連續(xù)剛構(gòu)橋0段箱梁施工托架的設(shè)計與施工_第1頁
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文檔簡介

1、連續(xù)剛構(gòu)橋0#段箱梁施工托架的設(shè)計與施工張安方(中鐵十五局集團第七工程有限公司 河南洛陽)摘要:預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計理論明確,施工工藝成熟,養(yǎng)護成本低等優(yōu)點,成為橋梁工程中尤其是跨江河、峽谷橋梁中廣泛采用的橋型。該橋型墩頂首節(jié)箱梁(0#段)無法使用掛籃等專用設(shè)施進行施工,其施工需要搭設(shè)臨時施工平臺,施工平臺雖是臨時結(jié)構(gòu),但由于該橋型墩身普遍較高,平臺樣式的選擇對于施工的安全性和經(jīng)濟性具有十分重要的影響,本文結(jié)合工程實例,簡要介紹了連續(xù)剛構(gòu)橋0#段施工平臺樣式的一種托架的設(shè)計與施工過程,對于類似工程具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞:剛構(gòu)橋 托架 設(shè)計 施工1.工程概況1.1工程簡介 永

2、保大橋為一跨瀾滄江連續(xù)剛構(gòu)橋。橋墩為雙肢薄壁墩,單肢橫截面尺寸為1.8*5.5m,兩墩內(nèi)側(cè)間距為4.2m,墩身高度43m.上部結(jié)構(gòu)為75+130+75m預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu),箱梁0#段為單箱單室結(jié)構(gòu),高8m,長10m,箱底寬度5.5米,頂板兩端懸臂長2.25米,混凝土方量296.64m3,重756.73噸。具體結(jié)構(gòu)尺寸見下圖:1.2 箱梁0#段施工方案 由于箱梁0#塊高度高(8.0m),混凝土方量大,成橋后該處為全橋受力較復(fù)雜的部位之一,為保證其施工質(zhì)量,施工方案經(jīng)各方共同研究,并借鑒同類型其他橋梁的施工經(jīng)驗,確定采用水平分層法,分兩次(6.5m+1.5m)進行混凝土澆筑(分層示意見下圖)。由于該部

3、位的施工屬于特級高處作業(yè)(施工高度大于30m),施工平臺支撐體系的選擇在對比承臺大直徑鋼管支架和墩身預(yù)埋托架方案后,綜合安全和經(jīng)濟等方面的考慮,確定采用后者。模板方面,底模采用50mm厚松木板材的木模,木模上面釘鍍鋅薄鋼板(白鐵皮),側(cè)外模為掛籃的側(cè)模系統(tǒng)(拆模后可直接懸吊在安裝好的掛籃側(cè)模吊梁上),其中用鋼桁架作為骨架,內(nèi)模及橫隔墻模板為標準小型鋼模板外加雙鋼管背帶。 2托架設(shè)計 2.1托架設(shè)計的原則1)能滿足箱梁0#段施工的安全、質(zhì)量、技術(shù)要求;2)方便后續(xù)掛籃在0#段上初裝的需要;3)結(jié)構(gòu)簡單,受力明確,方便施工、拆卸;4)造價較經(jīng)濟。2.2托架設(shè)計方案托架具體設(shè)計方案為:在墩上部適當位

4、置預(yù)埋大剛度托架做為支撐體系,托架之上鋪設(shè)工字鋼并橫向連為一體,工字鋼上布設(shè)碗扣支架,碗扣支架上放支撐方木和木模,通過碗扣支架頂部可調(diào)頂撐進行底模高程微調(diào)和固定。為減輕托架結(jié)構(gòu)重量,達到受力明確、結(jié)構(gòu)簡單的目的,采用斜腿三角撐結(jié)構(gòu)形式,即墩身預(yù)埋主梁,通過在橋墩生根的斜腿支撐主梁懸空部分,形成托架。托架構(gòu)件主要由工字鋼與糟鋼組成,按0#塊混凝土一次性澆筑(頂板除外)的全載面設(shè)計,每個墩上的托架各自成為一體,兩托架各同位置主梁之間通過連接鋼板栓接。各墩托架構(gòu)件間的連接全部采用焊接以減小受力后結(jié)構(gòu)的非彈性變形,托架主承重梁標高設(shè)定以便于底模的拆裝以及標高調(diào)整為準,將碗扣支架作為托架的一部分。設(shè)計按

