新丰互通B/C匝道桥现浇梁施工
支架结构计算书
一、工程概况
新丰互通立交位于朱屋村南侧,是新丰县城及周边地区车辆上下高速的主要出入口,本合同段在新丰江北侧的朱屋村南侧山间设置新丰互通.采用半定向T型互通立交与G105一级路顺接,方便新丰县城及周边村镇的车辆上下高速公路.互通共设置主线桥1座,匝道桥4座,其中B/C匝道桥上部结构采用现浇箱梁结构;BK0+627.375匝道桥桥跨布置为3*(3*28.75)预应力现浇箱梁+12*30m预应力T梁;
CK0+284.306匝道桥桥跨布置为11*20m预应力现浇箱梁+2*25现浇箱梁.
根据设计图纸,B匝道桥第一~三联上部结构采用3*28.75米预应力混凝土现浇箱梁,桥面宽10.5m,梁体采用单箱单室斜腹板结构.梁高1.75cm,顶宽10.3m,悬臂长2.25m,底宽4.94m,顶板厚度28cm,腹板厚度45~65cm,底板厚度22cm;每跨在跨中设置横隔板.C匝道桥第一~三联上部结构采用20米预应力混凝土现浇箱梁,桥面变宽,采用单箱单室斜腹板结构.梁高1.50m,悬臂长2.25m,腹板厚45~65cm,顶板厚28cm,底板厚22cm;第三联每跨跨中设置横隔板;第四联上部结构采用25米预应力混凝土现浇箱梁,桥面宽10.5m,采用单箱单室斜腹板结构,梁高1.60m,箱梁悬臂长2.25m,腹板厚45cm~65cm,顶板厚28cm,底板厚22cm,在每跨跨中设置横隔板.
二、编制依据
(1)《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110—2011)
(2)《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ
130-2011)
(3)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
(4)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
(5)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG
D63-2007)
三、上部梁体施工方案
新丰互通B匝道桥现浇箱梁共3联,每联3跨,其中第一联位于新丰互通E匝道和主线路基之间填平区,地形较平坦,梁底至原地面高度在3-13m间,采用满堂支架现浇施工;第二联前两跨横跨主线路基,地形较为平坦,梁底至原地面高度在7-13m间采用满堂支架现浇施工,第三跨横跨C匝道桥桥,桥区位于主线路基左侧边坡,梁底至原地面高度在13-20m间,采用满堂支架现浇法施工;第三联由于梁底至原地面高度在20m
以上(22-29m),采用钢管柱贝雷支架法施工
新丰互通C匝道桥共4联,均为现浇箱梁结构,第一联共4跨,每跨跨径为20m,梁底距原地面高度在7-13m间,采用满堂支架现浇施工;第二联共4跨,每跨跨径为20m,梁底距原地面高度在13-19m间,采用钢管柱贝雷支架法施工;第三联共3跨,每跨跨径为20m,梁底距原地面高度在在7-18m间,采用钢管柱贝雷支架法施工;第四联共2跨,跨径为25m,横跨主线路基,梁底距原地面高度在在7-8m间,采用满堂支架现浇施工.
主要工序的施工流程为:场地平整、地基支墩处理、钢管柱贝雷架和满堂支架搭设、安装支座、堆载预压、沉降观测、逐级卸载、设置预拱度、安装外模、制安钢筋、现浇梁混凝土、混凝土养护、张拉压浆、拆除侧模、拆除底模板、拆除贝雷架或满堂支架.支架具体布置如图附图所示.
1、地基处理
B匝道第一联、第二联前两跨(0#-5#墩)及C匝道第四联(11#-13台),由于横跨主线路基或填平区,路基填土均已完成94区填筑,在清除表面松散土后,碾压平整后浇筑15cm厚C20混凝土,宽度15米.
