連續(xù)梁施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

PAGE17-合肥市方興大道上跨蓮花路、天都路、始信路連續(xù)梁施工方案優(yōu)化設(shè)計(jì)2013年4月7日，由局技術(shù)中心組織，在局南樓618會(huì)議室召開了《合肥市方興大道上跨蓮花路、天都路、始信路連續(xù)梁施工方案》審查會(huì)，并形成會(huì)議紀(jì)要。根據(jù)會(huì)議紀(jì)要中要求完善的以下內(nèi)容：1、支架搭設(shè)橫斷面不統(tǒng)一，造成縱向連接困難對(duì)支架的整體穩(wěn)定性不利，過程中要做好對(duì)支架縱向連接檢查2、主橋跨路門洞縱向I40b工字鋼檢算擾度值偏大，建議對(duì)腹板下縱向I40b工字鋼進(jìn)行加強(qiáng)。另根據(jù)我分部進(jìn)場(chǎng)后對(duì)通過局技術(shù)中心評(píng)審的連續(xù)梁施工方案仔細(xì)研讀和對(duì)合肥市大號(hào)工字鋼、螺旋管的市場(chǎng)調(diào)查。提出以下連續(xù)梁施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)：1、將原施工方案中不統(tǒng)一的支架橫斷面，改成統(tǒng)一的。統(tǒng)一后的支架總寬度為13.8m，橫橋向立桿間距全部統(tǒng)一為90×2+60×4+90×2+60×3+90×2+60×4+90×2cm。支架頂托上10號(hào)工字鋼橫橋向、順橋向放置均可，間距最大的均為90cm，方案檢算及優(yōu)化圖按橫橋向布置進(jìn)行。2、將原施工方案中的兩個(gè)凈寬7.7m的獨(dú)立門洞優(yōu)化為凈寬6.5m的整體門洞，減小門洞縱向I40b工字鋼的支撐點(diǎn)間距，從而大大降低工字鋼的擾度。調(diào)整螺旋管條形基礎(chǔ)尺寸，由原方案中的1.2m寬優(yōu)化為1.0m寬，高度由0.8m優(yōu)化為根據(jù)進(jìn)行螺旋管高度適時(shí)調(diào)整，保證門洞凈高4.5m不變。3、根據(jù)我分部的物資調(diào)查，局物資公司有部分I45a、I56a及φ480×10mm螺旋管。為保證門洞搭設(shè)的材料供應(yīng)，將原方案中部分部位I40a工字鋼用I45a、I56a工字鋼代替。原方案中部分橋下門洞立柱φ529×10mm的螺旋管用φ480×10mm螺旋管代替。4、為了保證梁的外觀質(zhì)量，避免分層澆筑接合處的施工縫，加快施工進(jìn)度；蓮花路橋P1-P7引橋180米箱梁將原方案砼每聯(lián)分兩次澆筑改為一次澆筑。翼緣板下頂托方木原方案為8.5×8.5cm和12.5×12.5cm兩種，支架搭設(shè)中高度很難控制，將翼緣板下頂托方木改為8.5×8.5cm方米。通過以上方案優(yōu)化設(shè)計(jì)后，我分部對(duì)存在變化的部位重新進(jìn)行支架模板驗(yàn)算。驗(yàn)算過程及優(yōu)化后方案附圖見附件。附件：優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案部分的支架模板驗(yàn)算1、支架搭設(shè)地基處理1.1清除支架搭設(shè)范圍內(nèi)的全部表層雜填土，并以方興大道設(shè)計(jì)道路中線為最高點(diǎn)向南北兩側(cè)設(shè)置1%的排水橫坡進(jìn)行場(chǎng)地平整壓實(shí)。平整壓實(shí)后地基承載力達(dá)到180kPa的，直接澆筑10cm后C15砼墊層。平整壓實(shí)后地基承載力達(dá)不到180kpa的，需采取換填5%灰土的方式處理。1.2承臺(tái)基坑采用級(jí)配碎石分層回填壓實(shí)。部分頂管工作井在支架搭設(shè)范圍內(nèi)的需在砼墊層上再加設(shè)槽鋼。1.3既有砼、瀝青路面處不再進(jìn)行基礎(chǔ)處理，直接在其上搭設(shè)支架。1.4滿堂支架基礎(chǔ)處理橫橋向?qū)挾纫蟛恍∮?5m，砼墊層寬度32m。并在砼墊層外側(cè)1.8m處順橋向設(shè)置排水溝。