钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪建筑建筑文章_建筑-公路与桥梁.pdf
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1、钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 1/16 钢管贝雷梁柱式支架 在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪,韦健江(路桥集团第一公路工程局 北京市 100024)摘 要:在高墩大跨现浇箱梁施工中,采用钢管柱和贝雷片作为支架,可避免大面积处理地基,能够减少人员投入。结合支架施工实例,着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造和在施工中的运用。关键词:现浇箱梁;钢管柱;贝雷片;支架 在进行现浇箱梁施工时,一般的施工方法是对地基进行加固处理,然后搭设满堂支架。但对于地势陡峭、墩身高达 40m 的现浇预应力混凝土箱梁而言,采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大,安全性降低,而且
2、材料、人员投入也较大。贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中常用的一种支架型式,尤其在重荷载、高墩柱、跨度大的情况时,则是较为经济安全的一种支架型式。在实际施工中,当跨度过大时,增设临时立柱可以有效地减小贝雷片的弯矩、剪力和挠度,提高其承载能力。1 工程概况与桥梁结构 1.1 工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福龙快速路相交处,为定向式全互通 3 层立交。二号桥为东西向南坪路主线桥,上跨福龙路。左线桥全长 383.77m,右线桥全长 348.29m。全桥位于缓和曲线和 R=2000m 的平曲线内。1.2 桥梁结构二号桥上部构造基本型式为连续刚构,结合桥址地形、福龙路与各匝道的设计位置、经济与美
3、观多方面因素,全桥跨径布置考虑为不等跨结构,左幅为 10 跨 3 联,右幅为 9 跨 3 联,其中最大钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 2/16 跨径为 50m,最小跨径为 35m。全桥墩柱高度在 20 40m 不等,桥墩采用两柱或三柱一排矩形墩,桥台分别采用扶壁式和埋置式桥台,桥墩和桥台下设承台。桥墩基础采用钻孔灌注桩,桩基须嵌入微风化岩。上部结构为预应力混凝土现浇箱梁,采用 C50 现浇混凝土,箱梁高为 2.0m,主箱梁为单箱三室断面,箱底宽为 12.0m,顶板宽为 17.0m,两侧挑臂长 2.5m。桥面和箱梁底面设有 1.5%的横坡。1.3 地形特点与工程地质情况桥
4、址位于深圳市中部西丽镇长源村,原始地貌属低丘、台地、丘陵间冲沟地貌,地势起伏大,现状地面高程在 44.44 119.85m,地形狭窄,施工场地有限。根据地质勘探揭示,地层分布如下:人工填土(或地表腐质土)砂性土 全风化花岗岩 强风化花岗岩 中风化花岗岩 微风化花岗岩。2 现浇支架的比较选定根据该桥的地形和结构特点,经分析,能适用于该桥墩高、跨径较大,并且 3 跨一联箱梁同时浇注的支架主要有碗扣式满堂支架和贝雷梁柱式支架两种型式,表 1 中对这两种支架型式从结构受力、安全性能、地形情况、施工难易度与经济性能等几方面进行了比较。1 支架施工技术性能比较 支架型式 碗扣式满堂支架 贝雷梁柱式支架 受
5、力结构 受力状况简单,受力分析较简单 传力途径清晰,但受力分析较复杂 安全性能 高度太高,影响整体稳定性,构件较大数量少,较桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构工程概况南坪福龙立交位于深
6、圳市南坪快速路与福龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 3/16 地质情况复杂时,地基处理工作量大,不均匀沉降会降低整体安全性。施工人员较多,劳动强度大,易发生安全事故,构件单一,抗冲击性较差 容易保证施工安全,机械使用多,易发生机械安全事故,结构刚柔结合,抗冲击性较强 地形情况 地形陡峭时,地表平整难度较大,岩土结合部处理难度过大 地形影响较小 施工难易 基础处理难度大,支架搭设、拆除较容易 施工情况较复杂,构件吊装有些难度,拆除不易 经济性能 基础处理费用高,材
