丹江特大橋高墩獨(dú)柱大蓋梁施工支架方案比選

精品文檔-下載后可編輯丹江特大橋高墩獨(dú)柱大蓋梁施工支架方案比選【摘要】：本文介紹陜西丹界1標(biāo)丹江特大橋在獨(dú)柱大蓋梁施工前方案比選時(shí)的支架計(jì)算原理及過(guò)程，對(duì)類似工程方案確定具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)健詞】：獨(dú)柱大蓋梁施工支架方案比選

1工程概況：

西(安)合(肥)西部大通道陜西境商州至陜?cè)ソ绺咚俟返そ缍蔚贒JN1標(biāo)段。起止樁號(hào)為〔K145+321.873――K150+650〕，路線全長(zhǎng)5.328米。主要工程為路基、橋涵工程，設(shè)計(jì)為雙向6車道，路基寬度為33.5米：含特大橋一座1190.5米、大橋一座146米、中橋一座46米，合計(jì)橋梁長(zhǎng)度1382.5米。其中丹江特大橋處于丹江河道內(nèi)，18#--32#墩柱為獨(dú)柱上設(shè)一個(gè)蓋梁，墩柱最高達(dá)到41米，最大蓋梁是18#墩，有112m3混凝土。其余蓋梁有102m3混凝土。并且，18#--32#墩位于平曲線超高段上，最大橫坡為6%，施工難度很大。丹江特大橋18#-33#蓋梁示意圖如下：

19#-33#最大墩高：41.1m

18#蓋梁混凝土方量為：112.8方，橫坡2%

19#-33#蓋梁混凝土方量為：102.5，最大橫坡6%

2初選施工方案簡(jiǎn)述：

丹江特大橋18#-33#蓋梁支架初選方案示意圖及實(shí)際施工圖如下：

2.1抱箍受力面板為1.8cm厚鋼板，每個(gè)抱箍依靠24個(gè)M30高強(qiáng)螺栓連接。

2.2蓋梁支架為全鋼結(jié)構(gòu)。支架高6.5m，上弦桿采用56b工字鋼，弦桿長(zhǎng)15.2273m并考慮6%單向橫坡；斜桿采用350×175H型鋼，由于橫坡影響，兩側(cè)斜桿分別長(zhǎng)8.6721m和9.7791m；其它各連接桿件為對(duì)抱14槽鋼。蓋梁支架與抱箍之間用高強(qiáng)螺栓連接。

2.3蓋梁支架上的橫耽用350×175H型鋼，間距1.5m。

2.4荷載數(shù)據(jù)：按最不利工況考慮：

（最不利工況指：103方混凝土，蓋梁鋼筋，模板全部作用在蓋梁支架及抱箍上，實(shí)際上墩柱之上的蓋梁混凝土和蓋梁鋼筋重量大部分被墩柱本身承受。）

（1）、配套設(shè)施：1T

（2）、砼重：103*2.4=248T

（3）、鋼筋重：5T

（4）、模板重：5T

合計(jì)：259T驗(yàn)算荷載按照300噸計(jì)算。荷載安全系數(shù)為300/259=1.16

2.5荷載傳遞路徑：

2.6驗(yàn)算重點(diǎn)：

2.6.1抱箍與墩柱之間的靜摩擦力是否滿足豎向荷載要求；

2.6.2蓋梁支架的強(qiáng)度及空間穩(wěn)定；

3抱箍與墩柱之間的靜摩擦力是否滿足豎向荷載要求驗(yàn)算：

3.1螺栓個(gè)數(shù)確定（反算）

豎直壓力（最不利工況下的荷載總和）―－靜摩擦力（抱箍）－－正壓力（螺栓）－－螺栓數(shù)

計(jì)算得24個(gè)M30高強(qiáng)螺栓連接的抱箍能夠承受荷載計(jì)算如下:

抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力等于正壓力與摩擦系數(shù)的乘積，即F=f×N

而正壓力N與螺栓的預(yù)緊力是對(duì)平衡力，根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式，每排螺栓個(gè)數(shù)為3，左右共8排，則螺栓總數(shù)為24個(gè)，若每個(gè)M30螺栓預(yù)緊力為F1取300KN（參考《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)》522頁(yè)，人民交通出版社出版），則抱箍與墩柱間的總正壓力為N＝24×300=7200KN。鋼板加橡膠墊后與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3～0.4，取f＝0.4，則一個(gè)抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力為F＝f×N＝7200*0.4＝2880KN(288噸)

