洪金支线上跨分离式立交上部结构施工技术方案.docx
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洪金支线上跨分离式立交上部结构施工技术方案
洪金支线上跨分离式立交上部结构施工技术方案
一.工程概况
K142+550.00洪金公路分离式立交桥位于宁淮高速公路NH-MW4合同内,该立交桥全长236米,跨径组成为28m+60m+28m,引桥为二联3×20=60米连续钢筋混凝土箱梁。
本桥主桥为预应力混凝土拱拉桥,外加对称扇形单索面斜拉桥组成,钢塔与梁固结,塔高14米。
桥面宽度为:
净宽-11.0米+2.0(中央分隔带,索梁锚固区)+2×0.5(外栏杆)=14米。
桥面设2%的横坡,横坡由连续T梁和箱梁腹板变高度形成。
设计荷载:
汽车-20级,挂车-100,人群3.5KN/M2。
8度抗震。
设计风速31m/s。
支线上跨高速公路净高5米。
上部结构施工包括空腹段下弦施工、中墩临时固结、空腹段上弦施工、引桥施工、主桥压重段施工、合拢段施工、预应力张拉施工、主塔安装等。
二、地基处理
由于本桥的上部结构为全支架现浇,在地基处理上要考虑地基的沉降对支架稳定的影响,所以地基处理的好坏是关系到上部结构正常施工的关键一步,针对以上特点我部准备对地基进行如下处理:
先把桥位置地基表面的软土用机械清除掉并用汽车运出场地,然后用光轮压路机碾压直到不沉陷为止,在原地面处理好后再在上面上30cm厚5%的灰土,用推土机找平后用压路机压实,最后在梁体宽度范围内满浇10cm厚的C30混凝土并在四边及沿桥面每隔10米做水沟以避免雨水渗入地基内。
在地基顶层做地基承载力,达到250Kpa以上方可施工。
(以最重段计算,每根立杆支撑面积:
0.6m×0.6m=0.36m2故地基承载力必须大于(1÷0.36)×35.129=97.58Kpa,所以取250Kpa满足地基承载力要求)
三、支架搭设
一、支架布设
本桥除空腹段上、下弦施工中用钢管支架外,其余部分施工用碗扣支架。
根据钢管支架使用说明书以及本桥的特点及计算。
(一)支架设计
1、3×20连续钢筋砼箱梁
(1)荷载计算
支架承受的荷载主要有:
箱梁自重、模板及附件重、施工荷载、支架自重及风荷载等
箱梁各部位单位长度重量计算表
部位
每米长度砼方量m3
每米长度重量KN/m
平均重量
KN/m2
一般箱身截面
5.395
134.88
12.97
隔梁箱身截面
14.019
350.48
33.7
单侧翼板
0.477
11.93
1.147
由上表可知:
一般截面积及隔梁截面的箱身单位长度重量较大,翼缘板部位单位长度重量较小,为减少计算工作量,本方案仅就一般截面及隔梁截面的箱身进行支架设计,翼缘部位参照搭设一般截面箱身支架设计。
A、荷载计算
a、箱梁混凝土自重
q1=12.97KN/m2
b、模板及附件荷载统一取q2=1.4KN/m2
c、施工活载取q3=3KN/m2
d、钢管自重:
钢管步距为1.2m×1.2m×1.2m,共7层,钢管单位重为0.0384KN/m
q4=[0.0384×1.2×4/(1.2×1.2)]×7=0.896KN/m2
∑q=q1+q2+q3+q4=12.97+1.4+3+0.896=18.266KN/m2
考虑到风荷载及偶然荷载,故取安全系数K=1.25
Q=K×∑q=1.25×18.266=22.833KN/m2
e、立杆承受荷载
N=QA=22.833×1.2×1.2=32.88KN
B、立杆稳定验算
N/ψA≤[fc]
式中:
[fc]------钢管设计强度[fc]=215N/mm2
ψ------立杆稳定系数
A------钢管截面积A=489mm2
N------立杆承受的竖向力N=32.88KN
i------钢管回转半径i=15.8mm
ψ≥N/[fc]A=32.88×103/(215×489)=0.313
∵λ≥h/i=1200/15.8=75.95查表得ψ=0.754>0.313稳定
按设计强度计算立杆的压应力:
fc=N/A=32.88×103/489=67.24N/mm2<[fc]=215N/mm2
按稳定性计算立杆的压应力
fc=N/ψA=32.88×103/(0.754×489)=89.119N/mm2<[fc]=215N/mm2
结论立杆稳定。
C、支架刚度验算(挠度)
挠度验算
ωmax=5ql4/384EI
式中:
ωmax-----最大挠度
E------钢管弹性模量E=2.1×105N/mm2
q------均布荷载q=1.349KN/m=1.349N/mm
I-------钢管截面抵抗矩I=12.19cm4=12.19×104mm4
ωmax=5×1.349×12004/(384×2.1×105×12.19×104)=1.42mm
容许挠度[ω]=L/400=1200/400=3mm>ωmax=1.42mm
结论:
支架刚度满足要求
D、纵向大枋强度验算
纵向大枋直接安放在立杆上部的调节杆上,拟断面尺寸为15cm×15cm,横向小枋为10cm×10cm,小枋间距取30cm计算。
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------纵枋弯矩Mmax=FL/2=11.72×1.2/2=7.03KN·m
F------纵枋承受的集中荷载
F=1/2×0.3×1.2×(12.97+3+1.4)×1.25×3=11.72KN
L-------杆距1.2m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1503/6=562500mm2
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm-------7.03×106/562500=12.5N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=19FL3384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=1200/400=3mm
