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        高墩大體積大跨度蓋梁無落地支架施工技術

        2015-03-26 06:08:54中鐵十一局集團第五工程有限公司重慶市400037
        江西建材 2015年11期
        關鍵詞:支架施工

        ■程 勇 ■中鐵十一局集團第五工程有限公司,重慶市 400037

        1 工程概況

        樓房溝特大橋是川陜交通主干道廣陜高速公路的組成部分,大多數(shù)橋墩高度為30米~40米,且為雙柱整幅式結(jié)構。整幅式蓋梁長度24.1m,跨度14.2m,凈跨12m,高度2.5m,為C40預應力混凝土結(jié)構,重約235t;雙柱為圓柱,直徑為2.2m。此型蓋梁具有高墩、大跨度、大體積的特點,選用安全可靠而又經(jīng)濟性較好的平臺支架系統(tǒng)是蓋梁施工的關鍵。

        2 蓋梁施工平臺支架的設計

        2.1 方案概述

        蓋梁如采用滿堂落地支架需要大量材料,投入大,穩(wěn)定性不易控制,占用機耕道和河道。故采用無落地支架施工技術。

        利用已施工完畢的圓柱作為豎向承重結(jié)構,在墩柱適當位置分別設置上下兩個鋼抱箍,下抱箍用于斜撐構件的支撐,上抱箍和斜撐用于搭設工字鋼橫梁,再于工字鋼橫梁上鋪設方木作為墊梁,來搭設施工平臺。如圖所示。

        圖1 蓋梁支架系統(tǒng)示意圖(圖中尺寸以cm計)

        2.2 主橫梁和斜撐的設計

        主橫梁由2榀工字鋼橫梁構成,單側(cè)橫梁長24m,由2根12m的工字鋼采用高強螺栓連接而成。斜撐采用雙槽鋼口對口對焊形成的方鋼,共計16根。通過受力分析來選擇工字鋼和槽鋼的型號。

        2.2.1 荷載計算

        (1)蓋梁自重:

        蓋梁體積為90.4m3,長24.1m;C40鋼筋砼容重:26KN/m3,蓋梁自重26×90.4=2350KN,

        q=2350/24.1=97.5KN/m

        (2)模板自重:側(cè)模和底模按6mm厚的鋼模板(78KN/m3),平臺寬度按5m計算,加上固定構件荷載為:

        q=5KN/m

        (3)方木支撐:q=4.5KN/m

        (4)工字鋼自重:保守估計采用Ⅰ50C工字鋼,單位重量為109kg/m,兩側(cè)總長28.1m,

        q=2.2KN/m

        (5)人員機械荷載:q=1.4KN/m

        (6)砼振搗荷載:q=2.8KN/m

        總荷載:q總=97.5+5+4.5+2.2+1.4+2.8=113.4KN/m

        蓋梁自重、模板支架系統(tǒng)自重、人員和振搗荷載總計為 q=113.4KN/m

        2.2.2 橫梁的計算

        在下抱箍處加兩道斜撐,支點在1/3跨度處,如下圖所示的A、C、D、F處,B、E為抱箍支撐點。受力模型按5跨連續(xù)梁計算,即:

        圖2 蓋梁支撐受力模型

        其中最大彎矩在支點B處,為負彎矩:Mmax=-0.105ql2=-0.105×113.4×4.732= -266.4KN·m

        跨內(nèi)最大彎矩在AB和EF跨中:MAB=MEF=-0.078×113.4×4.732=198KN·m

        最大剪力在支座B處:Qmax=-0.606×113.4×4.73=325KN

        為保證施工的安全性,取1.7的安全系數(shù),工字鋼彎曲許用內(nèi)力[σ]取215N/mm2,則單側(cè)工字鋼所需要的最小抗彎截面系數(shù):Wx=266.4×1000×1.7×0.5/215=1053cm3