7、料投入量较大,但是较单一,人员数量要求多,机械设备投入相对较少,施工速度较慢,支架总成本较高,经济性较低 基础处理费用较低,材料投入较少,但是形式较多,人员要求少,但人员素质要求高,机械设备投入较大,施工速度较快,支架总成本较低,经济性较高 从表 1 可看出,两种支架型式各有优缺点,但是结合该项目地形特点和结构形式,采用碗扣式满堂支架有如下问题:(1)因地形陡峭,场地平整难度大,挡土墙等构造物多,并且由于土桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱
8、式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 4/16 质不一,土石结合,不均匀沉降量较大,对箱梁施工质量有可能会造成影响;(2)由于支架高度过高,接近碗扣式支架搭设的极限高
9、度,业主、监理与质检站等相关单位对支架的安全性较为关注,并且明文规定碗扣式支架必须有条件、有限制地使用;(3)材料投入过大,一联需投入一千多吨碗扣式支架,深圳市场难以租到这么多材料,成本过高;(4)施工中技术工人需要多,对人员的素质要求高,因此人力成本较高;(5)基本是人工作业,施工效率低,施工速度慢,工期上不能满足要求。采用贝雷梁柱式支架,工期有保证,需要约 2000 片贝雷片,由于深圳地铁刚完工,有大量的 600 的钢管可供使用 ,价格也相对便宜。因此,综合技术、工期、经济等各方面因素,最后选择贝雷梁柱式支架作为箱梁的现浇支架。3 支架的设计与验算 3.1 支架总体布置贝雷梁柱式支架的总体
10、布置见图 1 所示。图 1 贝雷支架总体布置 桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥
11、上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 5/16 贝雷梁柱式支架结构主要由混凝土基础、钢管立柱、墩身牛腿、工字钢横梁、贝雷片纵梁、门式支架组成。支架结构传力途径为 :模板-方木-U 托-门式支架-贝雷片纵梁-工字钢横梁-钢管立柱(墩身牛腿)-混凝土基础-地基。3.2 荷载计算箱梁标准截面梁高 2m,底板宽 12m,顶板宽 17m。施工时分 2 次浇注,第 1 次先浇注底板和腹板混凝土,高度为 1.5m,第 2 次浇注顶板混凝土,见图 2 所示。考虑到支架最高达 40m,为简化计算,确保安全,计算时假定 2 次混凝土同时施工,并
12、且第 1 次混凝土不分担第 2 次混凝土的部分荷载;并假定箱梁纵向为一均布荷载,跨中横隔梁按集中荷载考虑。桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福
13、龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 6/16 单位:cm 图 2 箱梁标准断面 施工荷载主要由钢筋混凝土自重 q1,模板自重 q2,贝雷片自重 q3,施工荷载 q4 构成。钢筋混凝土密度采用 26kN/m 3,冲击系数取 1.1,箱梁标准截面面积为 11.32m 2,截面均布荷载 q1=1.12611.32=323.75kN/m,跨 中 横 隔 梁 混 凝 土 体 积 为 7.19m 3,集 中 荷 载 P=1.1267.19=205.63kN,模板自重包括方木、
14、U 托和门式支架合计取 1.5kN/m 2,截面均布荷载 q2=1.5(17+1.52)=30kN/m。贝雷片每片每延米取 1kN/m(包括支撑架等附属物),贝雷片按 18 排布置,截面均布荷载 q3=118=18kN/m。施工荷载取 4kN/m 2,顶板宽度 17m,则截 面 均 布 荷 载 q4=417=68kN/m。支 架 承 受 的 截 面 总 荷 载 q=q1+q2+q3+q4=439.75kN/m。3.3 贝雷片的布置与验算贝雷片采用国产 321 公路钢桥桁架,纵向根据箱梁跨度分 3 4 跨布置,35m 跨度按 10.5m+11.5m+10.5m(墩 身 宽 2.5m)布 置 ,4
