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        懸臂澆筑連續(xù)箱梁利用臨時(shí)支柱搭設(shè)0# 塊支架平臺(tái)施工技術(shù)

        2020-01-18 02:01:12張志敏
        商品與質(zhì)量 2019年34期
        關(guān)鍵詞:掛籃梁體支柱

        張志敏

        中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津 300133

        隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展,大跨度橋梁在公路、鐵路、市政工程中廣泛應(yīng)用。在一些跨越河流、鐵路、公路的地方更加能發(fā)揮出預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的跨度大、施工簡(jiǎn)便、抗震性能良好等優(yōu)點(diǎn)[1]。連續(xù)梁橋一般采用分節(jié)段施工,0# 塊是懸臂施工時(shí)在橋墩上方最先澆筑的單元。0# 號(hào)塊一般采用一次澆筑的施工工藝,通過永久支座及臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)與墩身、承臺(tái)連接,以保持懸臂澆筑過程中梁體穩(wěn)定。

        臨時(shí)固結(jié)支柱的設(shè)置主要是確保掛籃懸澆過程中不會(huì)出現(xiàn)梁體傾覆。如果將臨時(shí)支柱和0# 塊施工平臺(tái)結(jié)合考慮,可以達(dá)到簡(jiǎn)化施工工藝、節(jié)約成本的目的。

        1 工程概況

        神崗山大橋主橋跨徑采用(50+80+50)m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,全長(zhǎng)為180m。全橋共分為13 個(gè)梁段,其中0#梁段為支架現(xiàn)澆,1-9# 梁段采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工,10# 和12#梁段為合龍段,11# 段為邊跨現(xiàn)澆段,采用滿堂支架施工。

        箱梁采用單箱雙室斷面,梁寬17.75m,根部梁高4.8m,跨中及邊跨端部梁高2.3m,梁高變化采用二次拋物線[2]。

        圖1 橋式立面布置圖(尺寸單位:mm)

        2 0# 塊支架構(gòu)造

        2.1 臨時(shí)固結(jié)支柱

        臨時(shí)固結(jié)支柱采用φ920mm(壁厚10mm)螺旋鋼管,下端采用8-ML32 精軋螺紋鋼筋錨固在承臺(tái)上,上端采用8-ML32 精軋螺紋鋼筋錨固在梁體內(nèi),管內(nèi)填充C50 混凝土,確保在極端工況條件下不發(fā)生梁體傾覆。

        2.2 0# 塊施工平臺(tái)

        臨時(shí)支柱間設(shè)縱橋向和橫橋向連接系,橫橋連接系向采用φ325×8 鋼管,縱橋向連接系上弦桿采用HW400×400H 型鋼,下弦桿和斜撐采用φ325×8 鋼管。支架縱向和橫向均設(shè)懸挑三角架,三角架橫桿采用HW400×400H型鋼,斜撐采用φ325×8鋼管。橫向主梁采用2-200×400×10 矩形鋼管,擱置在縱平聯(lián)上弦桿和懸挑三角架橫桿上,中間設(shè)φ377×10 鋼管支撐,用于標(biāo)高調(diào)整及支架卸架??v向分配梁采用300×300×8mm 方鋼管,擱置在橫向主梁上,墩身范圍內(nèi)需在墩頂抄墊,荷載直接傳遞至墩身[3]。

        臨時(shí)固結(jié)鋼管柱頂端混凝土在施工0# 塊時(shí)不澆筑,待底模拆除留出空間后再澆筑,為保持梁體穩(wěn)定,在墩頂兩側(cè)設(shè)置4 個(gè)φ325×8 鋼管混凝土臨時(shí)支柱,確保底模平臺(tái)拆除后梁體不會(huì)傾覆。平臺(tái)底模中間部位采用木膠板,兩側(cè)采用掛籃鋼底模。

        3 支架整體受力分析

        3.1 有限元建模模擬

        使用MIDASCivil2018 軟件模擬0 號(hào)塊支架, 支架總體模型如圖3 所示。按實(shí)際所用材料,選擇Q235 鋼材,允許應(yīng)力。梁?jiǎn)卧澡F摩辛柯的梁理論( 垂直于中和軸的截面,在變形后保持平面形狀,但不一定要繼續(xù)垂直于中和軸)為基礎(chǔ),分析時(shí)考慮剪切變形。MIDAS 中的梁?jiǎn)卧哂辛鶄€(gè)自由度,并默認(rèn)計(jì)算剪切變形。一般用于桿系構(gòu)件或變截面( 如楔形變截面)構(gòu)件上,也可以作為連接自由度不同的兩種單元的連接構(gòu)件。所以采用梁?jiǎn)卧M鋼管,能很好地反映鋼管的實(shí)際受力表現(xiàn)。6 根鋼管立柱底部與承臺(tái)焊接,所以在軟件中約束了立柱底部的x,y,z 方向的自由度。在支架與墩身錨固的位置,設(shè)置了水平方向的約束[4]。