        查詢計算手冊,結(jié)合工程實際情況,選用40b工字鋼。

        驗算剪應力,查表得Sx=671.2cm3,Ix=22781cm4,腹板厚度tw=12.5mm,彈性模量E=2.1×105Mpa

        QmaxSx/2Ix·tw=38.3Mpa<125N/mm2剪應力滿足要求。

        2.2.3 斜撐的計算

        針對單根斜撐進行受力計算,考慮斜撐受軸向壓力而破壞的情況。

        支座A、F處的反力:R=0.394×113.4×4.73=211.3KN

        支座D、C處的反力:R=0.974×113.4×4.73=522.4KN鋼材軸向許應力取215Mpa

        選取鋼材最小截面A=562×1.414×10/215=40cm2

        查表宜選取2根不小于20a槽鋼作為斜撐,實際選擇22a的槽鋼。

        2.3 抱箍的設計

        (1)抱箍螺栓數(shù)目的確定

        采用M24高強螺栓,8.8級,單個M24高強螺栓的預緊力[F]=225KN,鋼材與砼的摩擦系數(shù)μ取0.3,螺栓的傳力接觸面數(shù)目n=1,安全系數(shù)k取1.7。單個抱箍的產(chǎn)生的最大摩擦力等效為支座反力。按照極端情況,所有蓋梁自重由兩個抱箍去承擔,考慮到其它施工荷載,乘1.2的系數(shù)。

        蓋梁體積為90.4m3,C40鋼筋砼容重取26KN/m3,則

        單個抱箍產(chǎn)生的最大摩擦力N=26×90.4×1.2/2=1410KN

        驗算螺栓的抗剪:

        單個螺栓承受的抗剪力:Nj=N/m=38.5<[NL]抗剪滿足要求。

        (2)抱箍鋼板高度

        理論上來說,抱箍螺栓在豎向方向排列成1排為最有利情況,但是必定使抱箍體高度增加。本抱箍按每側(cè)18個螺栓,豎向3排排列。螺栓中心間距的容許范圍為3d~12d,螺栓中心至構件邊緣距離的容許范圍為1.5d~4d。d為螺栓孔直徑,取28mm。則高度H取值為60cm較合適。

        (3)螺栓所需終擰力矩

        螺栓連接處的扭矩系數(shù)平均值,k取0.13,

        力臂L1,M24螺栓取0.015m

        每個螺栓的終擰扭矩R=kN1L1=254.7N·m

        (4)抱箍鋼板厚度

        在抱箍高度H確定的情況下,可根據(jù)抱箍體鋼板的極限破壞應力來確定抱箍鋼板的厚度t。

        考慮到抱箍和砼的摩擦,抱箍體面板承受螺栓的拉力:P=18Nl-18Nlμ=1645KN

        抱箍體鋼板的縱向截面積:S1=Ht

        抱箍體拉應力σ=P/S1<[σ]=140Mpa時,滿足抗拉要求。

        抱箍體剪應力:

        當 τ=(N /2)/2S1<[τ]=85Mpa,滿足抗剪要求

        取鋼板厚度取t=2cm。

        3 支架和平臺的安裝

        支架和平臺的安裝通過塔吊或吊車來配合進行。首先進行抱箍的安裝,抱箍安裝完后再進行工字鋼橫梁的吊裝,然后安裝斜撐及斜撐之間的剪刀撐。支架安裝后,進行澆筑平臺的搭設。在橫梁上設置方木作為墊梁,上鋪蓋梁底模。

        支架和平臺正式使用之前,必須進行加載預壓,進行平臺安全性和支架變形的檢測。通過前面的計算分析,可知理論上橫梁的最大撓度僅有0.5cm,但是考慮到實際施工的各項因素,實際的施工預拱度應結(jié)合預壓的參數(shù)結(jié)果來確定。

        4 總結(jié)

        采用本方案進行同類橋墩蓋梁的施工,具有取材方便,結(jié)構簡單合理,安全可靠,施工簡便等特點。相對于滿堂支架法,在施工成本和安全性上有顯而易見的優(yōu)勢。同貝雷架等其它無落地支架法相比,在經(jīng)濟性和安全性上也具有一定的優(yōu)勢。

        [1]周水興,何兆益,鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [2]羅建華.西漢高速公路橋梁獨柱蓋梁雙抱箍法施工[J].交通科技.2008(2).

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