C匝道第一联(0#-4#墩)由于位于路基边坡,首先对边坡进行开挖成2*3.6m的台阶并振动碾压平整,其余原地面清除表面松土,如有泥浆坑,必须清理干净,采用石渣回填并碾压表层;然后分层回填30cm二灰碎石土,宽度16米,再浇筑15cm厚的C20混凝土,宽度15m.
B匝道第二联第三跨,第三联(5#-9#墩)及C匝道桥第二联,第三联(4#-11#墩);每跨在墩柱前后及跨中设立540*10mm的支撑钢管柱,每个钢管立柱下需预埋860*860*20mm钢板,便于支撑柱与预埋钢管连接,保证稳固.钢管柱设置在支撑墩上,B匝道中支撑墩12米长、4米宽、高度1米的C25混凝土,C匝道中支撑墩12米长、2米宽,高度1米;边支撑墩均靠近承台,12米长,2米宽,高度1米.每个支撑墩采用埋置式,基坑开挖后进行承载力测试,当不满足要求时采用强夯和换填2m深的碎石基础,用作地基改善.
2、贝雷架搭设
选用12片单层上下加强贝雷梁作为支撑骨架,支撑点下为2根45b工字钢,45b工字钢采用焊接连接540*10㎜钢管柱,钢管柱与支撑墩用预埋钢板连接,钢管柱支间采用14号槽钢交叉连接,钢管高度根据墩台身高度计算确定.贝雷梁之间除标准斜支撑外,还需采用10号槽钢把每组贝雷梁架间连接.B匝道桥第二联第三跨,第三联中间长度采用9片标准长度为3M贝雷片,C匝道桥第二、三联中间长度采用6片标准长度为3M贝雷片.在贝雷架上方横向铺设I20工字钢,间距0.6米
,在横向工字钢上方搭设1.8~3m高的碗扣钢管支架做纵横坡调整,立杆顶设二层方木,立杆顶托上横向设10*10cm方木,间距为0.6m;横向方木上设10*10cm的纵向方木,间距0.3m,再铺设15mm的优质竹胶合板.横板边角宜用4cm厚木板进行加强,防止转角漏浆或出现波浪形,影响外观.
3、满堂支架施工
在路基范围内满堂支架,为砂质黏性土碾压而成的路基,压实度达到93%,地基承载力可达到200KPa,在清除表层土后,碾压平整再浇筑15cmC20混凝土,宽度15m,作为支架基础.对于其他位于自然边坡上的支架,地基表层为2.0米左右的厚的砂质黏性土,地基承载力为120KPa,下部为淤泥质黏土层,
地基承载力为60KPa,清除地表整平后,用二灰碎石土回填30厘米厚,分层碾压,宽度16米,上部再浇筑15cm厚的C20混凝土,宽度15米.
选用碗式支架作为支撑骨架,支架布置为:满堂支架顺桥向立杆排距0.6m,横桥向立杆中间底腹板位置为10排排距0.6m,两侧靠翼缘板2排排距0.9m,翼缘板外为1排排距1.2m立杆作为操作平台,所有横杆步距均为1.2m.支架支撑在专用地托上,以确保受力均匀,支架上端采用专用天托,纵向采用10*15cm方木间距0.6m,横向采用10*10cm方木,
间距0.3米,通过支架上端的天托设置预拱度.
4、堆载预压
为消除非弹性变形,取得贝雷架弹性变形量、碗式支架弹性变形和地基沉降变形.在方木铺设完毕且加固稳固后选用土袋进行分级堆载预压.预压采用分跨预压,从一个边跨向另一个边跨进行,施加荷载总重:梁体自重+施工荷载(梁体自重20%).模拟砼施工过程按60%、80%、100%、120%逐级加载.在加载过程中设置沉降观测点,沿纵向设置在跨中、1/4跨和距墩柱支点共5个断面上,每个断面沿横向布3个点,分别是断面中心和距中心左右2.5m处.堆载预压时间不小于48小时,卸载采用分级逐步卸载.每次堆载、卸载均做好沉降观测,并做好记录.
