标准段碗扣式支架施工方案专家评审后.docx
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标准段碗扣式支架施工方案专家评审后
标准段箱梁满堂支架施工方案
一、工程概况
长江西路高架桥C标段,主线桥标准段箱梁主梁采用单箱三室断面等高度(或不等高度)连续梁,在主线与匝道融会处采用单箱五室或单箱七室,梁高3.0m或2.3m,边腹板为斜腹板,斜率1.47∶1.箱梁顶板宽度25.3~36.2m,底板宽度16.0~27.02m,悬臂长度3.65m,悬臂板根部厚65cm,端部厚20cm,箱梁内顶板厚度25cm,底板厚度23cm,腹板厚度42~90cm,设计主梁顶面为2%的双向横坡。
二、计算依据
《合肥市长江西路高架快速路综合建设工程施工图设计》
《结构力学》、《材料力学》、
《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
《路桥施工计算手册》
《建筑结构荷载规范》
三、施工工艺
3.1施工工艺流程
满堂碗扣式支架施工现浇箱梁工艺流程见图1。
3.2施工方法
3.2.1地基处理
支架搭设前,必须对既有地基进行处理,因大部分地基为长江西路原有公路砼路面可以满足箱梁施工过程中承载力的要求,故根据现场实际情况对绿化带、电缆排管施工和承台等开挖过的部位作硬化处理,严格按规范采取分层回填分层压实,上部填筑道碴石,用10~15cm厚碎石找平,最后顶上再浇筑15cm厚C20混凝土。
在地面硬化以后,应该加强箱梁施工内的排水工作,严禁在施工场地内形成积水,造成地基不均匀沉降,引起支架失稳,出现安全隐患和事故。
图1碗扣支架施工现浇箱梁工艺流程图
3.2.2支架立杆位置放样
用全站仪放出箱梁中心线,然后用钢尺放出底座十字线,并标示清楚。
3.2.3安放底托
按标示的底座位置先安放底托,然后将旋转螺丝顶面调整在同一水平面上。
注意底座与地基的密贴,严禁出现底座悬空现象。
3.2.4安装立杆、横杆和顶托
从一端开始,按照顺桥向90cm或60cm,横桥向90或60cm布设立杆,横杆步距为60cm或120cm,调整立杆垂直度和位置后并将碗扣稍许扣紧,一层立杆、横杆安装完后再进行第二层立杆和横杆的安装,直至最顶层,最后安放顶托,并依设计标高将U型顶托调至设计标高位置,顶底层横杆步距均为60cm。
3.2.5安放方木、铺底模
在顶托调整好后铺设纵向10×15cm(或7×14cm)方木,铺设时注意使其两纵向方木接头处于U型上托座上(防止出现“探头”木),接着按30cm或20cm间距铺设横向5×8cm(或7×10cm)方木,根据放样出的中线铺设δ=15mm的竹胶板做为箱梁底模。
3.2.6设置剪刀撑
支架每隔四排设一横向剪刀撑,纵向剪刀撑沿横向每隔五排设一纵向剪刀撑,水平剪刀撑在垂直方向上的间距不超过2.4m。
剪刀撑采用D48普通钢管,且在钢管连接处用两个钢管扣件紧固。
剪刀撑按规范连续设置,确保支架整体稳定。
3.2.7预压和沉降观测
⑴为保证箱梁砼结构的质量,钢管脚手架支撑搭设完毕铺设底模板后必须进行预压处理,以消除支架、支撑方木和模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响,同时取得支架弹性变形的实际数值,作为梁体立模的抛高预拱值数据设置的参考。
在施工箱梁前需进行支架预压,预压前将全部碗扣用铁锤打紧。
预压方法依据箱梁砼重量分布情况,在搭好的支架上的堆放与梁跨荷载等重的砂袋(梁跨荷载统一考虑安全系数为1.2),预压时间视支架地面沉降量定,支架日沉降量不得大于2.0毫米(不含测量误差),支架变形稳定后不小于6小时,且梁跨预压时间不少于三天。
