黃延高速褳達(dá)溝特大橋#墩#段施工托架設(shè)計

黃延高速褳達(dá)溝特大橋1、5#墩0#段施工托架設(shè)計摘要：本文對單肢0#段托架進行詳細(xì)理論計算，主要受力構(gòu)件采用貝雷架拼裝，安裝、拆卸方便，并采用ANSYS對牛腿托架系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。關(guān)鍵詞：單肢0#段托架貝雷架設(shè)計一、工程概述黃延高速公路褳達(dá)溝特大橋位于陜西省黃陵縣太賢鄉(xiāng)北村村北，橫跨褳達(dá)溝河谷，全橋長854.5m，中心樁號為K178+836.75。主橋為預(yù)應(yīng)力砼剛構(gòu)連續(xù)箱梁橋，跨徑組合為83+4×148+83米。本橋共有0#段10塊，其中1、5#墩0#段墩身為單肢薄壁空心墩，墩高分別為47m和36m，墩身尺寸為5×6.5m；0#塊長11.0m，底板寬6.5m，頂板寬12.0m，高為8.0m。0#塊采用施工托架現(xiàn)澆混凝土，兩側(cè)懸臂澆注長度均達(dá)到3.0m，施工難度極大。二、方案比選剛構(gòu)橋0#段施工托架的形式很多，一般較為普遍采用以下幾種形式：在墩頂預(yù)埋型鋼作為托架，但預(yù)埋型鋼有以下缺點①型鋼使用量大，成本高；②型鋼托架要在高空進行焊接組裝，質(zhì)量難于保證，且安全風(fēng)險較大；③托架拆除要用氧炔焰進行氣割，作業(yè)難度很大，同時氣割還易損傷墩身砼，埋入砼的型鋼面封閉處理較難，易銹蝕后影響墩身外觀。采用牛腿和萬能桿件組合形成托架，但萬能桿件有如下不足①由于受吊裝能力的影響，不能形成整體架子吊裝，只能在墩頂懸拼，作業(yè)難度大，安全性差，時間長；②架子拆除時只能單件拆除吊下，施工非常困難。采用牛腿和貝雷架組合形成托架，能有效避免以上兩種方案的缺點，并有如下優(yōu)點①貝雷架為周轉(zhuǎn)料具，施工成本低；②貝雷架可以在地面拼裝成型，整體吊裝就位，安裝方便，減少空中作業(yè)時間；③托架拆除時，貝雷架可采用卷揚機整體吊裝下落，拆卸方便；④在墩身上預(yù)留牛腿插口，牛腿拆除后封閉簡單。通過方案比選，決定采用牛腿和貝雷架組合設(shè)計托架。三、托架設(shè)計1、托架應(yīng)滿足的條件①托架必須有足夠的強度和剛度，并形成空間穩(wěn)定的整體；②構(gòu)造和制作簡單，裝拆方便，要能增加周轉(zhuǎn)次數(shù)；③托架上要設(shè)置落架設(shè)備，便于拆除托架。2、托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計對托架進行施工圖設(shè)計，主要施工圖如下：本牛腿托架第一次現(xiàn)澆砼用鋼材23噸，第二次現(xiàn)澆砼用鋼材15噸，0#段托架共計用鋼材38噸。3、托架受力計算牛腿托架系統(tǒng)一次施工完成，而現(xiàn)澆部分的混凝土分兩步澆注：第一步：先澆注0#塊0～3.0m高度的混凝土;第二步：后澆注0#塊3.0～8.0m高度的混凝土。3.1、計算參數(shù)取值說明①鋼筋砼容重：26KN/m3②砼超灌系數(shù)：1.05③動載系數(shù)：1.2④模板及支架自重：取0.2倍砼重⑤施工人員和施工機具荷載：2.5KN/m2⑥撓度容許值：l/400⑦Q235鋼：E＝2.1×105MPa[σ]＝205MPa[σw]＝205MPa[τ]＝120Mpa⑧單排單層貝雷架：[M]＝788.2KN·m[Q]＝245.2KN⑨雙排單層貝雷架：[M]＝1576.4KN·m[Q]＝490.5KN3.2、第一次現(xiàn)澆混凝土計算第一次澆注高度為0～3.0m，對于墩身正上方的混凝土重量直接作用于主墩墩身上，設(shè)計托架時不予考慮，因此只計算兩邊懸臂的部分，懸臂長度為3.0m，取縱向單位長度l=1.0m。3.2.1、荷載計算沿橋梁縱向截取1m計算荷載，則有：3.2.2、底模計算底模采用墩身大塊鋼模，縱向每沿米2根[10背杠。計算得：（計算圖示見上頁）最大撓度fmax=1.0mm<mm最大彎矩Mmax=11.5kN·m最大剪力Qmax=54.3kN支座反力RA=54.3kNRB=77.3kNRC=48.4kN則<[σw]＝205MPa<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求,底模采用墩身大塊鋼?？尚小?.2.3、底?？