根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)形式,兩個(gè)抱箍共同承受300噸的荷載,每個(gè)抱箍平均承受150噸,抱箍安全系數(shù)為:288/150=1.86考慮到荷載安全系數(shù)為300/259=1.16

在最不利工況下抱箍的綜合安全系數(shù)為：1.86*1.16=2.15

3.2抱箍尺寸驗(yàn)算：

3.2.1抱箍鋼板高度

根據(jù)螺栓中心間距的允許值和螺栓中心至邊緣距離的允許值確定：抱箍鋼板高度取50cm。

3.2.2抱箍鋼板厚度

根據(jù)抱箍鋼板的抗彎、抗剪強(qiáng)度反算鋼板厚度（擬取3號(hào)鋼板），計(jì)算得鋼板厚度t≥5.1mm。

現(xiàn)取鋼板厚度t=18mm。

4蓋梁支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算：

支架施工方案立面圖如下：

4.1計(jì)算參數(shù)

為確保蓋梁支架在施工中的安全，采用大型商用有限元分析軟件MIDASCivil對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果中以考慮支架本身的自重。各計(jì)算參數(shù)取值如下：

表1支架各類桿件截面特性表

鋼的彈性模量Es=2.1×105MPa.鋼密度=7850kg/m3.計(jì)算荷載按300t

4.2計(jì)算模型

4.3計(jì)算結(jié)果：

4.3.1靜力計(jì)算

在計(jì)算荷載作用下，支架的最大變形為9.1mm。滿足施工要求。

在計(jì)算荷載作用下，弦桿的最大拉應(yīng)力為108MPa，出現(xiàn)在弦桿與抱箍牛腿相接處；最大壓應(yīng)力為81.8MPa，出現(xiàn)在弦桿與短斜桿相接處。以上應(yīng)力均滿足鋼材容許應(yīng)力。

在計(jì)算荷載作用下，斜桿全截面受壓，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在短斜桿與弦桿相接處，應(yīng)力大小為125MPa〈140MPa。滿足鋼材容許應(yīng)力。

根據(jù)圖5支架軸里力圖：大斜桿的最大壓力為60噸，四個(gè)大斜桿在豎直方向上的分力為170噸，此重量被下抱箍所承受，則上抱箍承受130噸重量。根據(jù)預(yù)壓及理論計(jì)算結(jié)果，抱箍可以承受。

4.3.2穩(wěn)定計(jì)算

在計(jì)算荷載作用下，支架的第一階失穩(wěn)模態(tài)為結(jié)構(gòu)整體面外失穩(wěn)，穩(wěn)定安全系數(shù)為2.521。滿足施工要求。

5初選方案結(jié)論

在我們實(shí)際施工時(shí)，第一次荷載試壓失敗，出現(xiàn)的主要問(wèn)題是上抱箍下滑2cm,下抱箍下滑4cm，支架斜桿變形。分析原因?yàn)椋?/p>

5．1抱箍摩擦力不足，但我們?cè)谟?jì)算過(guò)程中抱箍的摩擦力是足夠的，實(shí)際施工時(shí)的偏差太大，沒(méi)能測(cè)出實(shí)際加在抱箍螺栓上的預(yù)緊力是否達(dá)到300KN。我們要考慮在加大抱箍的尺寸基礎(chǔ)上加強(qiáng)抱箍螺栓的預(yù)緊力監(jiān)控。

5．2支架橫向連接無(wú)法恢復(fù)計(jì)算模型。支架計(jì)算模型為一個(gè)整體剛結(jié)構(gòu)，但實(shí)際操作時(shí)，由于橫向連接是在空中進(jìn)行的，很難達(dá)到計(jì)算模型的要求。必須加強(qiáng)橫向連接。

5．3預(yù)壓材料應(yīng)選擇可流動(dòng)的水。在實(shí)施預(yù)壓過(guò)程中出現(xiàn)了較危險(xiǎn)的場(chǎng)面，需要及時(shí)卸載，由于使用卵石子加載，不能及時(shí)卸載，如果改用水來(lái)加載，情況會(huì)好很多。