F----木枋承受的集中荷载F=1.2×0.3×(12.97+3+1.4)=6.25
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面抵抗矩I=1/12×1504=42187500mm4
Φ=19×6.25×103×12003/384×104×42187500=1.27<[Φ]=3mm
结论:
纵向大枋断面尺寸为15×15cm安全
E、木枋强度验算
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------木枋弯矩Mmax=qL2/8=6.514×1.22/8=1.173KN·m
q------木枋承载的均布荷载
q=0.3×17.37×1.25=6.514KN/m
L-------跨距L=1.2m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1003/6=166667mm3
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm------1.173×106/166667=7.040N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=5ql4/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=1200/400=3mm
q------承载的均布荷载q=0.3×17.37×1.25=6.514KN/m
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面抵抗矩I=1/12×bh3=1/12×1004=8.333333mm4
Φ=5×6.514×12004/384×1×104×8.333333=2.11mm<[Φ]=3mm
结论:
横向枋木断面尺寸为10×10cm安全
总结论:
根据以上计算,一般箱身截面,立杆纵距1.2,横距1.2,步距1.2,架顶纵横向枋木,能够满足施工的要求,同时为增强支架的整体稳定性和刚度,对支架进行适当加固,沿纵向每4排横向杆一排剪力撑。
(二)隔梁箱身载面支架设计
A、荷载计算
a、箱梁自重
q1=33.7KN/m2
b、模板及附件荷载重取q2=1.4KN/m2
c、施工活荷载取q3=3KN/m2
d、钢管自重q4按8.4米7层钢管计
q4=[0.0384×(1.2×2+0.6×2)]/1.2×0.6×7=1.344KN/m2
∑q=q1+q2+q3+q4=33.7+1.4+3+1.344=39.44KN/m2
考虑到风荷载及偶然荷载,故取安全系数K=1.25
Q=K×∑q=39.44×1.25=49.3KN/m2
e、立杆承受荷载
N=QA=49.3×0.6×1.2=35.5KN
B、立杆稳定验算
N/ψA≤[fc]
式中:
[fc]------钢管设计强度[fc]=215N/mm2
ψ------立杆稳定系数
A------钢管截面积A=489mm2
N------立杆承受的竖向力N=35.5KN
i------钢管回转半径i=15.9mm
ψ≥N/[fc]A=35.5×103/215×489=0.338
∵λ≥h/i=1200/15.9=75.47查表得ψ=0.717>0.338稳定
按设计强度计算立杆的压应力:
fc=N/A=35.5×103/489=72.6N/mm2<[fc]=215N/mm2
按稳定性计算立杆的压应力
fc=N/ψA=35.5×103/0.717×489=101.25N/mm2<[fc]=215N/mm2
结论:
立杆稳定。
C、支架刚度验算(挠度)
挠度验算
ωmax=5ql4/384EI
式中:
ωmax-----最大挠度
E------钢管弹性模量E=2.1×105N/mm2
q------均布荷载q=0.82N/mm
I-------钢管截面抵抗矩I=12.19cm4=12.19×104mm4
ωmax=5×0.82×12004/(384×2.1×105×12.19×104)=0.9mm
容许挠度[ω]=L/400=1200/400=3mm>ωmax=0.9mm
结论:
支架刚度满足要求
D、纵向大枋强度验算
纵向大枋直接安放在立杆上部的调节杆上,拟断面尺寸为15×15cm,横向小枋为10cm×10cm,小枋间距取20cm计算。
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------纵枋弯矩Mmax=FL/2=8.57×0.6/2=2.57KN·m
F------纵枋承受的集中荷载
F=(33.7+3+1.4)×0.3×1.2×1.25/2=8.57KN
L-------杆距L=0.6m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1503/6=562500mm2
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm-------2.57×106/562500=4.57N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=19FL3/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=1200/400=3mm
F----木枋承受的集中荷载F=1/2×38.×1.2×0.3×1.25=8.57KN
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面抵抗矩I=bh2/12=1/12×1504=42187500mm4
Φ=19×8.57×103×6003/384×104×42187500=0.217<[Φ]=3mm
