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福厦客专道路交叉连续箱梁现浇支架设计与施工福厦客专道路交叉连续箱梁现浇支架设计与施工熊云忠中铁二十一局集团有限公司兰州730000桥梁摘要以新建铁路福州至厦门高速客运专线跨国道现浇支架为依托对结构的屈曲分析支架立杆轴向压力等进行了计算分析确保结构安全性同时对奈形基础提出了一次浇筑预应力加载分段拆除等设计和施工理念并在实践中取得了良好的应用效果可为其他类似现浇支架的设计施工提供借鉴.关键词现浇箱梁支架设计条形基础屈曲分析中图分类号U
448.213文献标识码A+B文章编号1009~45392olo05—0087—05Cast-in-placeSupportsDesignandConstructioninRoadJunctionContinuousBoxBeamsofFu-XiaPDLXiongYunzhongChinaRailway21BureauGroupCo.Ltd.Lanzhou730000ChinaAbstractInlightofthecast--in--placesuppoflsconstructioninthenewlybuiltFuzhou—XiamenhighspeedPDLcrossingnationalhighwayasabasisthisarticlemainlyelaboratesOffthedesignandcheckingofcast—in—placesupports.Importantstudyhasbeencarriedoutinthekeypartsofstructureanalysisismadeonstructureflexureandcomputinganalysisismadeonsupportpolingandaxialcompressiveforcewhichcanensurestructuralsafety.Meanwhilethedesignandcon—stmcfionofstripfootingadopttheconceptsofonecastingprestressloadingandsectionaldemolitioninplaceoftheoldide-aswhich~havebeenwellappliedinpracticeandcanbereferencetosimilarcast—in—placesupports.Keywordseast—inplaceboxbeam;supportdesign;stripfooting;flexureanalysis1引言福厦客运专线位于福建海峡西岸自福州市引出途经福清莆田泉州至厦门市.全长
263.63km总投资
124.2亿元.该铁路为国家I级双线电气化铁路干线设计旅客列车速度200km/h预留提速300km/h计划总工期4年.福厦客专沿线交通道路交叉较多跨收费站市政公路县道国道省道高速公路及铁路等共计39处其中9处小跨度采用现场预制架设其余30处为大跨度.连续梁结构形式有32+48+32m单双线预应力混凝土连续梁4o+64+40m双线预应力混凝土连续梁48+8O+48m单线预应力混凝土连收稿日期:2010—02—03续梁等l8种类型除采用钢桁梁施工8处和悬灌施工11处外其余11处均采用支架现浇施工.现以Ⅲ标段泉州锦堂特大桥连续箱梁现浇满堂支架和门式钢管柱支架设计为例简述.2工程概况锦堂特大桥位于泉州市南安里程D1K184+157全长
2040.06m下部结构为钻孔桩矩形空心墩台上部结构为14—32m+32+48+32+28—32m+32+48+32m+13—32m32m箱梁采用现场预制架设两处两联32+48+32m双线预应力混凝土连续箱梁采用支架现浇.锦堂特大桥跨与308省道在福厦铁路线DIK185+186处45号~48号墩以3O.相交与泉三高速公路在福厦铁路线DIK184十160处14号~l7铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOL0GY2010587桥梁号墩以l
0.相交设计为两联连续现浇箱梁底宽为
5.68In顶宽为13In梁高为3in跨度为321TI+48In+32InC55混凝土为1346nl
15.2钢绞线
68.9t主体结构总重
3566.9t.采用满堂支架和门式钢管柱支架现浇施工.3现浇支架设计
3.1设计方案1基础承载力检算满足要求后在基础面垫方木或槽钢作为满堂支架底部垫设.2满堂支架采用扣件式钢管支架型号8×
3.5rllⅡ1在梁底部
5.68inx112In范围内不包括2个门型过车道部分横向间距
0.6in纵向间距
0.6in在翼缘板范围内横向间距
0.9ITI纵向间距
0.6m所有步距均按
1.2m设置脚手架搭设高度
11.00m.315号墩与16号墩之间为泉州一三明高速公路46号墩与47号墩之间为308省道在满堂支架中纵向布置间距按原行车道间距布置2个门型过车道宽5In净高5in两侧布置
0.6mx1Inx14mC20混凝土条形基础采用325钢管作支架立柱立柱间距5in立柱上架设网架结构在网架结构上敷设
4.5cm厚的木板.4在满堂支架和2个门型过车道上方与梁底采用方木支撑连接.支架从上到下依次为:箱梁外模架底模方木横梁双拼I40立柱钢管基础.5条形基础的设计.现浇支架条形基础的设计既考虑受力的因素同时又考虑施工浇筑拆除的便利性特别是在交通繁忙的既有公路上便利的施工方法即可加快施工进度又可以避免交通堵塞及交通事故的发生.本次设计出发点首先满足结构受力要求同时考虑改变以往的施工方法.将条形基础平均分为7等分既有国道中央分隔带处设置条形基础如图1所示.条形基础设计特点为:在七等分中设置模板以进行现场分别浇筑同时在各个浇筑体之间安装模板在各个浇筑体中预埋了吊钩同时在各个浇筑体内预埋dp90mm的金属波纹管钢索采用12×bJ
15.20mm钢绞线配套采用OVM
15.12型锚具.这样设计的优点:14图1条形基础立面单位:m
①进行现场一次浇筑能够保证在道路有坡度的情况下条形基础自动找平同时保证顶面水平以利于布置钢管桩.