5、预拱度设置
预拱度计算公式为f=f1+f2,其中f1贝雷架或支架弹性变形(由预压得出数据),f2=梁片设计预拱度值.最大预拱度值设置在梁的跨中位置,并按二次抛物线形式进行分配,算得间距2米各点处的预拱度值后,按折线通过钢管脚手架对底模和翼缘板进行调整.
6、钢筋制安
钢筋在钢筋加工场地制作,采用焊接工艺连接,根据钢筋绑扎的先后顺序采用人工配合汽车、吊车运输到模板.钢筋绑扎顺序:从一段向另一段进行,箱梁底板、箱梁腹板、箱梁底、腹板波纹管、箱梁顶板、预留钢筋和预埋件埋设.
按照设计图纸和验标要求进行钢筋的绑扎安装,同时注意钢筋接头按要求错开,钢筋绑扎时要按设计图纸的钢筋编号从下到上、从一头到另一头分顺序绑扎,为避免在安装时将误差集中到某一头,可分成几段进行.保证所有的钢筋规格、型号、间距、数量及保护层等满足设计要求.钢筋交接点绑扎均采用十字交叉绑,不允许采用梅花跳绑,且绑扎铁丝的尾段不应伸入保护层内.钢筋保护层采用购买的同等级砂浆垫块,梁体侧面和底面的垫块至少应为4个/m2.
箱梁施工中主要预埋件有泄水孔、伸缩缝预埋件、接触网支柱锚固螺栓及加强钢筋、防撞护栏预埋筋、综合接地措施和施工预埋件等,施工时应严格按照设计图纸要求进行预埋.(详见作业指导书).
7、砼施工
砼浇筑采用混凝土汽车泵自的低处向高处进行.混凝土浇筑水平分层、对称、连续浇注的原则.浇注砼时,每层砼的厚度40厘米为宜,不得超过50厘米,砼振捣和下料交替进行,采用插入式振捣棒振捣.浇注桥面砼时,先用插入式振捣棒振捣砼,再用悬空式整平机振捣成型,人工二次抹面.砼浇注成型终凝后,覆盖土工布浇水养护.(混凝土施工详见作业指导书).
四、满堂支架和贝雷架钢管柱结构验算
(一)贝雷架验算
1. 贝雷梁相关参数
⑴、桁架单元杆件性能
杆件名
材料 断面型式
横断面积(cm2)
理论容许承载力(KN)
弦杆 16Mn
][10
2*12.7
560
竖杆 16Mn
I8 9.52
210
斜杆 16Mn
I8 9.52
171.5
⑵、几何特性
几何特性
结构构造
Wx(cm3)
Ix(cm4)
EI(KN/m2)
单排单层
不加强
3578.5
250497.2
526044.12
加强 7699.1
577434.4
1212612.24
双排单层
不加强
7157.1
500994.4
1052088.24
加强 15398.3
1154868.8
2425224.48
三排单层
不加强
10735.6
751491.6
1578132.36
加强 23097.4
1732303.2
3637836.72
双排双层
不加强
14817.9
2148588.8
4512036.48
加强 30641.7
4596255.2
9652135.92
三排双层
不加强
22226.8
3222883.2
6768054.72
加强 45962.6
6894390
14478219
⑶、桁架容许内力表
桥型 容许内力
不加强桥梁
单排单层
双排单层
三排单层
双排双层
三排双层
弯矩(KN.m)
788.2
1576.4
2246.4
3265.4
4653.2
剪力(KN)
245.2
490.5
698.9
490.5
698.9
桥型 容许内力
加强桥梁
单排单层
双排单层
三排单层
双排双层
三排双层
弯矩(KN.m)
1687.5
3375
4809.4
6750
9618.8
剪力(KN)
245.2
490.5
698.9
490.5
698.9
荷载分析
2.1荷载分析
2.1.1、模板、支架、脚手架自重
模板自重取1.5kN/㎡,
I20a工字钢取27.93kg/m,
I45a工字钢取80.4kg/m,方木取0.9kg/m3,脚手架,钢管柱按实际计算.