5．4預(yù)壓位置沒(méi)做到均勻加載。卵石子的不可流動(dòng)性很難做到加載均勻，如果改用水來(lái)加載會(huì)解決此問(wèn)題。

5．5預(yù)壓監(jiān)控實(shí)施不到位。

我們尋求加固辦法，只要做到施工階段的連接達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算階段的連接要求，我們相信結(jié)果是可行的。支架預(yù)壓后的圖片如下：

6重新確定方案

6.1解決問(wèn)題

6.1.1抱箍摩擦力不足

重新設(shè)計(jì)抱箍：寬度由50cm增加到105cm，鋼板厚度由18mm增加到20mm，螺栓個(gè)數(shù)由24個(gè)增加到36個(gè),螺栓排列位置改為兩排。

買扭力扳手測(cè)力(16000人民幣)，以測(cè)得螺栓實(shí)際加在抱箍的正壓力。

6.1.2支架橫向連接無(wú)法恢復(fù)力學(xué)計(jì)算模型

在地面上將橫向連接連好并加斜向連接

分片安裝方案――整體吊裝方案，減少在高空中的作業(yè)頻率

6.1.3在原來(lái)支架上改裝后，新方案示意圖及計(jì)算模型如下：

6.1.4新方案計(jì)算

由于抱箍各個(gè)尺寸加大加強(qiáng)，所以抱箍和墩柱的摩擦力肯定滿足豎向荷載要求

由于新舊方案的差別在于施工的可操作性，新方案在舊方案的基礎(chǔ)上作了適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)加強(qiáng)，整體受力與穩(wěn)定性要增強(qiáng)。但計(jì)算模式和舊方案一樣，所以各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果滿足施工要求。

在計(jì)算荷載作用下，弦桿的最大拉應(yīng)力為108MPa，出現(xiàn)在弦桿與抱箍牛腿相接處；最大壓應(yīng)力為81.8MPa，出現(xiàn)在弦桿與短斜桿相接處。以上應(yīng)力均滿足鋼材容許應(yīng)力。

在計(jì)算荷載作用下，斜桿全截面受壓，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在短斜桿與弦桿相接處，應(yīng)力大小為125MPa〈140MPa。滿足鋼材容許應(yīng)力。

6.1.5施工中應(yīng)該注意事項(xiàng)：

計(jì)算表明，支架結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在弦桿與短斜桿相接處。為降低該處的應(yīng)力值，在弦桿上布置橫擔(dān)時(shí)，應(yīng)將最外側(cè)橫擔(dān)盡可能靠?jī)?nèi)擺放。

由支架軸力圖可知，最大軸力出現(xiàn)在長(zhǎng)斜桿的中部，可在該長(zhǎng)度范圍內(nèi)H型鋼的兩側(cè)焊接封板以提高截面剛度。

計(jì)算表明，橫擔(dān)在抱箍牛腿處要承受較大的集中反力，為確保橫擔(dān)工字鋼的腹板不出現(xiàn)局部失穩(wěn)，施工時(shí)應(yīng)對(duì)該位置工字鋼的腹板予以局部加強(qiáng)

工人在支架上施工，可以考慮將安全帶連接在蓋梁鋼筋上，因?yàn)樯w梁鋼筋與墩柱預(yù)埋鋼筋直接焊接，是在整個(gè)臨時(shí)支架系統(tǒng)之外，安全系數(shù)較高，即使整個(gè)支架失穩(wěn)后，蓋梁鋼筋亦不會(huì)與架子同時(shí)掉下。

整個(gè)結(jié)構(gòu)必須在低處進(jìn)行模擬預(yù)壓后才能施工

支架的尺寸與連接必須保證嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工，以保證實(shí)際受力情況與理論計(jì)算吻合。

試驗(yàn)時(shí)做好詳細(xì)的試驗(yàn)記錄，支架變形，抱箍的滑移，高強(qiáng)螺栓的緊拉力。

試驗(yàn)后，總結(jié)一套完整施工要求及數(shù)據(jù)。

專人施工，專人檢查。

支架連接構(gòu)件要專業(yè)焊接工人焊接。

制定切合實(shí)際的混凝土施工工藝（塌落度，緩凝時(shí)間，灌注分層）保證混凝土不會(huì)由于支架變形而產(chǎn)生裂縫。