15、2m 跨 度 按 9.25m+10.5m+10.5m+9.25m 布置,50m 跨度按 11.25m+12.5m+12.5m+11.25m 布置。横向截面布置根据箱梁具体结构布置,每个腹板下采用间距为 450mm 双排单层贝雷片,每个底板下采用间距为 900mm 双排单层贝雷片,两侧翼板下采用间距为 1500mm 双排单层贝雷片,见图 3 所示。桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应
16、力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 7/16 贝雷片纵向每 3m 上下都用 10 号槽钢作为横向联系,用 U 形卡扣扣住,把贝雷片联成整体,使每排贝雷片受力较为均衡。单位:cm 图 3 贝雷片布置考虑到截面横向的不均匀,每一排
17、贝雷片受力情况也不一样,两侧翼板下的贝雷片受力相对较小。经过分析,翼板下贝雷片受力大约为底板下贝雷片所受力的一半,考虑模板、方木以与横向联系能起到一部分分散荷载作用,所以只取 16 排贝雷片进行验算,并且要求满足安全系数在 1.3 以上,贝雷片整体 能承受的最大弯矩 M=788.216/1.3=9700.9kNm,最 大 剪 力 Q=248.216/1.3=3054.8kN。取 35m 跨度进行验算,计算简图见图 4 所示。图 4 贝雷片受力验算简图 用力矩分配法可计算出最大弯距 Mmax=5512.675kNm,位置在 B、C 支座处;最大剪力 Qmax=2835.017kN,位置在 B 支
18、座左侧和 C 支座右侧,由于 MmaxM,QmaxQ,贝雷片强度满足要求。因贝雷片每节结构形式相同,可看作匀质梁,并以简支梁模型验算,最大挠度为:f=桥集团第一公钢管贝雷梁柱式支架路工程局北京市摘要在高墩大跨现浇箱梁施工中采用钢管柱和贝雷片作为支架可避免大面积处理地基能够减少人员投入结合支架施工实例着重介绍采用钢管柱和贝雷片组成的贝雷梁柱式支架的构造理然后搭设满堂支架但对于地势陡峭墩身高达的现浇预应力混凝土箱梁而言采用满堂支架施工不仅地基处理难度较大安全性降低而且材料人员投入也较大贝雷梁柱式支架是现浇箱梁施工中用的一种支架型式尤其在重荷载高墩柱跨度弯矩剪力和挠度提高其承载能力工程概况与桥梁结构
19、工程概况南坪福龙立交位于深圳市南坪快速路与福龙快速路相交处为定向式全互通层立交二号桥为东西向南坪路主线桥上跨福龙路左线桥全长右线桥全长全桥位于缓和曲线和的平钢管贝雷梁柱式支架在高墩大跨现浇箱梁施工中的运用崔昌洪 8/16 5ql 4 384EI+Pl 3 48EI=13mm 11.5/400=29mm,贝雷片挠度满足要求。3.4 钢管柱与工字钢横梁布置与验算钢管柱采用直径为 600mm,壁厚为 16mm 的 Q235 直焊钢管(两端带法兰盘),钢管每节从 1 5.4m 不等长,采用螺栓连接。纵向按以上贝雷片跨度布置,钢管横向布置在腹板下和两侧翼板下,组成排柱式墩,柱顶设置 3 排 I40a 的
20、工字钢,柱底为混凝土扩大基础,如图 5 所示。单位:cm 图 5 钢管柱布置 3 排 I40a 的工字钢可计算出 M=703kNm,Q=1575kN,主要荷载为贝雷片的集中力,在上述贝雷片计算中,可求出钢管柱处的支座反力为 5571kN,则底板每排贝雷集中力为:P=5571/16=348.2kN 翼板下每排贝雷集中力为:P=348.2/2=174.1kN,计算 简 图 如 图 6 所示。图 6 工字钢受力验算计算图式用力矩分配法可计算出最大弯矩 Mmax=408.9kNm,位置在 C、D 支座处。最大剪力 Qmax=732kN,位置在 C 支座左侧和 D 支座右侧,由于 Mmax M,Qmax
21、Q,工字钢强度满足要求。用力矩分配法计算出支座反力,经计算,最大的支座反力 N=1430kN,最长的钢管以 40m 计,自重 100kN,钢管最大轴向压力 P=1530kN。钢管直径为 600mm,壁厚为 16mm,计算可知轴心承载力可达 6235kN,完全能满足强度要求,因此只需分析受压稳定性,立柱每 12m 高安装一个钢抱箍,用 16 号槽钢作为横纵斜向联系,焊接在钢抱箍上,如图 7 所示,计算自由长度取 12m,计算简图如图 8 所示。钢 管 惯 性 半 径 :i=0.207,长 细 比 :=58.1,稳 定 系 数 查 表得:=0.818,钢管最大压力:N=1530kN。假设最大有 1
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