5、一次性澆筑全部荷載(頂板除外)考慮。 正面圖示1、鍍鋅薄鋼板 2、木板 3、橫向方木 4、木斜塊 5、頂桿DG-90 6、托座KTC-60 7、橫向工字鋼 8、托架主梁 13、螺栓14、拼接板 15、內(nèi)斜撐側(cè)面圖示9、橫桿HG-30 10、橫桿HG-60 11、外斜撐 12、預(yù)埋件 (平面示圖)2.3托架各構(gòu)件相關(guān)參數(shù)(1)主梁 每個托架主梁4根,各采用單根28b工字鋼,在各主梁出入墩身混凝土處,在工字鋼腹板兩側(cè)各補焊600mm*226mm*10mm鋼板補強,其中補強鋼板埋入混凝土面300mm,伸出混凝土面300mm;在斜撐法蘭與主梁焊接處同樣在主梁腹板兩側(cè)各加焊325mm*226mm*10m

6、m鋼板補強。(2)斜撐 外斜撐采用兩根14a的槽鋼口對口焊接成箱形桿件; 內(nèi)斜撐采用兩根14a的槽鋼,并在槽內(nèi)補焊10mm的鋼板補強,補強鋼板與槽鋼同長,槽鋼最后口對口焊接成箱形桿件,內(nèi)外斜撐箱形桿件兩端均焊接16mm厚鋼板法蘭,用以跟主梁和下部支點的焊連。外斜撐與墩身設(shè)計夾角27度,內(nèi)斜撐與墩身設(shè)計夾角35度。(3)斜撐下部生根預(yù)埋件 預(yù)埋鋼板尺寸700mm*410mm*20mm,居鋼板中心按照鋼板尺寸走向鉆取間距布置為200*100mm,三排三列布置的36mm孔,共9個,單根500mm長32mm螺紋鋼筋插入孔內(nèi)15mm后與鋼板進行周邊焊接,焊縫高度10mm,螺紋鋼端頭部分與鋼板滿焊,繞外側(cè)

7、螺紋鋼纏繞10mm圓鋼箍筋,間距150mm。(4)橫排工字鋼 橫排工字鋼為20a工字鋼(5)碗扣支架 碗扣支架在腹板位置下的布設(shè)為300*300mm,兩側(cè)腹板下順橋向各布設(shè)四排,其余位置設(shè)置為600*600mm。(6)方木 碗扣架頂撐之上的方木為硬柞木,截面尺寸100mm*100mm。2.4托架各構(gòu)件驗算荷載計算時的荷載取值按照箱梁0#段一次性澆筑除頂板外的所有部位時托架承受荷載計取。從托架結(jié)構(gòu)的組成圖可以看出,0段的混凝土荷載除了墩頂部分外,其余全部由托架承載,即0#段的橫隔板混凝土荷載由橋墩承受,而墩頂外的腹板和底板混凝土荷載由托架承載。從梁部斷面圖可以看出,腹板高度總高度是8m,那么在橫

8、向方木擺放間距是30cm的情況下:腹板橫向混凝土的荷載分布應(yīng)該是:(1.4×0.3m×6.7m2×2.6t/m3)/0.8m1t/m10.15t/m,取值10 t/m;其中1.4是荷載分項系數(shù),0.3m為橫向方木擺放間距(即單根方木所承受的荷載的范圍),6.7 m2 為單側(cè)腹板加翼板的橫截面面積,2.6t/m3為鋼筋混凝土比重,0.8m為腹板厚度尺寸,1t/m是該部位施工荷載取值。底板橫向混凝土的荷載分布應(yīng)該是:(1.4×0.3m×4.8m2×2.6t/m3)/3.9m1.2t/m2.54t/m,取值2.5 t/m;其中1.4是荷載分

9、項系數(shù),0.3m為橫向方木擺放間距(即單根方木所承受的荷載的范圍),4.8 m2 為底板除去腹板下方位置后橫橋向的截面面積,3.9m為底板除去腹板位置后的寬度,1.2t/m是該部位施工荷載取值。2.4.1方木驗算:0段的混凝土荷載通過底模的木板傳遞給方木,方木的支點就是碗扣支架的立桿,荷載按照所承載的混凝土的重量分配,方木的間距是300mm,那么傳遞給單根方木的混凝土荷載就是300mm范圍內(nèi)的荷載,通過2.4中對混凝土箱梁梁斷面的計算,可以得出方木的計算受力模型如下:1) 模型圖:(荷載:t/m)2) 位移圖:(單位:mm)3) 應(yīng)力圖:(單位:MPa)4) 支反力:(單位:t)方木最大應(yīng)力2

10、.4 MPa,小于容許橫紋抗壓應(yīng)力(10 MPa),位移極小,滿足要求。方木的支反力就是碗扣支架所受到的壓力,即碗扣支架立桿的最大受力是3.4t,能夠滿足要求(碗扣支架的立桿穩(wěn)定性最低的是立桿頂端,按照一端固定,一端自由的狀態(tài)計算其失穩(wěn)荷載是9.5 t)。下面就根據(jù)此荷載進行20a平臺工字鋼的驗算。2.4.2 橫向工字鋼驗算:1、計算模型:為增加安全儲備,計算時將碗扣支架對20a工字鋼的受力3.4t乘以1.2的安全系數(shù),那么碗扣支架對20a工字鋼的壓力就是4t,計算模型如下圖所示。2、支反力:(單位:t)最大的支點反力是13.1t。3、位移:(單位:m) 最大的豎向位移是2mm。4、應(yīng)力:(單