v向分配梁2[10計算采用模板豎向背杠作為縱向分配梁，每根背杠由2根[10組成,在RB處受力最大。1根[10：Ix=198cm4Wx=39.7cm3計算圖示如下:計算得：最大撓度fmax=0.2mm<mm最大剪力Qmax=33.8kN支座反力R1=16.0KNR2=59.6KNR3=48.9KNR4=50.2KNR5=57.2KN<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求,分配梁采用2根10號槽鋼，間距為130cm可行。3.2.4、橫向貝雷架計算單排單層單片貝雷架參數(shù)：[M]=788.2kN·m[Q]=245.2kNIx=250497.2cm4Wx=3578.5cm3由前面計算可知：位于R2點處受力最大,計算圖示如下:計算得：最大撓度fmax=1.9mm<mm最大彎矩Mmax=199.4kN.m<[M]=788.2kN.m最大剪力Qmax=138.7kN<[Q]=245.2kN支座反力Rx=138.7kN橫向貝雷架滿足《貝雷架使用手冊》要求，橫向分配大梁采用單排單層單片貝雷架可行，施工時將兩單排單片貝雷架用支撐架相連以增加穩(wěn)定性，實際構(gòu)成了一組雙排貝雷架，托架共有六組雙排貝雷架，間距為130cm。3.2.5、縱向貝雷架計算雙排單層貝雷架參數(shù)：[M]=1576.4kN·m[Q]=490.5kNIx=500994.4cm4Wx=7157.1cm3計算圖示如下::計算得：最大撓度fmmax=0.1mm<<mm最大彎矩Mmmax=1175.66kN..m<[[M]=11576..4kNN.m最大剪力Qmmax=2295.11kN<<[Q]]=4900.5kNN支座反力RRy=2455.0kNNRz=2955.1kNN縱向貝雷架滿足足《貝雷架架使用手冊冊》要求，縱縱向承重大大梁采用雙雙排單層貝貝雷架可行行，施工時時將兩單排排單片貝雷雷架用綴條條相連以減減少大梁的的橫向?qū)挾榷?，大梁寬寬度?6ccm，托架架共有兩組組縱向雙排排單層貝雷雷架。3.2.6、斜斜撐系受力力計算1）斜撐計算采用2根20a槽鋼作為為斜向支撐撐，斷面示示意圖如下下：斜向支撐角度為為，有：長細(xì)比：查表得：斜撐滿足《鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)規(guī)范》要求求。2）斜撐牛腿計算算采用兩塊鋼板焊焊接于墩身身預(yù)埋鋼板板上，利用用焊縫受力力，計算圖圖示如下：：焊縫計算：h==240mmd==30mmmm3換算應(yīng)力計算：：斜撐牛腿滿足《鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》要要求。3.2.7、砂砂筒計算砂筒計算算參數(shù)：筒壁鋼板允許應(yīng)應(yīng)力：筒壁鋼板厚：砂筒內(nèi)半徑：砂的內(nèi)摩擦角：：計算圖示見右圖圖:砂筒能承受的正正壓力:砂筒滿足施工承承載力要求求。3.2.8、牛牛腿計算根據(jù)上述計算結(jié)結(jié)果，支座座反力Ry=2455kN，采用2塊牛腿鋼鋼板共同承承受245kkN，平均每每塊鋼板受受力為122..5kN，通過精精軋螺紋鋼鋼施加拉力力P來平衡支支座反力產(chǎn)產(chǎn)生的力矩矩。計算圖圖示如下：：建立平衡方程式式：X方向：Rb-P=0Y方向：Ra–1222.5==0對O點求矩：解得：Raa=1222.5kNP=Rbb=885.755kN1)牛腿鋼板計算（圖圖中虛線處處為薄弱面面）a、不考慮精軋螺螺紋鋼受力力kN.mQ=1222.5kkNmm4mm3d=30mmm<[σw]＝205MPaa<[τ]＝120Mpaa換算應(yīng)力計算：：b、考考慮精軋螺螺紋鋼受力力此時薄弱弱面只承受受剪切力Q=1222.5kN。<[τ]＝120Mpaa牛腿鋼板板滿足《鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》要要求。2)焊縫受力計算兩塊牛腿腿鋼板間距距為36ccm，中間間采用鋼板板焊接連接接，鋼板厚厚為30mmm，寬為為330mmm，長為為400mmm。焊縫計算算參數(shù)：Q==85.775KNNh==30mmmd==390mmmm4mm3焊縫滿足足《鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范》要求。