        圖2 支架結(jié)構(gòu)布置圖

        根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTGT-F50-2011),荷載包括支架自重荷載,梁體自重,施工人員和施工材料、機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放荷載為2.0kN/m2,振搗荷載為2.0kN/m2。其中采用橋墩外延的梁截面及0 號(hào)塊端部截面的平均值作為驗(yàn)算截面,以此計(jì)算梁體自重,這樣的換算假設(shè)較于實(shí)際截面的變化,是偏于安全的計(jì)算[8]。根據(jù)以上荷載組合,換算為節(jié)點(diǎn)荷載,分布在橫梁節(jié)點(diǎn)上。節(jié)點(diǎn)荷載分布如表1 所示。

        圖3 支架模型圖

        表1 等效節(jié)點(diǎn)荷載分布表

        3.2 支架整體受力計(jì)算

        圖4 支架整體受力及變形圖

        4 臨時(shí)支柱的受力分析

        臨時(shí)支柱的主要作用是承擔(dān)掛籃懸臂澆筑時(shí)兩側(cè)產(chǎn)生的不平衡荷載,同時(shí)兼做0# 塊施工平臺(tái)。臨時(shí)支柱用于0# 塊施工時(shí),根據(jù)MIDAS 計(jì)算結(jié)果,如圖5 所示,立柱最大軸力,最大彎矩。

        圖5 臨時(shí)支柱內(nèi)力圖

        極端情況下,當(dāng)主梁施工至最大懸臂狀態(tài)(9# 塊)、單側(cè)掛籃產(chǎn)生墜落事故時(shí),臨時(shí)支柱軸力最大。此時(shí)產(chǎn)生的不平衡荷載主要有:

        ①掛籃底籃系統(tǒng)及模板G2、G2'。掛籃底籃系統(tǒng)及新澆筑混凝土墜落后,頂部荷載G2'=200KN,掛籃及模板G2=760KN

        ②節(jié)段混凝土自重G1=1290KN。

        ③不平衡施工荷載G3=90KN。

        ④ 梁 段 混 凝 土 澆 筑 施 工 誤 差G4=680KN。1-8# 梁 段 總 重13481KN,0# 塊 重 量10350KN,G=2×13481+10350=37312KN。

        圖6 單側(cè)掛籃墜落不平衡荷載布置圖(尺寸單位mm)

        假定N=G/3,以支點(diǎn)N1 為轉(zhuǎn)動(dòng)中心力矩平衡,則:

        6N2+31G2'+3N=40G1+39G2+40G3+20G4+3G

        N2=(40×1290+39×760+40×90+20×680+3×37312-31×200-3×37312/3)/6=27811KN

        N1=G1+G2+G2'+G3+G4+G-N1-N=1290+760+200+90+680+37312-37312/3-27811=84KN

        從計(jì)算結(jié)果得知,懸臂澆筑不平衡荷載產(chǎn)生的臨時(shí)支柱軸力遠(yuǎn)大于0# 塊施工荷載產(chǎn)生的軸力,以懸臂澆筑不平衡荷載產(chǎn)生的臨時(shí)支柱軸力N2 計(jì)算鋼管混凝土的承載力。

        單根鋼管柱最大承載力為F=27811/3=9270KN,考慮不均勻系數(shù)1.2,則F=11124KN。

        根據(jù)蔡紹懷《現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》,鋼管混凝土單肢柱的設(shè)計(jì)承載力Nu 按下式計(jì)算:

        Nu=φ1φ2N0

        =faAa/fcAc=(205×286)/(32.4×6362)=0.28 <[θ]=1

        N0=fcAc(1+αθ)(式中α=2)

        式中:

        N0——鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力設(shè)計(jì)值;

        θ——鋼管混凝土的套箍指標(biāo);

        Fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,C50 取32.4MPa;

        Ac——鋼管內(nèi)混凝土的橫截面面積,為6362cm2;

        fa——鋼管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取205MPa;

        Aa——鋼管的橫截面面積,為286cm2;

        φ1——考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的承載力折減系數(shù),

        φ1=1-0.115( √L/d-4)=1-0.115( √14200/920-4)=0.611

        φ2——考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù),取1;

        由以上計(jì)算得:

        Nu=φ1φ2fcAc(1+αθ)=0.611×1×32.4×6362(1+2×0.28)/10=19647KN >F=11124KN

        臨時(shí)支柱承載力滿足要求[7]。

        5 結(jié)語(yǔ)

        掛籃懸澆連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)支柱需要考慮極端工況條件下(最大懸臂時(shí)一側(cè)掛籃墜落)梁體不會(huì)出現(xiàn)傾覆,因此臨時(shí)支柱的強(qiáng)度、剛度都較大。將臨時(shí)支柱與0# 塊施工平臺(tái)結(jié)合,支架平臺(tái)的安全性得到大幅提高,實(shí)際使用中,神崗山大橋支架平臺(tái)接受了2019年贛江10 年一遇洪水的考驗(yàn)。同時(shí),臨時(shí)支柱和0# 塊平臺(tái)同時(shí)施工,簡(jiǎn)化了施工工藝,節(jié)約了施工工期,施工成本也大大減少[8-12]。

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