②浇筑体之间通过后张预应力使各个浇筑体成为一个整体共同受力可以共同抵抗外部弯矩造成结构倾覆充分发挥混凝土的抗压特性和钢绞线的抗拉能力进而保证结构整部不会发生屈曲破会.
③最大的优势就是通过在各个浇筑块里预埋吊钩当满堂支架施工完成后将条形基础预加应力卸载利用起吊设备非常容易迅速的拆除条形基础基本不中断交通.条形基础的设计施工拆除在实际中比以往的同类基础体现出了明显的优势.6现场现浇支架见图
2.图2现浇支架现场立面
3.2设计参数1一联32in+48In+32ITI连续箱梁混凝土重量为:1346mx
2.65t/m=
3566.9t56kN/nl模板重量为260t4kN/m.2模板与木板自重
4.0kN/m混凝土与钢筋自重
26.5kN/m倾倒混凝土荷载标准值采用
2.0kN/m施工均布荷载标准值采用
2.5kN/m.3木方弹性模量为
9500.0N/栅木方抗弯强度设
13.0N/mm木方抗剪强度设计值
1.3N/衄木88钐}道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J桥梁方的间隔距离580mm木方的截面宽度
120.0mm木方的截面高度
150.0mm.3支撑架荷载计算单元见图
3.图3荷载计算单元
3.3检算1扣件式钢管支架立杆计算:立杆按轴心受压杆件计算计算长度z=纵向水平横杆步距h.
①立杆的强度计算公式=N≤冬LIj即≤以[厂]式中:~立杆的轴心压力计算值kN;~钢管抗压强度设计值N/mm;一轴心受压立杆的稳定系数由长细比A:Ln/可查相关表得到;一立杆净截面面积查8x
3.5ram型钢管的截面面积A:489mm;[一钢管立杆抗压强度容许值查8×
3.5Elm型钢管的抗压强度容许值If]:215N/mm.
②计算立杆轴向力容许值[Ⅳ]参照《扣件式规范》由公式12或3计算L.确定[J7]的最小值.L.=k】uh1L=h+2a2L.=klk2h+2a3式中:k一计算长度附加系数取值为
1.155;一计算长度系数参照《扣件式规范》表
5.
3.3M=
1.7:一支架步距为
1.2ITI;口一立杆上端伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度口=
0.09m;由1式立杆计算长度L=
2.3561TI则A=L./i:2356/
15.8:149由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=
0.312所以钢管立杆轴向力容许值:[N]=
0.312x489×215N=
32.8kN由2式立杆计算长度L:
1.2+
0.090X2ITI:
1.38111则A=L./i=1380/
15.8=87由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=
0.
68.则钢管立杆轴向力容许值:[N]=
0.68x489X215=
71.5kN
③如果考虑到高支撑架的安全因素适宜由公式3计算k按照表i取值
1.
243.由3式立杆计算长度L=
1.243×
1.039X
1.2+
0.09X2in=
1.782m则A=L./i=1782/
15.8=113由长细比A的结果查表得到轴心受压立杆的稳定系数=
0.496则钢管立杆轴向力容许值:[N]=
0.496x489X215N=
52.1kN综合上述3种计算结果取钢管立杆轴向力容许值最小的值[N]:
32.8kN.
