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        超寬PC箱梁現(xiàn)澆施工支架方案設(shè)計研究

        2018-12-03 03:54:42段高陵
        機械設(shè)計與制造工程 2018年11期
        關(guān)鍵詞:方木槽鋼立桿

        段高陵

        (西安航空學(xué)院, 陜西 西安 710077)

        1 工程概況

        渝昆高速跨線橋位于重慶市永川境內(nèi),距重慶約57km[1],橋長92.00m,分為3孔,橋跨度為(25+35+25)m,橋?qū)?3.25m,凈寬12.25m,交角90°,底板寬4.50m,箱梁高16.50m,屬于PC現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu),橋梁左幅完全利用渝昆高速G85∶57段,橋梁右幅新建相同跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁箱。橋梁上部采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁施工。下部為(8棱角)柱墩和柱式墩臺,墩臺為樁式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

        2 施工支架方案設(shè)計

        2.1 滿堂式支架基礎(chǔ)

        橋梁第1孔(25m)、第3孔(25m)位于地面,第2孔(35m)位于渝昆高速公路上。第1孔、第3孔采用原地滿堂式支架的地基,原地面需進行壓實處理,壓實度>96%,并填筑60cm砂礫墊層,增加地基的整體承載能力,砂礫墊層壓實度>96%。砂礫墊層上填筑水泥(厚30cm、寬20m)以穩(wěn)定砂礫基層。水泥層橫向坡度設(shè)置為單向1%,先用振動壓路機進行微振穩(wěn)壓(1遍),再進行大振壓實(2~3遍),壓實度>96%,保證超寬PC箱梁現(xiàn)澆施工支架方案的地基承載力符合施工要求[2]。

        2.2 底座與支架設(shè)計

        底座:利用路緣石模型制備混凝土(C30)PC構(gòu)件,其規(guī)格為40cm(寬)×20cm(高)。為保證支架的穩(wěn)定性,需擴大基礎(chǔ),增加基礎(chǔ)的受力面積,減少地基的附加壓力。

        支架: PC箱梁采用碗口施工支架,支架縱向間距為0.7m,橫向間距為0.7m。兩側(cè)翼板設(shè)計寬度為1.9m,因為上部施工作業(yè)面超寬,所以兩翼板寬設(shè)定為2.6m,預(yù)留0.6m寬作業(yè)面,橫向間距為1.4m,縱向間距為0.8m[3]。

        行車通道門架布置:行車道門洞預(yù)留為4.5m(寬)×5.0m(高)。門洞兩側(cè)搭設(shè)門架,縱向10排,間距0.4m;橫向24排,間距0.8m。門洞中間隔離帶立桿為7排,間距為0.4m;橫向24排,間距為0.6m。車道頂部依據(jù)橋走向搭設(shè)20排I40a工字鋼,間距0.7m,工字鋼上搭設(shè)滿堂式支架,支架上面安裝頂托,頂托依據(jù)橋向鋪設(shè)規(guī)格為14cm×6cm的槽鋼,槽鋼上面鋪設(shè)規(guī)格為10cm×10cm方木,方木上鋪設(shè)厚度為1.2cm的竹膠板,橫坡依據(jù)頂托進行調(diào)整。為保證行車安全,在工字鋼下鋪設(shè)厚度為0.8cm的竹膠板,并將其作為頂棚。

        剪力撐、楔形塊間連接:施工支架建設(shè)完成后,要進行橫向、縱向剪力撐排列,每個縱斷面外圍、內(nèi)側(cè)對角線上要加設(shè)剪力撐,剪力撐由2根鋼管連接,中間、兩端由3個轉(zhuǎn)向扣件固定,鋼管搭接長度大于1m[4]。

