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        京杭運河特大橋連續(xù)梁0#段支架施工改進技術(shù)

        2014-09-18 08:06:38
        河北建筑工程學院學報 2014年1期
        關(guān)鍵詞:牛腿工字鋼型鋼

        舒 林

        (貴州省高速公路集團有限公司,貴州 貴陽 550004)

        1 工程概況

        新建鐵路宿淮線京杭運河特大橋連續(xù)梁橋橋址位于江蘇省宿遷市泗陽縣西北側(cè),橋梁跨越京杭大運河.施工里程為DK172+864.10~DK172+881.90,全長256 m.本連續(xù)梁為一聯(lián)(62+132+62)m預應力混凝土連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu),主跨為132 m先梁后拱結(jié)構(gòu),其鋼管拱跨度按照單線設(shè)計為全國之最.基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),主跨橋墩(25#、26#墩)樁直徑為1.50 m外,其余樁直徑均為1.00 m,上部結(jié)構(gòu)主梁中支點梁高7.0 m,跨中及端部梁高3.5 m,為單箱雙室截面,頂板寬10.60 m,梁底下緣按照二次拋物線變化,全橋2個T構(gòu),每個對稱澆筑15段.主墩承臺為2級,下層承臺18.2×11.4×3.5 m,上層承臺12.5×7.5×2.5 m,拱肋采用啞鈴形截面,鋼管直徑1.0 m,拱肋全高2.8 m,拱軸矢高22 m.0#塊、邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆,中跨合攏段采用懸吊支架現(xiàn)澆,其余梁段采用掛藍懸臂澆注施工.

        2 原0#段支架施工方案

        2.1 原0#段臨時支墩方案

        采取臨時支敦與臨時支座分離的辦法,即臨時支敦由四根對稱布置的φ600δ10 mm鋼管混凝土柱構(gòu)成,主要起頂撐連續(xù)梁施工過程中T構(gòu)兩端不平衡重和0#段施工平臺的作用;墩頂沿兩個永久支座兩側(cè)布置四個混凝土臨時支座,在主跨和合龍前起支撐梁體和全部施工荷載的作用,直到體系轉(zhuǎn)換完成.承臺施工時做好鋼管柱法蘭鋼板預埋.[1]臨時支墩為φ600δ10 mm的鋼管混凝土柱,混凝土標號C30;提前加工好上部牛腿和沙筒,測量人員對臨時支墩位置,標高進行測量放線,鋼管采用25t汽車吊吊裝,對位準確后,對鋼管進行臨時固定.

        對四個臨時支墩的位置進行復核,準確無誤后,對柱腳進行圍焊,再焊接柱腳肋板.在吊裝支敦牛腿上的型鋼和0#平臺型鋼時對臨時支敦鋼管與墩身頂部進行臨時支撐加固,防止吊裝構(gòu)件碰撞歪斜[2].

        0#平臺型鋼搭設(shè)完成后,澆筑臨時支墩內(nèi)混凝土,澆筑至管頂與法蘭位置平,法蘭上口留30 cm帶楔形管節(jié)底部預留沙筒活門,該管節(jié)另外制作,管外周邊焊預埋錨固鋼筋伸入梁體不少于50 cm,然后在管內(nèi)填入砂子,砂子頂部與梁底模板平略少2 mm,打緊后剪一塊薄鋼板焊在管頂沙上作為底模一部分.

        臨時支墩及頂部詳圖見圖1所示.

        2.2 原0#段支架方案

        2.2.1 0#塊支架布置

        在承臺頂預埋1200×1200×15 mm鋼板,焊接壁厚10 mm外徑60 cm鋼管立柱,在立柱內(nèi)澆筑混凝土作主要承載支柱,上端通過工字鋼與墩身預埋鋼板焊接,以保證其穩(wěn)定性,立柱頂設(shè)置I45 a工字鋼,位于鋼管內(nèi)橫向布置,長度為1.3 m,橫穿立柱的工字鋼上橫向鋪設(shè)4根I45×12 m工字鋼使總鋪設(shè)寬度為12米,作為整個結(jié)構(gòu)最底層的支撐,然后縱向鋪設(shè)20根I45a×9m工字鋼,相臨兩根重合2米,使總鋪設(shè)寬度為16米,最上層為橫向鋪設(shè)40根I12.5 a×12 m工字鋼,相臨兩根重合2米,使總鋪設(shè)寬度為14米,最終形成支架平臺,在支架平臺上鋪掛籃底模板,在墩頂范圍鋪設(shè)小塊模板,在支架平臺外模部分采用木墊塊支墊外模架,在底、外模內(nèi)進行0#塊現(xiàn)澆梁的施工,詳見圖2.由于本連續(xù)梁0#塊長度為16米,順橋向最下層承臺寬度滿足支架位置需要,因此在施工承臺時不需要加寬,可直接在承臺施工時預埋鋼筋,設(shè)置鋼管立柱.

        圖1 臨時支墩立面圖

        圖2 0#段支架搭設(shè)圖(單位:mm)

        3 計算模型及計算荷載工況

        3.1 原0#段支架計算模型

        根據(jù)原0#段支架方案,運用Midas/Civil有限元軟件建立支架模型.根據(jù)支架型鋼的特點,全模型采用每個節(jié)點6個自由度的空間梁單元進行模擬,嚴格按照“0#段支架搭設(shè)圖”進行建模,全模型共分764個單元,實際計算模型如圖3所示;運用剛性連接來約束不同自由度,正確反映了上下層型鋼之間的實際力學行為,具體的剛性連接方式見圖4所示(整個支架關(guān)于橋墩中心線對稱,取1/4模型);橋墩周圍部分型鋼擱與其上,模型中通過約束Dy向自由度來模擬.