预压前一定要仔细检查支架各节是否连接牢固可靠,沉降观测点是否布置。
预压的荷载根据箱梁自重、模板荷载、施工荷载(含施工人员、各类机具等)及充分考虑施工过程中不可预见的荷载等,合理确定压载总重量。
采用堆载的方法均布的压于支架上,并设观测点进行观测。
支架及底模完工后,采用汽车吊吊重,按照箱梁设计重量分配预压荷载,并按计算出的总荷载的120%进行超载预压。
[2]沉降观测
预压前在每跨台墩之间的支架上及相应支架底部布设5组观测点,每组4个点,距墩或台3m-4m处布设一组,1/4跨径及1/2跨径布设一组(布置详细情况见图1-1)。
观测分五个阶段:
预压加载前、50%荷载、80%荷载和120%荷载、卸载后。
预压时逐日对其进行沉降观测,做好记录,每个观测阶段要观测至少2次,直至最后的平均沉降值<2mm并满足24小时以上时方可卸载。
荷载的持荷时间应不少于1昼夜,如此一方面收集支架、地基的变形数据,观察地基的承载力是否满足要求,另一方面可减少或消除支架的构造变形,以保证浇出的梁身不发生过大的挠度变形和开裂。
模板标高调整完毕后,由于砂袋采用堆放,在底板上方无法设置观测点,故观测点设置在底模下的方木上。
预压时按照观测阶段和观测时间测设各观测点标高,采用钢尺和DS2水准仪测设各观测点标高,并记录在册(记录表见附表1)。
预压时主要观测的数据有:
地基沉降、顶板沉降、支架沉降;卸载后顶板可恢复量。
沉降稳定卸载后算出地面沉降、支架的弹性和非弹性变形数值。
根据各点对应的弹性变形数值及设计预拱度调整模板的高程。
观测过程中如发现基础沉降明显、基础开裂、局部位置和支架变形过大现象,应立即停止加载并卸载,及时查找原因,采取补救措施。
观测点布置图(图1-1)
[3]预压砂袋布置
以30米跨为例计算说明:
1、根据箱梁自重、模板荷载、施工荷载(含施工人员、各类机具等)及充分考虑施工过程中不可预见的荷载等,合理确定压载总重量。
具体如下:
①、箱梁自重
通过计算,箱梁混凝土方量650m3、取2.4t/m3,箱梁混凝土自重为1560t;钢筋及钢绞线自重为148t,总合计为:
1708t。
一侧翼缘板的方量为[(0.2+0.65)/2]*3.65*30=46.54m3,
则一侧翼缘板混凝土自重为46.54*2.4=111.69t;钢筋及钢绞线自重为10t,总合计为:
121.69t。
②、模板荷载
总模板自重(含内模、侧模及支架)以砼自重的5%计,则模板自重为1560*5%=78t。
其中一侧翼缘板的模板(含侧模及支架)自重为111.69*5%=5.58t。
③、施工不可预见荷载
施工时不可遇见荷载取混凝土自重的5%,即箱梁总的不可预见荷载为78t。
其中一侧翼缘板的模板(含侧模及支架)自重为111.69*5%=5.58t。
通过以上计算知,一片梁支架承受的总荷载为1864t,支架预压施工时,预压一侧翼缘板总重量为132.85t,预压底板总重量为1598.3t;施工时,超压按1.2的系数考虑,故一侧翼缘板总重量为159.42t,底板总重量为1917.96t。
2、预压实施方案:
①采用沙袋预压:
每袋砂袋体积:
1.2m×1.2m×0.8m=1.15m3
每袋砂袋重量:
1.15m3×1.45T/m3=1.67T
每跨所需砂袋数:
(159.42*2+1917.96)T÷1.67T=1339袋
②砂袋布置按断面划分:
两侧模共用砂袋190袋;底模共用砂袋1149袋。
③砂袋在支架与底模上纵向分布:
24排砂袋,则每排为56袋砂袋。
砂袋横桥向分布:
底板横桥向摆四层,下两层每层摆15袋砂袋,第三层摆10袋砂袋,分散布置在四个腹板顶部,第四层摆8袋砂袋,同样分散布置在四个腹板顶部;翼缘板摆两层,第一层摆3袋,第二层摆1袋靠近翼缘板根部,如图1。