        縱橫箱梁設(shè)計:由于箱梁底標(biāo)高的變化,箱底、兩翼采用槽鋼作為骨架,槽鋼型號為I14a,利用小雜木墊填充槽鋼與頂托的縫隙,提高鋼板的抗變形能力、施工支架的穩(wěn)定性。槽鋼內(nèi)放置衡量方木,其規(guī)格為10cm×10cm,間距為25cm,方木上鋪竹膠板,規(guī)格為2.430m(長)×1.230m(寬)×0.013m(厚)。兩翼外側(cè)面鋪設(shè)橫、豎肋,豎肋規(guī)格為10cm×7cm的方木,間距為0.2m;橫肋規(guī)格也為10cm×7cm的方木,間距為0.4m。模板加固采用標(biāo)號為12的穿墻螺桿,外側(cè)采用普通鋼管進行穩(wěn)定支撐,鋼管與外側(cè)支架通過扣件連接。

        3 施工支架構(gòu)件負荷與穩(wěn)定性驗算

        3.1 現(xiàn)有負荷

        箱梁尺寸:頂寬為13.25m,底寬為4.50m,梁高為16.50m。

        1)施工人員、設(shè)備、建筑材料負荷W1=2.600kN/m2;2)沖擊荷載W2=2.600kN/m2;3)混凝土自重負荷W3=28.000kN/m2;4)模板、支架自重負荷W4=1.800kN/m2;5)Q235鋼材負荷參數(shù):彎曲應(yīng)力[σw]=14.8MPa,剪應(yīng)力[τ]=2.5MPa,彈性模量E=12GPa;6)碗口負荷參數(shù):45鋼立柱規(guī)格φ49mm,壁厚3.8mm,彎曲應(yīng)力[σa]=215MPa,鋼管截面最小回轉(zhuǎn)半徑i=1.59×10-2m,截面積A=4.90×10-4m2,慣性矩I=1.222×10-7m3,抵抗矩W=5.12×10-6m3,彈性模量E=2.16×105MPa。

        3.2 負荷組成計算

        混凝土自重負荷W3=28.000kPa/m2,其分項系數(shù)為1.3;模板自重負荷W4=1.800kPa/m2,其分項系數(shù)為1.3;施工負荷W5=2.800kPa/m2,其分項系數(shù)為1.6;混凝土澆筑產(chǎn)生的沖擊負荷W6=2.800kPa/m2,其分項系數(shù)為1.6;混凝土泵送時產(chǎn)生的沖擊負荷W7=2.400kPa/m2,其分項系數(shù)為1.6。因此負荷組成的計算公式如下:

        1)強度q強。

        q強=W3+W4+W5+W6+W7

        未進行混凝土泵送時,可以忽略混凝土泵送的沖擊負荷,即q強=W3+W4+W5+W6。

        2)剛度q剛。

        q剛=W3+W4

        3.3 施工支架強度、穩(wěn)定性驗算

        1)箱梁鋼筋混凝土自重負載。

        兩翼板自重負載:W翼=8.45kN/m2。

        箱梁腹板自重負載:W腹板=52.70kN/m2。

        頂、底板自重負載:W頂=W底=33.64kN/m2。

        2) 腹板底模板強度。

        腹板底模板面板采用竹膠板鋪設(shè),支架設(shè)置在方木上,方木間距為0.2m,則自重負載為:W腹板=10.340kN/m2。最大彎矩:Mmax=0.05kN·m。方木規(guī)格為A-4,最大拉應(yīng)力為13MPa。

        由此可知,模板間凈間距h值小于最小凈間距hmin,hmin=12mm。

        3)兩翼邊緣滿堂式腳手架受力性能分析。

        兩翼施工支架布置:縱向間距為1.2m,橫向間距為0.6m。兩翼邊緣處支架立桿的受力計算:施工人員、設(shè)備、原料自重負載N1=1.800kN,沖擊負載N2=1.800kN;箱體自重負載N3=W翼·A=6.900kN;板與支架自重荷載N4=1.080kN。

        負載組合f(N)的計算公式為:

        f(N)=N1+N2×1.4+N3+N4×1.2=18.412(kN)