④计算立杆的轴心压力值a.顺桥向单位长度静荷载标准值模板的自重:Ⅳc=
1.44kN钢筋混凝土自重梁高计算值
2.2m:%=
20.988kN静荷载标准值:=Nc.+=
22.428kNb.顺桥向单位长度活荷载施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载:NQ=
2.5十
2.0X
0.6×
0.6kN=
1.62kNc.不考虑风荷载时立杆的轴向压力设计值N=
1.2NG+
1.4NQ=
29.244kN
⑤比较计算结果N=
29.244kNNlt;[Ⅳ]满足要求.2支撑方木的计算方木按照简支梁计算验算其强度和挠度并对在最不利荷载布置计算弯曲强度.计算简图见图
4.
①方木的截面力学参数在此方案中方木的截面惯性矩和截面抵抗矩分别为:W=bh/6=
12.0X
15.0×
15.0/6=
450.0cnl后2一计算长度附加系数按照表2取值i.
039.:6/6:
12.0×
15.0X
15.0X
15.0/12=
3375.Ocm铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J89桥梁b图4方木楞计算简图
②单位长度荷载的计算a.钢筋混凝土板自重:q1=
26.5×
0.58×
2.2=
33.814kN/mb.模板的自重线荷载:q2:
4.0X
0.58:
2.32kN/mC.活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时产生的荷载:P=
2.5+
2.0×
0.6x
0.58=
1.566kN
③抗弯强度计算最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的弯矩和.均布荷载:g=
1.2×
33.814十
2.32=
43.361kN/m集中荷载:P=
1.4X
1.566=
2.192kN最大弯矩:M=Pl/4+gZ/8=
2.28kNm截面应力:=M/w=
2.28X106/
450.0×103=
5.067N/mmlt;[][or]=
13.0N/mm满足要求
④抗剪强度计算最大剪力的计算公式:Q=ql/2+p/2则Q=
0.6x
43.361/2+
2.192/2=
14.1O4kN截面抗剪强度计算值f=
1.175N/mmrlt;[]
[7]=
1.3N/ram满足要求
⑤挠度计算最大弯矩考虑为静荷载与活荷载的计算值最不利分配的挠度和.均布荷载:q.=q1+q2=
33.814+
2.320=
36.134kN/m集中荷载:P=
1.566kN最大变形:=5q.1/384ei+p.1/48ei=5X
36.134×600/384X9500X33750000+1566X600/48×9500×33750000=
0.212mm[.厂]=600/250=
2.4方木的最大挠度厂lt;[满足要求.3门式钢管柱的计算门式钢管柱采用325钢管作支架立柱材质为Q235钢材立柱纵横向间距均为5m柱高5nl.
①材料参数钢柱截面几何参数:圆钢管325X6=
470.85cm=
470.85cmi:
11.28cmi=
11.28cmQ235钢材的拉压应力:[or]=140×
1.3=182MPaQ235钢材的弯曲应力:[]=140×
1.3:
188.5MPaQ235钢材剪应力:[]=85X
1.3=
110.5MPa
②计算钢管柱向力容许值[Ⅳ]参照前述长细比A计算采用最不利条件下L.=uh确定[Ⅳ]容许的最小值.则L.=1uh=
1.155X
1.7X5=
9.818mA=L./i=9818/1128=
8.7因该值较小取轴心受压立杆的稳定系数=1则[N]=
6013.1×215N=1292816N=
1292.8kN
③支架结构单位长度荷载的计算a.顺桥向单位长度静荷载标准值模板的自重:Nc=100kN;钢筋混凝土自重梁高计算值
2.2m:/Vcz:
1457.5kN静荷载标准值:NG=Ncl+ⅣG2=
1557.5kNb.顺桥向单位长度活荷载施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载:NQ=
112.5kNC.不考虑风荷载时4根钢管柱的轴向压力设计值计算公式N=
1.2NG+
1.4Ⅳo/4=467kN
④比较计算结果N=467kNlt;『N]『N]=
1292.8kN由于Nlt;[Ⅳ]满足要求.4结构屈曲分析从强度观点出发压杆只要是能够满足轴向压缩的强度要求时就能够正常安全工作这一结论被很多人引用而且工程上的施工技术人员通常也没人该结论及其应用的实际工程中实际上其忽略了该结论成立的条即在短粗杆条件下而实际中常常是细长杆则在这种情况下仍然用以上理论90铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2010f5J桥粱会发生严重的后果试验证明一根长1m的松木截面积5mm×30mm抗压强度极限为40MPa则此杆的极限承载力为:P=6000N.而实验中木杆仅在P:30N时突然破会这主要是发生了屈曲破会造成的所以在实际工程中屈曲分析是非常重要的.以下结合实际进行屈曲分析.钢管截面惯性矩:=3934×10mlTl钢管截面面积:=
30.3×10mm惯性半径:i:
113.9mm柔度:A=
24.1查结构设计规范知:A=20时=
0.981A:40时=
0.927利用直线插入法当A=
24.1时p:
0.967校核稳定性:or=
154.1MPa[]=
176.0MPa因此lt;or]所以支架不会发生屈曲破坏.4支架施工要点
4.1测量放样测量人员用全站仪放样出箱梁在地基上的竖向投影线现场技术员根据投影线定出单幅箱梁的中心线由中心线向两侧对称布设碗扣支架同时根据立杆位置布设立杆垫板.