2.1.2、新浇混凝土自重按26
kN/m3.
2.1.3、施工人员、施工料具运输堆放荷载
①计算模板及直接支承模板小棱时,均布荷载可取2.5kPa.
②计算直接支承小棱的梁或拱架时,均布荷载可取1.5
kPa.
③计算支架立柱及支承拱架的其它结构件时,均布荷载可取1.0kPa.
2.1.4、倾倒混凝土时产生的冲击荷载按2.0kN/㎡.
2.1.5、振捣混凝土产生的荷载按2.0kN/㎡.
2.1.6、其它可能产生的荷载,如雪荷载、冬季保温设施荷载等,基本不产生.
2.1.7、新浇混凝土对模板侧面压力,泵送时:Pm=4.6v1/4=4.6*21/4=5.5
kN/㎡.
2.1.8、倾倒混凝土时对侧面模板产生的水平荷载按2.0kN/㎡.
2.1.9、振捣混凝土产生时对侧面模板产生的压力按4.0kN/㎡.
2.1.10、现浇箱梁总方量:B匝道第一联为560.52m3,钢绞线重22.9443t;第二联为558.96m3,钢绞线重22.8947t;第三联为560.88m3,钢绞线为22.9443t;C匝道第一联为428.8m3,钢绞线重16.0513t;第二联为490.5m3,钢绞线重16.0513t;第三联为375.58m3,钢绞线为11.4043t;第四联为307.32m3,钢绞线为10.8297t;
根据《建筑施工模板安全技术规范》第4.1.1条第4款计算
,取二者之小值.
浇筑速度v取0.5m/h,混凝土初凝时间t0=8h,k1=1.2,k2=1.15
因此混凝土侧压力取F=44.65kPa,有效压头高度h=1.72m
风荷载
按《建筑结构荷载规范》(GB50009)规定计算,基本风压值取表D.4中n=10年,风振系数,计算如下:
按式7.1.1-1计算风荷载标准值:
其中:—风荷载标准值(kpa)
—高度Z处的风振系数(取1)
—风荷载体型系数,按表7.3.1中"独立墙壁及围墙"值+1.3
—风压高度变化系数,按表7.2.1离地高度50m的B类地面值1.67
—基本风压(kpa),取0.35kpa
计算得:
2.2荷载组合
根据《建筑荷载设计规范》,均布荷载设计值=结构重要性系数*(恒载分项系数*恒载标准值+活载分项系数*活载标准值).结构重要性系数取二级建筑:1.0,恒载分项系数为1.2,活载分项系数为1.4.
2.3
B匝道桥最大跨度段检算
我部现浇箱梁结构特点,我们取Ⅲ-Ⅲ截面为代表截面进行箱梁自重计算,如图所示:
2.3.1
底模面板检算
底模面板采用15mm厚竹胶板,竹胶板尺寸为122*244*1.5cm.竹胶板下桥顺向设置100*100mm方木小肋,中心间距300mm,取1m板宽按净跨径300mm简支梁检算.
(1)、荷载
取底腹板荷载进行计算:梁体砼顺桥向均布荷载:2
底模面板宽度自重2
箱内支撑架荷载2
(2)强度验算
Mmax=0.64kN·m
Qmax=12.83kN
底模力学参数:
S =1/8*bh2=1/8*1.22*0.0152=3.43*10-5
m3 I=1/12*bh3=1/12*1.22*0.0153=3.43*10-7
m4 W=1/6*bh2=1/6*1.22*0.0152=4.575*10-5
m3 强度条件:
σ=Mmax/W=0.64/(4.58*10-5
)=1.4MPa0.035
h=1.53+3.8V/t=1.69m
q5=
⑹ q6——
倾倒混凝土产生的水平荷载,取2.0kPa.