结论:
纵向大枋断面尺寸为15×15cm安全
E、模枋强度验算
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------木枋弯矩Mmax=qL2/8=9.525×1.22/8=1.715KN·m
q------木枋承载的均布荷载
q=0.2×38.1×1.25=9.525KN/m
L-------跨距L=1.2m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1003/6=166667mm3
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm------1.715×106/166667=10.29N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=5ql4/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=1200/400=3mm
q------承载的均布荷载q=38.1×0.2×1.25=7.62KN/m
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×1004=8.333333mm4
Φ=5×7.62×12004/384×1×104×8.333333=2.47mm<[Φ]=3mm
结论:
横向枋木断面尺寸为10×10cm安全
(三)主桥三跨空腹式连续刚架
(1)荷载计算
支架承受的荷载主要有:
箱梁自重、模板及附件重、施工荷载、支架自重及风荷载等
箱梁各部位单位长度重量计算表
部位
每米长度砼方量m3
每米长度重量KN/m
平均重量
KN/m2
端横梁箱身截面
24.86
621.4
59.75
一般截面箱身
6.365
159.125
15.3
中、边孔结点位置箱身截面
30.85
764.4
73.5
刚架腿截面箱身
5.67
141.75
13.63
刚架上部箱身截面
6.365
159.125
15.3
单侧翼缘板
0.1495
12.375
1.19
为简化公式,端横梁部位和中孔结点位置拟采用同一支架结构型式:
60cm×30cm;一般截面箱身和刚架腿下部拟采用同一支架形式:
90cm×90cm;刚架腿上部支架拟采用90cm×90cm;翼缘板支架参照普通连续钢筋砼箱梁支架搭设。
以上三种截面形式均取最不利荷载计算。
中、边孔结点截面箱身支架设计
A、荷载计算
a、箱梁自重
q1=73.5KN/m2
b、模板及附件荷载重取q2=1.4KN/m2
c、施工活荷载取q3=3KN/m2
d、钢管自重q4按7.2米12层钢管计
q4=[0.0384×(0.6+0.3)×2/0.6×0.3]=4.608KN/m2
∑q=q1+q2+q3+q4=82.51KN/m2=82.51N/mm2
考虑到风荷载及偶然荷载,故取安全系数K=1.25
Q=K×∑q=1.25×82.51=103.14KN/m2
e、立杆承受荷载
N=QA=0.6×0.3×103.14=18.57KN
B、立杆稳定验算
N/ψA≤[fc]
式中:
[fc]------钢管设计强度[fc]=215N/mm2
ψ------立杆稳定系数
A------钢管截面积A=489mm2
N------立杆承受的竖向力N=18.57KN
i------钢管回转半径i=15.8mm
ψ≥N/[fc]A=18.57×103/215×489=0.177
∵λ≥h/i=600/15.8=37.97查表得ψ=0.938>0.177稳定
按设计强度计算立杆的压应力:
fc=N/A=18.57×103/489=37.98N/mm2<[fc]=215N/mm2
按稳定性计算立杆的压应力
fc=N/ψA=18.57×103/0.938×489=40.486N/mm2<[fc]=215N/mm2
结论:
立杆稳定。
C、支架刚度验算(挠度)
挠度验算
ωmax=5ql4/384EI
式中:
ωmax-----最大挠度
E------钢管弹性模量E=2.1×105N/mm2
q------均布荷载q=0.201N/mm
I-------钢管截面抵抗矩I=12.19cm4=12.19×104mm4
ωmax=5×0.201×6004/(384×2.1×105×12.19×104)=0.013mm
容许挠度[ω]=I/400=600/400=1.5mm>ωmax=0.013mm
结论:
支架刚度满足要求
D、纵向大枋强度验算
纵向大枋直接安放在立杆上部的调节杆上,拟断面尺寸为15×15cm,横向小枋为10×10cm,小枋间距取0.2m计算。
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------纵枋弯矩Mmax=FL/2=11.685×0.6/2=3.506KN·m
F------纵枋承受的集中荷载
F=1/2×(73.5+1.4+3)×0.2×0.6×1.25×2=11.685KN
L-------杆距L=0.6m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1503/6=562500mm2
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm-------3.506×106/562500=6.233N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=19FL3/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=600/400=1.5mm
F----木枋承受的集中荷载F=0.6×0.2×(73.5+1.4+3)×1.25/2=5.834KN
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面抵抗矩I=bh2/12=1/12×1504=42187500mm4