3)墩身砼C40局局部承壓檢檢算(鋼板盒底底板厚為55mm)墩身砼CC40滿足《砼砼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》要要求。4)精軋螺紋鋼受力力計算精軋螺紋鋼參數(shù)數(shù)：A==804..24777mm2精軋螺紋鋼受力力滿足施工工要求。3.3、第二次次現(xiàn)澆混凝凝土計算第二次澆注高度度為3.0～8.0mm，處于已已澆好的槽槽形梁正上上方混凝土土重量直接接作用于槽槽形梁上，設(shè)計托托架時不予予考慮，因因此只計算算兩邊翼緣緣板部分，懸懸臂長度為為2.755m，取縱向單單位長度l=1.0m。圖示示如下:3.3.1、荷荷載計算沿橋梁縱向截取取1m計算算荷載，則則有：3.3.2、底底模計算底模采用組合鋼鋼模板，尺尺寸為。計算得（圖示見見上頁）：：最大撓度fmmax=0.2mm<mm最大彎矩Mmmax=11.1kkN.m最大剪力Qmmax=88.8kNN支座反力RR1=12..2kNNR2=16..0kNNRR3=12..0kNNR4=5.22kN則<<底模滿足《鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》要要求。3.3.3、φφ48×3鋼管架計計算在R11點處受力力最大，鋼鋼管間距為為80×1220cm，大大橫桿步距距為1.55m。鋼管長細(xì)比：查表得縱向彎曲曲系數(shù)：φ1=00.5211鋼管立桿容許軸軸向力計算算:而φ48×3鋼管立立桿容許荷荷載為26.88KN因此,立桿軸向力取::=266.8KNN每根鋼管立立桿承受軸軸向力計算算:鋼管滿足《建筑筑施工扣件件式鋼管腳腳手架安全全技術(shù)規(guī)范范》要求。3.3.4、II28a縱向向分配梁計計算采用4根I28a作為縱向向分配梁。1根I28a：Ix==71144.14cm4Wxx=508..153cm3計算圖示如下::計算得：最大撓度fmmax=8.9mm<<mm最大彎矩Mmmax=449.9kN.mm最大剪力Qmmax=338.4kN支座反力RRa=38..4KN<<分配梁滿足《鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》要要求。3.3.5、橫橫向貝雷架架計算單排單層單片貝貝雷架參數(shù)數(shù)：[M]=7888.2kkN.m[Q]==245..2kNIx=250497..2cmm4WWx=35788.5ccm3計算圖示如如下:計算得：最大撓度fmmax=2.5mmm<mmm最大彎矩Mmmax=1127.88kN..m<[[M]=7788.22kN..m最大剪力Qmmax=1127.88kN<[Q]]=2455.2kkN支座反力RRx=1277.8kkN橫向貝雷架滿足足《貝雷架架使用手冊冊》要求?？梢钥闯觯诙螡沧⑾嘞鄬Φ谝淮未螡沧⒑奢d載計算值很很小，對橫橫向貝雷架架以下的托托架可以不不進行驗算算。3.3.6、槽槽形梁上滿滿堂支架計計算墩頂滿堂架采用用φ48×3鋼管，間間距為100××120ccm，大橫橫桿步距為為1.5mm。鋼管長細(xì)比：查表得縱向彎曲曲系數(shù)：φ1=00.5211鋼管立桿容許軸軸向力計算算:而φ488×3鋼管立桿桿容許荷載載為26.88KN因此,立桿軸向力取::=266.8KNN最大荷載計算::每根鋼管立桿承承受軸向力力計算:鋼管滿足《建筑筑施工扣件件式鋼管腳腳手架安全全技術(shù)規(guī)范范》要求。四、用ANSYYS計算分析析托架1、Y軸軸位移圖2、X軸位移圖Z軸位移圖由ANSSYS計算結(jié)果果可知，托托架在施工工荷載作用用下是安全全、穩(wěn)定的的。五、托架靜荷載載試驗在承臺上錨固精精軋螺紋鋼鋼，托架上上布置八臺臺千斤頂，中中間用鋼絞絞線連接作作為傳力鋼鋼筋，通過過對千斤頂頂加載反壓壓托架上的的分配梁，從從而達(dá)到了了對托架預(yù)預(yù)壓的目的的。加載時利用八臺臺千斤頂按按設(shè)計荷載載值進行逐逐級、同步步的緩慢對對稱加載，以以此檢驗驗驗證托架設(shè)設(shè)計的結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定性，確確保托架的的施工安全全，同時可可消除托架架非彈性變變形，并采采用水準(zhǔn)儀儀測量托架架在加載過過程中的彈彈性變形，測測得平均變變形量為110.3mmm，其中中彈性變形形平均為88.8mmm，非彈性性變形平均均為1.55mm，充分說明明托架的預(yù)