丹江特大橋高墩獨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柱大蓋梁施工支架方案比選【摘要】：本文介紹陜西丹界1標丹江特大橋在獨柱大蓋梁施工前方案比選時的支架計算原理及過程，對類似工程方案確定具有一定的指導意義。

【關(guān)健詞】：獨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豫界高速公路丹界段第DJN1標段。起止樁號為〔K145+321.873――K150+650〕，路線全長5.328米。主要工程為路基、橋涵工程，設(shè)計為雙向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，合計橋梁長度1382.5米。其中丹江特大橋處于丹江河道內(nèi)，18#--32#墩柱為獨柱上設(shè)一個蓋梁，墩柱最高達到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初選施工方案簡述：

丹江特大橋18#-33#蓋梁支架初選方案示意圖及實際施工圖如下：

2.1抱箍受力面板為1.8cm厚鋼板，每個抱箍依靠24個M30高強螺栓連接。

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8.6721m和9.7791m；其它各連接桿件為對抱14槽鋼。蓋梁支架與抱箍之間用高強螺栓連接。

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：259T驗算荷載按照300噸計算。荷載安全系數(shù)為300/259=1.16

2.5荷載傳遞路徑：

2.6驗算重點：

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算：

3.1螺栓個數(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)

計算得24個M30高強螺栓連接的抱箍能夠承受荷載計算如下:

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與螺栓的預緊力是對平衡力，根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式，每排螺栓個數(shù)為3，左右共8排，則螺栓總數(shù)為24個，若每個M30螺栓預緊力為F1取300KN（參考《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊》522頁，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,兩個抱箍共同承受300噸的荷載,每個抱箍平均承受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、抗剪強度反算鋼板厚度（擬取3號鋼板），計算得鋼板厚度t≥5.1mm。

現(xiàn)取鋼板厚度t=18mm。

4蓋梁支架結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性驗算：

支架施工方案立面圖如下：

4.1計算參數(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對此結(jié)構(gòu)進行計算，計算結(jié)果中以考慮支架本身的自重。各計算參數(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.計算荷載按300t

4.2計算模型

4.3計算結(jié)果：

4.3.1靜力計算

在計算荷載作用下，支架的最大變形為9.1mm。滿足施工要求。

在計算荷載作用下，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)預壓及理論計算結(jié)果，抱箍可以承受。

4.3.2穩(wěn)定計算

在計算荷載作用下，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

在我們實際施工時，第一次荷載試壓失敗，出現(xiàn)的主要問題是上抱箍下滑2cm,下抱箍下滑4cm，支架斜桿變形。分析原因為：

5．1抱箍摩擦力不足，但我們在計算過程中抱箍的摩擦力是足夠的，實際施工時的偏差太大，沒能測出實際加在抱箍螺栓上的預緊力是否達到300KN。我們要考慮在加大抱箍的尺寸基礎(chǔ)上加強抱箍螺栓的預緊力監(jiān)控。

5．2支架橫向連接無法恢復計算模型。支架計算模型為一個整體剛結(jié)構(gòu)，但實際操作時，由于橫向連接是在空中進行的，很難達到計算模型的要求。必須加強橫向連接。

5．3預壓材料應(yīng)選擇可流動的水。在實施預壓過程中出現(xiàn)了較危險的場面，需要及時卸載，由于使用卵石子加載，不能及時卸載，如果改用水來加載，情況會好很多。

5．4預壓位置沒做到均勻加載。卵石子的不可流動性很難做到加載均勻，如果改用水來加載會解決此問題。

5．5預壓監(jiān)控實施不到位。

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

6重新確定方案

6.1解決問題

6.1.1抱箍摩擦力不足

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

買扭力扳手測力(16000人民幣)，以測得螺栓實際加在抱箍的正壓力。

6.1.2支架橫向連接無法恢復力學計算模型

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在原來支架上改裝后，新方案示意圖及計算模型如下：

6.1.4新方案計算

由于抱箍各個尺寸加大加強，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?shù)慕Y(jié)構(gòu)加強，整體受力與穩(wěn)定性要增強。但計算模式和舊方案一樣，所以各項計算結(jié)果滿足施工要求。

在計算荷載作用下，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：

計算表明，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，在弦桿上布置橫擔時，應(yīng)將最外側(cè)橫擔盡可能靠內(nèi)擺放。

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

計算表明，橫擔在抱箍牛腿處要承受較大的集中反力，為確保橫擔工字鋼的腹板不出現(xiàn)局部失穩(wěn)，施工時應(yīng)對該位置工字鋼的腹板予以局部加強

工人在支架上施工，可以考慮將安全帶連接在蓋梁鋼筋上，因為蓋梁鋼筋與墩柱預埋鋼筋直接焊接，是在整個臨時支架系統(tǒng)之外，安全系數(shù)較高，即使整個支架失穩(wěn)后，蓋梁鋼筋亦不會與架子同時掉下。

整個結(jié)構(gòu)必須在低處進行模擬預壓后才能施工

支架的尺寸與連接必須保證嚴格按照圖紙施工，以保證實際受力情況與理論計算吻合。

試驗時做好詳細的試驗記錄，支架變形，抱箍的滑移，高強螺栓的緊拉力。

試驗后，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。

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