⑺ q7——
支架自重,经计算支架在不同布置形式时其自重如下表所示:
满堂钢管支架自重
立杆横桥向间距*立杆纵桥向间距*横杆步距
支架自重q7的计算值(kPa)
60cm*60cm*120cm
3.38
荷载组合
模板、支架设计计算荷载组合
模板结构名称
荷载组合
强度计算
刚度检算
底模及支架系统计算
⑴+⑵+⑺
侧模计算
⑸+⑹
⑸ 3、支架结构验算
3.1
底模面板检算
底模面板采用18mm厚竹胶板,竹胶板尺寸为122*244*1.8cm.竹胶板下桥顺向设置100*100mm方木小肋,中心间距300mm,取1m板宽按净跨径300mm简支梁检算.
(1)、荷载
取底腹板荷载进行计算:梁体砼顺桥向均布荷载:2
底模面板宽度自重2
上部拱肋自重及支撑架荷载2
(2)强度验算
Mmax=0.65kN·m
Qmax=13.04kN
底模力学参数:
S =1/8*bh2=1/8*1.0*0.0182=4.05*10-5
m3 I=1/12*bh3=1/12*1.0*0.0183=4.86*10-7
m4 W=1/6*bh2=1/6*1.22*0.0182=5.4*10-5
m3 强度条件:
σ=Mmax/W=0.65/(6.59*10-5
)=9.87MPa1.3
计算结果说明本方案满堂支架满足抗倾覆要求
3.6
跨中门洞支架体系验算
本桥施工方案中B匝道第二联第二跨和C匝道桥第四联第一跨中的门式通道采取间距30cm碗扣支架和工字钢平台支架体系,工字钢平台支架体系由碗扣支架上铺设10*10的纵向方木,方木上铺设间距为60cm的I45a工字钢作为横向分配梁,工字钢上纵向向满铺10*10cm方木及搭设满堂扣件式钢管支架.
(1)门洞横梁工字钢验算
门洞处荷载为
取底腹板荷载进行计算:梁体砼顺桥向均布荷载:2
底模面板宽度自重2
方木自重:2
上部拱肋自重及支撑架宽度荷载2
取立杆间距为0.6*0.6m;则门洞横梁处每根立杆受力为:73.3*0.6*0.6=26.39KN;
门洞横梁受力图如下:
Mmax=139.74kN·m
Qmax=121.29kN
横梁所需要的截面抵抗矩为:
W= 查《桥涵计算手册》"热轧普通工字钢截面特性表"可知,需使用I40a型号的工字钢,该型号工字钢截面特性如下:
S=86.07mm2
Ix=21714cm4
Wx=1085.7cm3
M=67.56kg/m
tw=16.5mm
Ix/
Sx=34.1cm
I40b自重为0.6756KN/m(查桥涵手册)
I45b自重产生弯距为:M=
总弯距Mx=139.7+2.11=141.81KN·m
弯距正应力为(临时结构,取1.3的容许应力增加值),满足要求
支点处剪力为:Qx=121.29+0.6756*2.5=122.98KN
为腹板板厚度=16.5mm
max=Mpa<1.3*85
Mpa(1.3为容许应力增大值),满足要求.
工字钢跨中挠度验算:
I40a单位长度上的荷载标准值为:q=43.98+0.6756=44.66KN/m
I45b刚度满足要求,所以采用I45b.
(2)门洞支撑墩立杆上枕梁计算
若枕梁按图中布置,纵梁将只起到传力作用,不需要特别的验算,
但在实际施工中考虑最不利情况,支撑立杆顶枕梁承受由门洞横梁传递的上部荷载和自重,横梁传递的力以端头支墩处剪力最大,取此处计算.支撑立杆顶枕梁按跨中受集中荷载这一最不利的情况进行验算.验算时按连续梁进行,L=0.6m
纵梁传递的剪力:Qx=122.98KN
I12工字钢自重:W=0.6*0.1421=0.0853KN
每边支撑墩立杆共7排,故支撑墩立杆顶单根枕梁跨中集中荷载
P=1/7
Qx+Wx=1/7*122.98+0.0853=17.654KN
Mmax=1/4*0.6*17.654=2.65KN.m
最大应力计算
强度符合要求
挠度验算
满足要求
(3)门洞两边支撑墩立杆验算:
立杆强度验算
按接受由支撑墩立杆顶枕梁传递的荷载P及自重这一最不利的情况进行验算.