3.2.9预拱度计算与设置
跨中预拱度:
δ=δ1+δ2+δ3+δ4+δ5
其中,δ1为支架卸载后由上部构筑自重及活载一半产生的挠度;δ2为支架在荷载作用下的弹性压缩;δ3为支架在荷载作用下的非弹性压缩;δ4为支架基底在荷载作用下的非弹性沉陷;δ5为由混凝土收缩、温度变化引起的挠度。
预拱度值按设计要求留设,如设计无明确预拱度值时,可根据以往工作经验预拱度值取5cm,并按二次抛物线分配:
式中,δx—距左支点x的预拱度值;x—距左支点的距离;L—跨长。
四、支架、模板计算
4.1支架、模板方案
4.1.1模板
箱梁底模、侧模和内膜均采用δ=15mm的竹胶板。
竹胶板容许应力[σ0]=70MPa,弹性模量E=6×103MPa。
4.1.2纵、横向方木
纵向方木采用A-1东北落叶松,顺纹弯矩为14.5MPa,截面尺寸为10×15cm或7×14cm。
截面参数和材料力学性能指标:
W=bh2/6=100×1502/6=3.75×105mm3
I=bh3/12=100×1503/12=2.81×107mm3
W=bh2/6=70×1402/6=2.29×105mm3
I=bh3/12=70×1403/12=1.60×107mm3
横向方木采用A-1东北落叶松,顺纹弯矩为14.5MPa,截面尺寸为5×8cm或7×10cm。
截面参数和材料力学性能指标:
W=bh2/6=50×802/6=5.33×104mm3
I=bh3/12=50×8003/12=2.13×106mm3
W=bh2/6=70×1002/6=11.7×104mm3
I=bh3/12=70×1003/12=5.83×106mm3
考虑到现场材料不同批,为安全起见,方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)中的A-3类木材,顺纹弯矩为12.0MPa,并按湿材乘0.9的折减系数取值,则[σ0]=12×0.9=10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa,容重6KN/m3。
纵横向方木布置:
纵向方木间距一般为90cm,在腹板和端、中横隔梁下为60cm。
横向方木间距一般为30cm,在腹板和端、中横隔梁下为20cm。
4.1.3支架
采用碗扣支架,碗扣支架钢管为φ48、t=3.5mm,材质为A3钢,轴向容许应力[σ0]=140MPa。
详细数据可查表1。
表1碗扣支架钢管截面特性
外径
d(mm)
壁厚
t(mm)
截面积
A(mm2)
惯性矩
I(mm4)
抵抗矩
W(mm3)
回转半径
i(mm)
每米长自重
(N)
48
3.5
4.89×102
1.219×105
5.08×103
15.78
横杆:
39.6N/m
立杆:
59.4N/m
碗扣支架立、横杆布置:
立杆纵、横向间距为90cm,在腹板、端、中横隔梁下为60cm。
横杆除顶、底部及3m厚腹板(横梁)步距为60cm外,其余横杆步距为120cm。
支连接杆和竖向剪刀撑(具体布置见标准段箱梁碗扣支架布置图)。
4.2支架计算
4.2.1荷载计算
①碗口式支架钢管自重,可按表1查取。
②钢筋砼容重按26kN/m3计算,则
腹板和端、中横隔梁为3.0m:
26×3.0=78.0KPa
腹板和端、中横隔梁为2.3m:
26×2.3=59.8KPa
箱梁底板厚度为23cm(顶板厚度25cm):
26×(0.23+0.25)=12.48KPa
翼缘板根部厚度65cm:
26×0.65=16.9KPa
③模板自重(含内模、侧模及支架)以砼自重的5%计,则:
腹板和端、中横隔梁为3.0m:
78.0×0.05=3.9KPa