11、位:MPa)最大應(yīng)力是94MPa<140MPa,最大豎向位移2mm,滿足要求。上面計算出20a工字鋼的支反力,這個力就是加在主梁和斜撐上的荷載。2.4.3 主梁和斜撐驗算:根據(jù)2.4.2計算結(jié)果可知,20a工字鋼的支反力分別是12.9t和13.1t,取13.1t進行計算。1、 計算模型:荷載單位t計算模型如下圖所示:2、 支點反力:單位t根據(jù)上圖的計算結(jié)果可知,斜腿下支點的豎向支反力是31t和24t,主梁豎向的支反力是16t和21t。3、 豎向位移:單位mm從上圖的計算結(jié)果可以看出,主梁的豎向位移最大是1.8mm。4、 斜腿的軸力:單位t。從上圖可以看出,斜腿的軸力分別是:外斜腿軸力27

12、t,內(nèi)斜腿軸力38t。5、 桿件應(yīng)力:單位MPa。外斜腿的應(yīng)力是104MPa,內(nèi)斜腿的應(yīng)力是76MPa,主梁的最大應(yīng)力是107MPa。均小于140MPa,都滿足要求。通過計算,該托架方案中各構(gòu)件受力后各部位應(yīng)力滿足要求,豎向最大位移累加為3.9mm,總體結(jié)構(gòu)可以滿足使用要求。3托架的施工安裝為保證托架安裝的施工質(zhì)量,托架區(qū)域范圍內(nèi)的混凝土分兩次進行澆筑,。托架高程位置確定后,首次安裝預(yù)埋斜撐下部生根鋼板,并澆筑墩身混凝土至托架主梁底30cm處,第二次將主梁安裝并臨時固定后完成后澆筑墩身剩余混凝土。施工采用塔吊起吊各構(gòu)件,按以下次序進行托架的安裝施工斜撐生根預(yù)埋件縱(主)梁主梁栓接(墩身混凝土澆

13、筑)斜撐桿件與生根預(yù)埋件和主梁焊接橫向分配工字鋼與縱梁焊接搭設(shè)碗扣支架根據(jù)設(shè)計調(diào)整標高鋪架頂支撐方木進行橫縱向連接提高支架的整體穩(wěn)定性。 施工注意事項1)主梁吊裝完成后要臨時固定,主梁位置與墩身鋼筋沖突的地方鋼筋調(diào)整須征得設(shè)計同意,并依據(jù)設(shè)計方案對調(diào)整的鋼筋進行補強;2)預(yù)埋件埋設(shè)和焊接施工時必須保證精度要求,以保證托架整體受力協(xié)調(diào)性;3)底板預(yù)拱度設(shè)置時在設(shè)計要求預(yù)拱度的基礎(chǔ)上考慮托架構(gòu)件的彈性變形; 4)主梁預(yù)埋臨時固定好后,需要將相對應(yīng)的兩根主梁用連接板栓接好后,才能澆筑墩身混凝土; 5)斜撐生根預(yù)埋件和主梁埋設(shè)好后,進行斜撐腿的焊接,為了保證焊接斜撐腿施工的安全和質(zhì)量,可以在埋設(shè)好的生

14、根預(yù)埋件上焊接臨時人行通道掛點; 6)斜撐腿的焊接質(zhì)量關(guān)系到整個托架的受力狀況,因此焊接位置和高度均需嚴格按照設(shè)計要求進行,另外焊縫的高度直接決定了受力是否達到設(shè)計要求,因此焊縫高度要嚴格保證。根據(jù)計算,斜撐腿和下預(yù)埋件的焊接采用周邊角焊縫,焊縫高度為14mm,并嚴格保證焊縫的質(zhì)量。斜撐腿法蘭與主梁焊接,采用角焊縫,焊縫高度為14mm,滿焊; 7)橫向工字鋼與主梁需要點焊,防止工字鋼錯動,另外垂直橫向工字鋼方向焊接四道75*8角鋼,以保證工字鋼受力后的整體穩(wěn)定性; 8)在20a工字鋼上拼裝碗扣支架時支架底座需要和20a工字鋼點焊; 9)碗扣支架上放置方木和木板,木板和方木需要用鐵釘釘在一起,木板上釘薄鍍鋅鋼板(白鐵皮),通過調(diào)整碗扣支架調(diào)整模板高程; 10)現(xiàn)場托架及底模安裝完成后,對底模進行初步預(yù)壓,盡可能消除支撐系統(tǒng)及底模的非彈性變形; 11)托架切割拆除后,要做好墩身外

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