则支墩立杆所受压力N=P+W自重=17.654+2.2=19.854KN;
立杆轴心受压应力计算
强度符合要求1
立杆稳定性验算:
立杆步距为1.2m,碗扣脚手架立杆Φ=48mm,壁厚为3.5mm
参照《扣件式规范》,按下式计算
l0=
h+2a
h——步距,h=1200mm;
a——立杆上端顶托伸出顶层横杆中心线至模板支撑点的长度;a
= 0.650
m; 则立杆计算长度
l0 = h+2a
=1200+650*2
=2500mm
则立杆受压长细比:
l0/i=2500/15.8
=158.23
参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》表A.0.6得φ=0.2801
则钢管立杆的最大应力计算值:
σ=N/φA
=19.854/(0.2801*4.89*102)
=144.953N/mm2∴立杆满足设计要求.
3.7立杆底座和地基承载力计算
⑴ 立杆承受荷载计算
在底腹板两侧立杆的间距为60*60cm,每根立杆上荷载为:
N=a*b*q=
a*b*(43.01+q2+q3+q4+q7)
= 0.6*0.6*(43.01+1.2+2.0+2.0+3.38)=18.57kN
⑵ 立杆底托验算
立杆底托验算:
N≤Rd
通过前面立杆承受荷载计算,每根立杆上荷载最大值为:
N=a*b*q=
a*b*(43.01+q2+q3+q4+q7)
= 0.6*0.6*(43.01+1.2+2.0+2.0+3.38)=18.57kN
底托承载力(抗压)设计值,一般取Rd
=40KN;
得:18.57KN<40KN
立杆底托符合要求.
(3)
立杆地基承载力验算
地基承载力计算公式如下所示
P=N/A;
式中:N---支架传递基础顶面的轴心力;
A---硬化地基受力面面积.
立杆底座为150cm*150cm,直接支承在混凝土垫层上,则混凝土局部受压面积为Ad=15cm*15cm=225cm2;有前面计算得知道立杆最大轴心力N=22.26KN.
则混凝土垫层局部承压应力计算如下:
,C20混凝土轴心抗压强度设计值9.6MPa.则混凝土局部受压满足受力要求.
C20混凝土容重为24KN/m3,轴心抗压强度设计值9.6MPa,其刚性角取45°;应力按45°角扩散,则15cmC20混凝土垫层下的承载力:
(22.26+0.45*0.45*0.15*24)/0.45*0.45=113.53KPa
由于B匝道第一联、第二联第1、2跨及C匝道桥第四联位于94区压实路基上,路基顶承载力可达200KPa,满足要求.
针对自然边坡原状土体,在清除表层后进行碾压夯实,回填30cm厚二灰土,使压实度达到93%以上后,再在回填层上硬化C15混凝土15cm.
按45°角扩散,天然地基整体承受上部荷载:
N=22.26+1.05*1.05*0.15*24+1.05*1.05*0.3*16=31.521KN
N/S=31.521/(1.05*1.05)=28.59KPa<120KPa,压实天然地基承载力满足要求.
结点,1,0,0
结点,2,5,0
结点,3,6,0
结点,4,7,0
结点,5,12,0
单元,1,2,1,1,1,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,1
单元,3,4,1,1,1,1,1,1
单元,4,5,1,1,1,1,1,1
结点支承,2,3,0,0,0
结点支承,3,1,0,0
结点支承,4,1,0,0
单元荷载,1,3,59.5,0,1,90
单元荷载,2,3,59.5,0,1,90
单元荷载,3,3,59.5,0,1,90
单元荷载,4,3,59.5,0,1,90
单元材料性质,1,4,9226350,1578132.36,0,0,-1
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