        圖3 三維整體模型

        圖4 剛性連接方式(1/4模型)

        3.2 計算荷載工況

        (1)根據(jù)規(guī)范,計算荷載取值為:混凝土濕重:26.5 kN/m3;振搗混凝土荷載:2.0 kN/m2;施工荷載:2.5 kN/m2;方木按間距0.15 m,密度為500 kg/m3;梁體側(cè)模:0.5 kN/m2.

        (2)荷載情況:1.3×箱梁重量+1.3×自重+振搗混凝土荷載+施工荷載,自重包括方木和側(cè)模重量.

        通過荷載統(tǒng)計計算,換算成線性均布荷載,施加在最上層I12.5工字鋼上,如圖5所示.

        圖5 荷載布置(kN/m,1/4模型)

        4 計算結(jié)果及分析

        4.1 0#段支架計算

        4.1.1 鋼管混凝土立柱穩(wěn)定性驗算

        根據(jù)鋼管混凝土手冊查得相應鋼管混凝土柱的截面特性為:Ac=2642cm2,Ic=55496cm4

        按照柱底固定、柱頂自由壓桿檢算:μ=2,Q235鋼材E=206 GPa,l=9 m.

        則Fcr=3.142×EI/(μl)2=9.859×206×109×55496×10-8/4×81=3550kN.

        立柱的最大支座反力為:1627kN<

        4.1.2 牛腿剪切驗算

        Q235鋼材容許應力:[σ]=170 MPa,[τ]=100MPa.

        外側(cè)牛腿最大剪應力:τmax=227.3MPa>[τ]=100MPa,不滿足要求.

        內(nèi)側(cè)牛腿最大剪應力:τmax=109.6MPa>[τ]=100MPa,不滿足要求.

        4.1.3 型鋼抗彎驗算

        整體模型關(guān)于橋墩對稱,取1/4模型桿件驗算其內(nèi)力,模型單元分配如圖6所示.(1)I12.5橫向工字鋼.最大彎曲應力出現(xiàn)在牛腿附近的173、174單元上,σmax=134.3MPa<[σ]=170MPa,滿足要求.

        (2)I45a橫向工字鋼(牛腿上).牛腿附近單元5、6、12、13的應力超過容許應力值,其中,最大彎曲應力出現(xiàn)在5單元處:σmax=282.6MPa>[σ]=170MPa,不滿足要求;

        圖6 支架單元平面圖(1/4模型)

        (3)I45a縱向工字鋼.牛腿附近單元37、38、43、44的應力超過容許應力值,其中,最大彎曲應力出現(xiàn)在37單元處:σmax=206.5MPa>[σ]=170MPa,不滿足要求.

        不滿足要求的單元位置如圖7所示.

        (注:圖中黑色框中紅色單元應力不滿足,分別為5 6 12 13 37 38 43 44,牛腿單元為:1和2)

        圖8 改進后的0#段支架搭設(shè)圖

        4.2 原0#塊支架方案計算結(jié)論

        (1)牛腿剪應力超過容許應力;

        (2)鋼管混凝土臨時柱和最頂層I12.5橫向工字鋼能夠滿足穩(wěn)定和強度要求;

        (3)牛腿附近I45a工字鋼(橫、縱向)彎曲應力超過容許應力值.

        5 0#塊支架改進方法及驗算

        5.1 改進方法

        (1)針對外側(cè)牛腿抗剪不足的情況,牛腿改用I50c的并排雙工字鋼;

        (2)根據(jù)牛腿上橫向I45a工字鋼抗彎不足的情況,牛腿上橫向工字鋼各加一根I45a,為了使其有足夠的搭設(shè)寬度和方便施工,牛腿原有的1.3 m可適當增寬;

        (3)針對牛腿兩側(cè)縱向I45a工字鋼抗彎不足的情況,使其在原有的基礎(chǔ)上各加設(shè)一根I45a工字鋼;

        在原方案的基礎(chǔ)上,改進后的0#段支架搭設(shè)圖見圖8所示.

        5.2 改進后驗算

        (1)牛腿(I50c雙排工字鋼)剪切驗算.外側(cè)牛腿最大剪應力:τmax=70Mpa<[τ]=100Mpa,滿足規(guī)范要求.內(nèi)側(cè)牛腿最大剪應力:τmax=43.9Mpa<[τ]=100Mpa,滿足規(guī)范要求.

        (2)鋼管混凝土臨時柱和最頂層I12.5橫向工字鋼.最大彎曲應力:σmax=105MPa<[σ]=170MPa,滿足規(guī)范要求.

        (3)I45a橫向工字鋼(牛腿上).最大彎曲應力:σmax=138.4MPa<[σ]=170MPa,滿足規(guī)范要求;

        (4)I45a縱向工字鋼.最大彎曲應力:σmax=105.4MPa<[σ]=170MPa,滿足規(guī)范要求.

        6 結(jié) 語

        工程實踐表明,經(jīng)過改進后的連續(xù)梁0#段支架方案安全可行,確保了工程施工順利進行.本方案為同類工程施工提供了很好的借鑒.

        參 考 文 獻

        [1]楊延崗.城際鐵路車站深基坑主體結(jié)構(gòu)支架施工技術(shù)[J].石家莊鐵道大學學報(自然科學版),2013,26(增刊):219~212

        [2]陽利平.跨金華江連續(xù)梁0號段支架施工設(shè)計[J].門窗,2013(2):257~258

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