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        超寬箱梁0#塊鋼管支架設(shè)計(jì)與施工

        2018-11-09 07:06:30成先偉
        城市道橋與防洪 2018年10期
        關(guān)鍵詞:支架變形結(jié)構(gòu)

        成先偉

        (上海公路橋梁(集團(tuán))有限公司,上海市 200433)

        0 引言

        隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的大力發(fā)展,越來越多的大橋如雨后春筍般在我國(guó)的大江南北林立而起,同時(shí)也帶動(dòng)了先進(jìn)施工技術(shù)的大力發(fā)展與應(yīng)用。

        在大橋、特大橋施工中,懸壁掛籃法已經(jīng)是一種成熟的施工技術(shù),但在水深、墩高的橋梁的0#塊施工中,選擇何種0#支架形式、如何搭設(shè)支架,是主梁施工的關(guān)鍵性工作[1-3]。

        1 工程概況

        肇慶閱江大橋位于廣東省肇慶市,全長(zhǎng)3.837 km,主橋?yàn)?60 m+320 m+160 m中央單索面斜拉橋。

        承臺(tái)平面尺寸31.159 m×22.5 m,高5 m,下設(shè)18根φ2.5 m鉆孔灌注樁。

        主墩為雙肢薄壁墩,標(biāo)準(zhǔn)段平面尺寸15 m×2.2 m,高22.965 m。底部與頂部有5 m高的變截面段,最大平面尺寸為15 m×2.7 m。

        主梁為單箱五室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu),箱梁頂寬33.5 m,底寬12 m,高3.7 m。0#塊長(zhǎng)30 m,采用C60丙烯纖維高強(qiáng)混凝土,總設(shè)計(jì)混凝土方量 1 322.2 m3,見圖1。

        圖1 主橋0#塊斷面圖(單位:cm)

        2 鋼管支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1 鋼管支架結(jié)構(gòu)組成

        鋼管支架的主要功能是為超寬箱梁施工提供臨時(shí)支撐,是確保梁體順利施工最重要的大型臨時(shí)工程結(jié)構(gòu)之一[1]。

        主梁0#塊作為主橋的首個(gè)節(jié)段,其成型后又為后續(xù)節(jié)段的掛籃安裝及施工提供基準(zhǔn)。0#塊節(jié)段的標(biāo)高、軸線、成橋線型直接關(guān)系到全橋施工的質(zhì)量。

        結(jié)合橋位特點(diǎn)及項(xiàng)目特征,經(jīng)過了前期多種方案比選,確定以主墩承臺(tái)為基礎(chǔ)依托,采用鋼管支架進(jìn)行0#節(jié)段施工。

        支架體系為28根φ820 mm壁厚10 mm立柱鋼管,橫向采用φ630 mm,壁厚7 mm鋼管作為平聯(lián)。雙肢薄壁墩間采用牛腿支撐,墩間區(qū)域采用雙排HM588 mm×300 mm型鋼作橫向分配梁,其它區(qū)域采用裝配式貝雷片作縱向承重結(jié)構(gòu),其上依次是I20a工字鋼、方木及模板體系。承臺(tái)施工時(shí)提前預(yù)埋鋼板,立柱鋼管與預(yù)埋鋼板焊接固定;并與雙肢薄壁墩上的預(yù)埋件通過鉸接增強(qiáng)橫向穩(wěn)定性,使整個(gè)支架形成一個(gè)整體框架結(jié)構(gòu),見圖2。

        圖2 鋼管支架布置圖(單位:cm)

        2.2 鋼管支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        (1)利用承臺(tái)作為剛性支撐,并通過在承臺(tái)施工過程中預(yù)埋鋼板形成立柱鋼管的剛性支撐基礎(chǔ),減少了整個(gè)鋼管支架的非彈性變形因素。

        (2)雙肢薄壁墩間采用在立柱內(nèi)側(cè)預(yù)埋牛腿,簡(jiǎn)化了狹小空間的支承結(jié)構(gòu),施工便捷。

        (3)采用貝雷片作縱向承重結(jié)構(gòu),易于拼裝,縮短了支架拼裝時(shí)間,大大節(jié)約了工期。

        (4)支架與雙肢薄壁墩通過附墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸接,增加了支架橫向穩(wěn)定性。