2、支架及模板設(shè)計(jì)外支架體系從下至上依次為：底托→碗扣式鋼管腳手架→頂托→Ⅰ10工字鋼（橫橋向，腹板及翼緣板處為順橋向10×10cm方木）→10×10cm方木（順橋向，斜腹板及翼緣板處為橫橋向）→竹膠板外模；局部地質(zhì)不良段如泥漿池或長(zhǎng)期被水浸泡處等，按上述1.1條進(jìn)行基礎(chǔ)處理后，上述“底托”換成“頂托”，并在其下增設(shè)一層10×10cm方木配載。箱室內(nèi)亦搭設(shè)碗扣式鋼管腳手架，側(cè)面及頂面對(duì)撐內(nèi)模木工板，木工板背肋采用5×10cm方木（@30cm，緊貼木工板）及10×10cm方木（大肋）。支架及模板布置原則：（1）外模碗扣式鋼管腳手架①橫橋向立桿間距：箱梁腹板范圍60cm，翼緣板外側(cè)90cm，其余部位90cm;②順橋向立桿間距：箱梁橫梁及腹板加寬范圍60cm，其余部位90cm；（2）箱室內(nèi)鋼管腳手架橫橋向、順橋向立桿間距、橫桿步距均為90cm。（3）鋼管立柱頂I10工字鋼鋼管腳手架立柱頂I10工字鋼橫橋向擺放，順橋向間距同立桿間距；工字鋼單根長(zhǎng)度不夠時(shí)需對(duì)接，對(duì)接頭必須設(shè)在立柱頂，且對(duì)接頭下必須放置一根30cm長(zhǎng)10×15cm短方木。（4）I10工字鋼頂10×10cm方木（竹膠板底）方木橫橋向間距：除中橫梁處為20cm外，其余均為30cm。3、優(yōu)化后支架及模板設(shè)計(jì)檢算(1)δ=15mm竹膠板①1.8m高箱梁橫梁處竹膠板底模下為10×10cm方木（@30cm），方木凈間距為20cm。故可選擇單位寬的竹膠板帶，按單向簡(jiǎn)支板計(jì)算。其上受均布荷載q，計(jì)算跨度按20cm。選1cm寬的竹膠板帶為計(jì)算模型。其上均布荷載：q=（1.8×0.01×0.2）m3×30KN/m3/0.2m=0.54KN/mδ=15mm，1cm寬板帶抗彎截面模量W=10×152/6=375mm3計(jì)算模型如下：q=0.54KN/m板帶跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=2700N?mm相應(yīng)板帶跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=7.2MPa≤[σ]=18MPa②3.0m高箱梁橫梁處竹膠板底模下為10×10cm方木（@20cm），方木凈間距為10cm。故可選擇單位寬的竹膠板帶，按單向簡(jiǎn)支板計(jì)算。其上受均布荷載q，計(jì)算跨度按10cm。選1cm寬的竹膠板帶為計(jì)算模型。其上均布荷載q=（3.0×0.01×0.1）m3×30KN/m3/0.1m=0.9KN/mδ=15mm，1cm寬板帶抗彎截面模量W=10×152/6=375mm3計(jì)算模型如下：q=0.9KN/m板帶跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=1125N?mm相應(yīng)板帶跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=3.0MPa≤[σ]=18MPa(2)10×10cm方木①箱梁1.8m高橫梁處該處10×10cm橫橋向間距30cm。順橋向腳手架立桿間距（I10工字鋼順橋向間距）60cm，故方木計(jì)算跨度按60cm。其上均布荷載q=（1.8×0.3×0.6）×30/0.6=16.2KN/m 10×10cm方木抗彎截面模量W=100×1002/6=166667mm3，計(jì)算模型如下：Q=16.2KN/m方木跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=729N?m相應(yīng)跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=4.37MPa≤[σ]=9MPa②箱梁3.0m高橫梁處該處10×10cm橫橋向間距20cm。順橋向腳手架立桿間距（I10工字鋼順橋向間距）60cm，故方木計(jì)算跨度按60cm。