Φ=19×5.834×103×6003/384×1×104×42187500=0.15mm<[Φ]=1.5mm
结论:
纵向大枋断面尺寸为15×15cm安全
E、木枋强度验算
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------木枋弯矩Mmax=qL2/8=19.475×0.62/8=0.876KN·m
q------木枋承载的均布荷载
q=0.2×77.9×1.25=19.475KN/m
L-------跨距L=0.6m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1003/6=166667mm3
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm------0.876×106/166667=5.256N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=5ql4/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=L/400=600/400=1.5mm
q------承载的均布荷载q=0.2×77.9×1.25=19.475KN/m
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面惯性矩I=1/12×bh3=1/12×1004=8.333333mm4
Φ=5×19.475×6004/384×1×104×8.333333=0.4mm<[Φ]=1.5mm
结论:
横向枋木断面尺寸为10×10cm间距为0.2m安全
总结论:
根据以上计算,边、中孔结点小端横隔梁箱身截面,纵距0.3m,横距0.6m,步距0.6m,架顶纵横向枋木,均能够满足实际施工的要求。
同时为增强支架的整体稳定性和刚度,对支架进行适当加固,沿纵横向每隔一排设一排剪力撑,全部外围设剪力撑
(四)刚架腿下部截面箱身支架设计
A、荷载计算
a、箱梁自重
q1=13.63+15.3=28.93KN/m2ψ
b、模板及附件荷载重取q2=1.4KN/m2
c、施工活荷载取q3=3KN/m2
d、钢管自重q4按7.2米8层钢管计
q4=(0.0384×0.9×4/0.9×0.9)×8=1.365KN/m2
∑q=q1+q2+q3+q4=34.695KN/m2
考虑到风荷载及偶然荷载,故取安全系数K=1.25
Q=K×∑q=1.25×34.695=43.369KN/m2
e、立杆承受荷载
N=QA=43.369×0.9×0.9=35.129KN
B、立杆稳定验算
N/ψA≤[fc]
式中:
[fc]------钢管设计强度[fc]=215N/mm2
ψ------立杆稳定系数
A------钢管截面积A=489mm2
N------立杆承受的竖向力N=35.129KN
i------钢管回转半径i=15.8mm
ψ≥N/[fc]A=35.129×103/215×489=0.334
∵λ≥h/i=900/15.8=56.96查表得ψ=0.855>0.334稳定
按设计强度计算立杆的压应力:
fc=N/A=35.129×103/489=71.84N/mm2<[fc]=215N/mm2
按稳定性计算立杆的压应力
fc=N/ψA=35.129×103/0.855×489=84.02N/mm2<[fc]=215N/mm2
结论:
立杆稳定。
C、支架刚度验算(挠度)
挠度验算
ωmax=5ql4/384EI
式中:
ωmax-----最大挠度
E------钢管弹性模量E=2.1×105N/mm2
q------均布荷载q=1.127N/mm
I-------钢管截面抵抗矩I=12.19cm4=12.19×104mm4
ωmax=5×1.127×9004/(384×2.1×105×12.19×104)=0.38mm
容许挠度[ω]=I/400=900/400=2.25mm>ωmax=0.38mm
结论:
支架刚度满足要求
D、纵向大枋强度验算
纵向大枋直接安放在立杆上部的调节杆上,拟断面尺寸为15×15cm,横向小枋为10cm×10cm,小枋间距取0.3m计算。
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------纵枋弯矩Mmax=FL/2=7.031×0.9/2=3.164KN·m
F------纵枋承受的集中荷载
F=1/2×0.3×0.9×(28.93+1.4+3)×1.25=7.031KN
L-------杆距L=0.9m
Wn-------净截面抵抗矩,Wn=bh2/6=1503/6=562500mm2
fm-------木材抗弯强度设计值,fm=30N/mm2
δm-------3.164×106/562500=5.625N/mm2<fm=30N/mm2
挠度:
Φ<[Φ]
式中:
Φ----木枋挠度,Φ=19FL3/384EI
[Φ]-----木枋容许挠度[Φ]=900/400=2.25mm
F----木枋承受的集中荷载F=0.9×0.3×33.3×1.25=11.239KN
E-----木枋弹性模量E=1×104N/mm2
I-------木枋截面抵抗矩I=1/2bh2=1/12×1504=42187500mm4
Φ=19×11.239×103×9003/384×1×104×42187500=0.96<[Φ]=2.25mm
结论:
纵向大枋断面尺寸为15×15cm安全
E、模枋强度验算
抗弯承载力δm=M/Wn≤fm
式中:
M------木枋弯矩Mmax=qL2/8=1.264KN·m
q------木枋承载的均布荷载
q=0.3×33.3×1.25=12.4
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