4.2碗扣支架安装根据立杆及横杆的设计组合从底部向顶部依次安装立杆横杆.安装时应保证立杆处于垫块中心一般先全部装完一个作业面的底部立杆及部分横杆再逐层往上安装同时安装所有横杆和斜撑杆斜撑通过扣件与碗扣支架连接安装时尽量布置在框架结点上保证支架的稳定性.
4.3顶托安装为便于在支架上高空作业安全省时在地面上调好顶托伸出量再运至支架顶安装.根据梁底高程变化决定横桥向控制断面间距顺桥向设左中右3个控制点精确调出顶托标高.然后用明显的标记标明顶托伸出量以便校验.最后再用拉线内插方法依次调出每个顶托的标高顶托伸出量一般控制在20em左右.
4.4纵横梁安装顶托标高调整完毕后在其上安放方木纵梁在纵梁上安放横梁横梁长度比顶板一边各宽出至少50em以支撑外模支架及检查人员行走.支架安装过程中应及时检查调整水平度垂直铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUC~ONTECHNOL0GY度尤其是底层支架并注意横纵向支架高差.
4.5支架预压1加载顺序:分三级加载第一二次分别加载总重的30%第三次加载总重的40%.2预压采用砂袋预压范围为箱梁底部重量不小于箱梁总重的
1.2倍.箱梁箱体重量和悬臂板重量分开计算.
4.6沉降观测1预压的目的是为了获得在荷载作用下支架的压缩变形和结构的弹性变形数据.碗扣支架观测跨端1/4跨及1/2跨共5个断面每个断面测桥梁中心和两边共3个测点每跨测点为15个.2分别在加载前各次加载后及满载后6h12h24h48h和卸载后用水平仪各观测1次48h沉降量小于3mm.即可认为沉降稳定.3沉降稳定后卸载分别画出荷载一沉降曲线图和时间一沉降曲线图结束后报预压报告完成沉降观测的成果整理
4.7卸载支架拆除前应签发脚手架拆除令附混凝土试验报告单拆除时应设置警戒区由专人负责安全.卸载时人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载拆除自上而下先外后里对称进行由跨中向支座方向拆除.根据观测记录整理出预压沉降结果调整支架顶托或顶托上木楔子即调整碗扣支架顶托的标高来控制箱梁底板及悬臂的预拱高度.5结束语在连续箱梁现浇支架设计中全面考虑各个因素并且改变以往的传统设计施工观念具体体现如下:1全面考虑该方案中受力构件的几何参数如惯性矩抵抗矩及回转半径等正确分析了荷载并精确计算相关参数进行了常规检算如轴力弯矩等同时进行屈曲分析以保证结构整体在实际荷载作用下的稳定.2条形基础设计中采用了一次浇筑预应力加载分段拆除的理念.经过实践检验该方法受力明确设计合理操作简单最大限度地减少了对既有公路行车的影响具有较强的可操作性和实用性.3以上设计与施工进行了紧密结合二者相辅相成有效地解决了实际问题为类似设计施工提供了借鉴.2010f5J91。