其上均布荷載q=（3.0×0.2×0.6）×30/0.6=18KN/m 10×10cm方木抗彎截面模量W=100×1002/6=166667mm3，計(jì)算模型如下：q=18KN/m方木跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=810N?m相應(yīng)跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=4.86MPa≤[σ]=9MPa③箱梁腹板處箱梁腹板按高度1.8m，寬45cm驗(yàn)算，考慮其下兩根方木共同承擔(dān)。順橋向腳手架立桿間距（I10工字鋼順橋向間距）90cm，故方木計(jì)算跨度按90cm。其上均布荷載q=（1.8×0.45×0.9）×30/0.9=24.3KN/m 10×10cm方木抗彎截面模量W=100×1002/6=166667mm3，計(jì)算模型如下：q=24.3KN/m方木跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=2460N?m相應(yīng)跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/（2W）=7.37MPa≤[σ]=9MPa施工時(shí)，方木不得懸臂承載，必須平面互相錯(cuò)位,故方木中心間距必然小于30cm。另箱梁腹板高度超過1.8m處，腹板下方木間距均按@20cm控制。(3)I10工字鋼①箱梁3.0m高橫梁處順橋向、橫橋向腳手架立桿間距均為60cm，故工字鋼計(jì)算跨度按60cm。其上均布荷載q=（3.0×0.6×0.6）×30/0.6=54KN/m 熱軋普通I10工字鋼抗彎截面模量W=49cm3，截面慣性矩I=245cm4。計(jì)算模型如下：q=54KN/m跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=2430N?m跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=49.6MPa≤[σ]=170MPa工字鋼的彈性模量E=2.1*1011Pa跨中最大撓度fmax=5ql4/(384EI)=0.177mm≤[f]=l/400=1.5mm②箱梁腹板處本標(biāo)段箱梁腹板最大高度3.0m。橫橋向腳手架立桿間距60cm，順橋向腳手架立桿間距90cm。故工字鋼計(jì)算跨度按60cm。其上均布荷載q=（3.0×0.9×0.6）×30/0.6=81KN/m 熱軋普通I10工字鋼抗彎截面模量W=49cm3，截面慣性矩I=245cm4。計(jì)算模型如下：q=81KN/m跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=3645N?m跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=74.4MPa≤[σ]=170MPa跨中最大撓度fmax=5ql4/(384EI)=0.266mm≤[f]=l/400=1.5mm③箱梁翼板處本標(biāo)段箱梁翼板最大高度0.50m。橫橋向腳手架立桿間距60cm，順橋向腳手架立桿間距90cm。故方木計(jì)算跨度按60cm。其上均布荷載q=（0.5×0.9×0.6）×30/0.6=13.5KN/m 10×10cm方木抗彎截面模量W=100×1002/6=166667mm3，計(jì)算模型如下：q=13.5KN/m跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=608N?m跨中最大應(yīng)力σmax=Mmax/W=3.65MPa≤[σ]=9MPa(4)腳手架立桿①立桿允許荷載[N]本標(biāo)段腳手架鋼管均采用Φ48mm（δ=3mm）鋼管，除中橫梁處橫桿步距h為60cm外，其余部位均為1.2m。立桿伸出頂層水平桿長(zhǎng)度a按35cm考慮。根據(jù)《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ166-2008），立桿允許荷載[N]=ψ?A?f。