于2個(gè)沖釘，沖釘直徑不小于設(shè)計(jì)孔徑0.1mm。在螺栓緊固時(shí)，用扭矩扳手定力，扭矩力為25KN·m。6.3成品桁梁的檢驗(yàn)雖然為臨時(shí)性鋼結(jié)構(gòu)，但為保證結(jié)構(gòu)的安全性，受力的均勻性，仍需要對(duì)梁高、跨度、全長(zhǎng)、扭曲進(jìn)行檢測(cè)，并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)。7、小結(jié)按以上方法進(jìn)行施工，已經(jīng)成功完成所有蓋梁施工。結(jié)合施工，鋼桁梁施工支架中有如下特點(diǎn)：6片桁架梁組成一整體，確保支架單位集中受力均勻；支架梁的支墩直接做用在承臺(tái)上，對(duì)基礎(chǔ)處理可不考慮，對(duì)老橋不會(huì)產(chǎn)生影響，并對(duì)所用