        由此可得滿堂式支架立桿受力為18.412kN。

        施工支架采用φ48mm、壁厚3.5mm的鋼管,橫截面面積為489mm2,則回轉(zhuǎn)半徑r為:

        式中:d1,d2分別為鋼管內(nèi)徑、外徑。

        抗壓強度σ為:

        式中:P為試件破壞荷載;S為試件承壓面積。

        利用力學(xué)理論,計算壓桿的長度l0為:

        l0=kμH=0.83m

        式中:k為附加系數(shù),依據(jù)施工要求,取值為1.155;μ為立桿長度的單位系數(shù),取值為1.2;H為立桿間步距,取值為0.6m。立桿長/細比值為λ=l0/d=52.6,穩(wěn)定系數(shù)φ值為0.491,而且σ小于許用應(yīng)力(205MPa),說明施工支架符合超寬PC箱梁現(xiàn)澆筑施工支架的抗壓要求[5]。

        3.4 驗證橫向箱梁安全性

        橫向箱梁橫截面為10cm×10cm,橫截面中心點與箱梁中心間距為0.6m。箱梁的抗拉強度為13MPa,抗剪強度為1.4MPa,箱梁間距為0.2m。在最大靜載(或活載)下,計算可得橫向箱梁最大拉應(yīng)力為3.54MPa,小于抗拉強度13MPa,最大剪應(yīng)力為0.591MPa,小于抗剪強度1.4MPa,因此橫向箱梁的剪應(yīng)力、拉應(yīng)力符合要求。

        施工支架允許撓度f允許=L/400=1.5mm,其中L為箱梁中心間距,計算可得單支梁的最大撓度fmax=0.45mm

        3.5 計算立桿地基附加應(yīng)力

        由《施工結(jié)構(gòu)計算與設(shè)計手冊》可知施工支架的立桿自重負載Gk計算公式為:

        Gk=α×H0×gk1+gk2+gk3

        式中:H0為立桿高度,取值為1m;α為縱向間距,取值為0.6m;gk1為支架平均自重負載,取值為0.18kPa;gk2為配件平均自重負載,取值為0.15kPa;gk3為局部構(gòu)件平均自重負載,取值為0.10kPa。計算可得Gk=0.258kPa。

        支架自重作用于地基的均布負載Pk為:Pk=1.5Pgk=1.62kPa,其中Pgk=1.08kPa。

        箱梁、外模和設(shè)備的自重荷載P自重=168.5kPa

        地基附加應(yīng)力值為:Pd=P自重+Pk=170.12kPa。

        為滿足施工要求,在支架施工前,對地基作換填處理,處理材料為6%的粉砂灰土。粉砂灰土最佳干密度為1.65g/cm3,最佳含水量為 21.3%,每層灰土松鋪厚度小于0.3m。先用振動壓路機進行微振穩(wěn)壓(1遍),再進行大振壓實(2~3遍),壓實度>95%。地基換填后,采用觸探設(shè)備對地基承載力進行檢查,保證承載力大于200kPa。地基承載力符合施工要求后,其上鋪設(shè)0.3m厚水泥,以此穩(wěn)定砂礫,完成支架的地基處理。

        設(shè)計施工支架時,在兩側(cè)墩位處砌筑0.2m(厚)×2.0m(高)×4m(長)的片石擋土墻,以提高對周邊土的約束作用,防止墩位側(cè)面出現(xiàn)松土現(xiàn)象。擋土墻使墩位土體處于三向受壓狀態(tài),增強土基的承載力,使地基穩(wěn)定性符合要求。

        4 結(jié)束語

        本文對渝昆高速跨線橋PC箱梁施工方案中方木和支架的強度、穩(wěn)定性,以及地基承載力進行了驗算,其結(jié)果顯示:相關(guān)數(shù)據(jù)符合施工要求,說明施工支架設(shè)計方案可行,可為國內(nèi)其他超寬PC箱梁現(xiàn)澆施工支架方案設(shè)計提供理論支持。

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