其中：ψ為軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)；A為立桿橫截面面積，A=π?（242-212）=424mm2；f為鋼材的抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取170MPa。根據(jù)材料力學(xué)相關(guān)理論，立桿長(zhǎng)細(xì)比（柔度）λ=（h+2a）/i。式中立桿截面回轉(zhuǎn)半徑i=48/4?√[1+(42/48)2]=15.94mm；h=1200mm；a=350mm。故立桿長(zhǎng)細(xì)比（柔度）λ=119.2查材料力學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)資料，可知立桿軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.441。故[N]=ψ?A?f=0.441×424×170=31.8KN同理，可計(jì)算3.0m高橫梁處（橫桿步距h=60cm）立桿柔度λ=81.6，查相關(guān)數(shù)據(jù)資料，可知ψ=0.683。故[N]=ψ?A?f=0.683×424×170=49.2KN②3.0m高橫梁處腳手架立桿順、橫橋向間距均為60cm，橫桿步距60cm。立桿最大壓力N=（0.6×0.6×3.0）×30=32.4KN≤[N]=49.2KN③1.8m高橫梁處腳手架立桿順、橫橋向間距均為60cm，橫桿步距120cm。立桿最大壓力N=（0.6×0.6×1.8）×30=19.44KN≤[N]=31.8KN④箱梁中腹板處根據(jù)一般路段支架設(shè)計(jì)圖，經(jīng)過鋼筋、竹膠板、方木及工字鋼的多級(jí)配載后，可認(rèn)為箱梁中腹板下三根立桿均勻承擔(dān)相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的箱梁荷載。從CAD圖中量測(cè)可知該區(qū)域面積為1.8026m2。立桿順橋向間距90cm。于是可計(jì)算中腹板下腳手架力立桿承受壓力：N=（1.8026×0.9）×30/3=16.22KN≤[N]=31.8KN⑤箱梁邊腹板處根據(jù)一般路段支架設(shè)計(jì)圖，經(jīng)過鋼筋、竹膠板、方木及工字鋼的多級(jí)配載后，可認(rèn)為箱梁邊腹板下三根立桿均勻承擔(dān)相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的箱梁荷載。從CAD圖中量測(cè)可知該區(qū)域面積為2.0442m2。立桿順橋向間距90cm。于是可計(jì)算中腹板下腳手架力立桿承受壓力：N=（2.0442×0.9）×30/3=18.4KN≤[N]=31.8KN⑥箱梁箱室空腔處箱梁頂板厚25cm，底板厚23cm。腳手架立桿順、橫橋向間距均為90cm。立桿最大壓力N=（0.9×0.9×0.47）×30=11.4KN≤[N]=31.8KN⑦箱梁翼緣板處翼緣板最大厚度0.5cm，腳手架立桿橫向最大間距90cm，順橋向間距90cm。立桿最大壓力N=（0.9×0.9×0.5）×30=12.15KN≤[N]=31.8KN（5）地基承載力土路基處采用20t輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)先壓實(shí)土路基（地基承載力不小于180KPa），再澆筑10cm后砼墊層。3.0m高橫梁處，立桿最大壓力32.4KN，該處土路基基底壓應(yīng)σ=32.4/(0.6×0.6)=90KPa。考慮1.1倍安全系數(shù)，σ=99KPa≤[σ]=120Kpa其他部位立桿檢算均滿足施工要求！4、門洞優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算方案優(yōu)化設(shè)計(jì)后主橋跨路上方采用整體雙跨7.0m工字鋼門式支架（原方案計(jì)算跨度為7.81m，優(yōu)化后計(jì)算跨度6.5m）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)跨路處原地面高程，對(duì)三座橋的門洞采用螺旋管高度、條形基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。