        3 鋼管支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算

        3.1 計(jì)算參數(shù)

        3.1.1 計(jì)算荷載

        混凝土荷載:26.5 kN/m3;

        模板荷載:2 kPa;

        施工荷載:2.5 kPa;

        模板荷載:2 kPa;

        正常工作風(fēng)速:V0=24.4 m/s;

        最大風(fēng)速:V=34 m/s;

        風(fēng)載Fwh=K0K1K3WdAwh。

        3.1.2 材料特性

        材料特性見表1。

        表1 材料特性表

        3.1.2 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

        依照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,Q235B鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值如下:

        彎應(yīng)力:f=215 MPa;

        剪應(yīng)力:fv=125 MPa。

        3.2 支架工況

        工況一:支架搭設(shè)完成,未澆筑混凝土;

        自重+模板+風(fēng)荷載(最大風(fēng)速34 m/s)。

        工況二:澆筑混凝土過程中;

        自重+模板+風(fēng)荷載(工作風(fēng)速24.4 m/s)。

        荷載組合見表2。

        表2 荷載組合系數(shù)

        3.3 邊界條件

        立柱與承臺(tái)固接,連墻件鉸接,主橫梁與鋼立柱頂、平聯(lián)間為固接,貝雷梁與下橫梁鉸接。

        建立支架有限元模型,見圖3。

        3.4 計(jì)算結(jié)果

        計(jì)算模型見圖4、圖5。計(jì)算結(jié)果見表3~表7。

        根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性驗(yàn)算,結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

        4 鋼管支架施工

        4.1 施工流程

        測(cè)量放樣→承臺(tái)施工時(shí)預(yù)埋鋼板→雙肢薄壁墩施工時(shí)預(yù)埋牛腿及附墻預(yù)埋件→場(chǎng)外分段分塊焊接鋼管支架→分塊安裝鋼管支架、平聯(lián)、橫向扶墻件→鋼管/牛腿頂抄平(安裝卸荷砂桶)→安放雙拼HM588 mm×300 mm橫向分配梁(抄平)→安放貝雷片桁架→安放I20a小分配梁→(兩側(cè)翼板安裝滿堂支架)→安裝模板系統(tǒng)→1.1倍荷載預(yù)壓→梁體施工→鋼管支架拆除。

        圖3 鋼管支架有限元模型(單位:mm)

        圖4 工況一 組合1計(jì)算結(jié)果(單位:mm)

        圖5 工況二 組合3計(jì)算結(jié)果(單位:mm)

        表3 計(jì)算結(jié)果匯總

        表4 鋼管支架位移

        表5 鋼管立柱柱腳反力

        表6 附墻反力(鉸接)

        表7 牛腿反力(固結(jié))

        4.2 支架制作

        受制作場(chǎng)地、運(yùn)輸?shù)跹b重量等限制,將鋼支架按順橋向分成平面桁架進(jìn)行制作。

        制作工序包括選料、下料、鉆孔、坡口加工、組對(duì),焊接、整形、初檢、預(yù)拼裝,各工序的施工要嚴(yán)格遵守規(guī)范進(jìn)行。

        (1)鋼材必須有生產(chǎn)廠家出具的產(chǎn)品合格證及材質(zhì)報(bào)告。

        (2)下料應(yīng)根據(jù)圖紙要求,保證幾何形狀和尺寸誤差在規(guī)范范圍內(nèi),調(diào)整好切割工藝參數(shù),防止割紋深度、邊緣缺棱等缺陷。

        (3)各主要構(gòu)件拼接焊縫質(zhì)量要求達(dá)到二級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn),外觀應(yīng)防止氣孔、夾渣、弧坑等缺陷的產(chǎn)生。

        (4)錨板鉆孔前的劃線應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋件上實(shí)際預(yù)埋孔進(jìn)行測(cè)量放線。在打孔時(shí),先打中心孔,再打十字孔,貫徹一輕、二重、三定的原則,如孔徑過大時(shí),應(yīng)先鉆小孔,再用規(guī)定孔徑的鉆頭鉆孔。轉(zhuǎn)速和進(jìn)刀量根據(jù)孔徑進(jìn)行選擇,將孔距偏移控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