條形基礎(chǔ)因在市政道路上修筑，對(duì)道路橫坡的引起的標(biāo)高變化通過調(diào)整螺旋管長(zhǎng)度及基礎(chǔ)高度進(jìn)行處理。縱坡方向以保證門洞凈空為準(zhǔn)，調(diào)整基礎(chǔ)高度。門洞縱向工字鋼上在鋪設(shè)一層橫橋向10號(hào)工字鋼或10號(hào)槽鋼，作為立桿下分配梁。優(yōu)化后縱向橋像共設(shè)20排I40a工字鋼，工字鋼之間均采用Φ12鋼筋焊接連接穩(wěn)固，對(duì)順橋向I40a工字鋼進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。根據(jù)原方案檢算結(jié)果縱向工字鋼上最大線荷載28.6KN/m，剛度計(jì)算為19.8KN/m。（1）強(qiáng)度計(jì)算按簡(jiǎn)支梁跨中最大彎矩Mmax=q?l2/8=151044N?m，則σ=M/W=151044/(1.09×10-3)=138.6MPa＜［б］=215MPa，滿足要求。（2）撓度計(jì)算fmax=fmax=5ql4/(384EI)=10.1mm<1/400*L=6.5/400=16mm，滿足要求。門式支架南、北端支點(diǎn)均采用Φ480mm（δ=10mm）螺旋鋼管立柱，立柱頂安置2I40a工字鋼橫向分配梁。南、北側(cè)分別設(shè)置14根鋼管立柱，共42根；鋼管立柱之間采用[12.6槽鋼橫向焊接加強(qiáng)穩(wěn)定性,螺旋管與滿堂支架間采取對(duì)撐對(duì)拉的方式加固，增強(qiáng)其縱向穩(wěn)定性（單柱檢算穩(wěn)定性已滿足要求）。立柱底采用C30鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬1m，厚0.3-0.6m。鋼管立柱底與條形基礎(chǔ)預(yù)埋的鋼板焊接穩(wěn)固，條形基礎(chǔ)坐落在現(xiàn)狀道路上，基礎(chǔ)承載力滿足要求。箱梁底板在門式支架上方搭設(shè)碗扣式腳手架，橫橋向10×10cm方木（@20cm）及竹膠板做底模。(1)構(gòu)件檢算①I40a工字鋼（縱向分配梁）綜合上述，兩跨簡(jiǎn)支工字鋼縱向分配梁荷載疊加后計(jì)算可知：支點(diǎn)處剪力Qmax=1556KN≤[Q]=80×341×10.5×5.5×5.5/1000=8864.8KNI40a工字鋼2.25m跨中最大彎矩：Mmax=ql2/8=518.7×5.52/8=1697.78KNm考慮0.9的工字鋼不均勻分配系數(shù)，相應(yīng)最大拉應(yīng)力：σmax=（Mmax/W）/0.9=[1697.78/(1090×30.25)]/0.9=57.21MPa≤[Q]=170MPa工字鋼最大撓度（考慮0.9的不均勻分配系數(shù)）：fmax=5?q?l4/（384EI），其中E=2.1×105MPa，I=21720cm4則，fmax=7.3mm/0.9=5.9mm≤[f]=l/400=15.5mm均滿足施工要求！②鋼管立柱頂2I40a工字鋼橫梁支點(diǎn)處支點(diǎn)總反力1556KN。在箱梁橫斷面CAD圖中量測(cè)計(jì)算，可知鋼管立柱之間2I40a型工字鋼承受彎矩最大，支點(diǎn)間距為2.40m;另逐跨量測(cè)計(jì)算可知，鋼管立柱之間2I40a型工字鋼撓度最大。故2I40a工字鋼橫梁最不利拉應(yīng)力計(jì)算跨度可按2.40m考慮，最不利均布荷載可按（2.21×6.0×30）/2.4=165.75KN/m。圖示如下：q=165.75KN/mσmax=Mmax/W=(q?L2/8)/W，q=159.12KN/m，L=2.40m，W=2×1085.7cm3，計(jì)算得：σmax=57.2MPa≤[σ]=170MPa，滿足施工要求！另：最大撓度可按下式計(jì)算，fmax=5qL4/（384EI），其中：q=62.2KN/m，L=2.5m，E=2.1×10