        (5)平聯(lián)、斜撐和立柱連接,應(yīng)放相貫線大樣。在連接時(shí),誤差值不得超過規(guī)范要求。

        (6)所有部件的臨時(shí)點(diǎn)焊均應(yīng)保證在吊運(yùn)及工件翻轉(zhuǎn)時(shí),不出現(xiàn)焊縫開裂和變形的產(chǎn)生。

        (7)應(yīng)采用合理的焊接順序,嚴(yán)格控制焊接變形,調(diào)節(jié)好焊接參數(shù),保證焊縫滿足設(shè)計(jì)要求,外觀成型應(yīng)美觀,避免氣孔、咬邊、未融合、弧坑等缺陷的產(chǎn)生,焊完后,應(yīng)編號(hào)堆放。

        4.3 支架安裝

        鋼桁架從加工場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)狡脚_(tái)位置后,利用塔吊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的安裝,順序如下:

        步驟一:進(jìn)行第一層安裝、對(duì)其進(jìn)行位置校正、垂直度調(diào)整、焊接固定柱腳,然后安裝之間平聯(lián),使之成為框架結(jié)構(gòu);

        步驟二:安裝扶墻結(jié)構(gòu);

        步驟三:重復(fù)上述過程,安裝至頂層桁架和平聯(lián)結(jié)構(gòu);

        步驟四:焊接墩柱內(nèi)側(cè)牛腿結(jié)構(gòu)及卸荷塊;

        步驟五:安裝橫向承重梁結(jié)構(gòu);

        步驟六:安裝模板系統(tǒng)。

        4.4 支架預(yù)壓

        為消除鋼管支架系統(tǒng)的非彈性變形,為另一個(gè)0#塊支架提供彈性變形參考數(shù)據(jù),拼裝完成后按1.1倍荷載對(duì)鋼管支架進(jìn)行預(yù)壓。

        預(yù)壓材料采用鋼筋和沙袋,根據(jù)0#塊的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行三級(jí)堆載(50%、80%、110%),在接近支架實(shí)際受力的情況下測(cè)出支架彈性變形和非彈性變形值。

        預(yù)壓后監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,支架豎向彈性變形為11 mm,非彈性變形為3 mm。在肇慶閱江大橋另外一個(gè)主梁鋼管支架安裝時(shí),將模板預(yù)拋高11 mm,實(shí)際變形±2 mm以內(nèi),施工后尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

        4.5 支架拆除

        鋼管支架在0#段掛籃安裝前擇機(jī)拆除。

        滿足支架拆除條件時(shí),先拆除斜腹板、翼緣板位置處鋼管架,再用卸荷塊卸荷,讓平臺(tái)距梁底有一定空間,可供人員進(jìn)入逐件撤出各個(gè)構(gòu)件。然后從上至下依次拆除各構(gòu)件。

        在箱梁底板上預(yù)留孔,穿鋼絲繩及倒鏈吊住支架構(gòu)件,然后斷開平聯(lián)銷接連接、分段割除立桿,使拆除支架的重量由四個(gè)5 t手動(dòng)葫蘆倒鏈承受,再緩慢下放支架。

        5 結(jié)語

        (1)以主墩承臺(tái)為鋼管支架基礎(chǔ),采用鋼管支架進(jìn)行主梁0#塊施工,避免了在深水中打設(shè)鋼管樁,減小了非彈性變形,提高了施工安全性。

        (2)采用鋼管支架分塊制作再組拼的方式,減少了高空作業(yè)工作量,有利用于焊接質(zhì)量控制,提高了支架安裝速度,節(jié)約了施工工期。

        (3)按實(shí)際荷載分布對(duì)支架體系進(jìn)行預(yù)壓,為相同的鋼管支架提供了非彈性變形參考值。

        (4)采用傳統(tǒng)的鋼管支架施工方法,結(jié)構(gòu)受力明確、傳力清晰,加之采用科學(xué)合理的有限元方法進(jìn)行受力分析,為結(jié)構(gòu)的受力安全提供了有效的保證。

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