腹板和端、中横隔梁为2.3m:
59.8×0.05=2.99KPa
箱梁底板厚度为23cm:
12.48×0.05=0.624KPa
翼缘板根部厚度65cm:
16.9×0.05=0.845KPa
④施工人员、施工料具堆放、运输荷载:
2.5kPa
⑤倾倒混凝土时产生的冲击荷载:
2.0kPa
⑥振捣混凝土产生的荷载:
2.0kPa
荷载组合
计算强度:
q=1.2×(②+③)+1.4×(④+⑤+⑥)
计算刚度:
q=1.2×(②+③)
4.2.2腹板和端、中横隔梁下方支架检算
4.2.2.1腹板和端、中横隔梁(3.0米厚)下方支架检算
(1)底模检算
底模采用δ=15mm的竹胶板,直接搁置于间距L=20cm的7×10cm横向方木上,按连续梁考虑,取单位长度(1.0米)板宽进行计算。
说明:
一般取0.05m板宽,按计算跨径0.2m连续梁计算,另取1.5kN集中荷载计算跨中弯距进行校核,为了计算方便和安全起见,此处取1.0m板宽进行计算,以下计算同。
荷载组合:
q=1.2×(78.0+3.9)+1.4×(2.5+2.0+2.0)=107.38kN/m
竹胶板(δ=15mm)截面参数及材料力学性能指标:
W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm3
承载力检算:
强度:
Mmax=ql2/10=107.38×0.202/10=0.430KN·m
σmax=Mmax/W=0.430×106/3.75×104=11.5MPa<[σ0]=70MPa合格
刚度:
荷载:
q=1.2×(78+3.9)=98.3kN/m
f=ql4/(150EI)=98.3×1304/(150×6×103×2.81×105)=0.11mm<[f0]=200/400=0.5mm合格
(2)横向方木检算
横向方木搁置于间距60cm的纵向方木上,横向方木规格为70mm×100mm,横向方木亦按连续梁考虑。
荷载组合:
q1=(1.2×(78.0+3.9)+1.4×(2.5+2.0+2.0))×0.20+6×0.07×0.10=21.518kN/m
承载力计算:
强度:
Mmax=q1l2/10=21.518×0.62/10=0.775KN·m
σmax=Mmax/W=0.775×106/11.7×104=6.6MPa<[σ0]=10.8MPa合格
刚度:
荷载:
q=1.2×(78.0+3.9)×0.20=19.66kN/m
f=ql4/(150EI)=19.66×6004/(150×8.1×103×11.7×106)=0.18mm<[f0]=600/400=1.5mm合格
(3)纵向方木检算
纵向方木规格为10×15cm,腹板和端、中横隔梁下立杆纵向间距为60cm。
纵向方木按简支梁考虑,计算跨径为60cm。
荷载组合:
横向方木所传递给纵向方木的集中力为:
箱底:
P=21.518×0.6=12.91kN
纵向方木自重:
g=6×0.1×0.15=0.09kN/m
力学模式:
承载力计算:
强度:
按最大正应力布载模式计算:
支座反力R=(12.91×3+0.09×0.6)/2=19.39KN
最大跨中弯距Mmax=19.39×0.3-0.06×0.32/2-12.91×0.2=3.23KN.m
σmax=Mmax/W=3.23×106/3.75×105=8.6MPa<[σ0]=10.8MPa合格
刚度:
按最大支座反力布载模式计算:
集中荷载:
P=12.91×4-1.4×(2.5+2.0+2.0)×0.6=46.18kN
F=Pl3/(48EI)+5ql4/(384EI)=46.18×1000×6003/(48×8.1×103×2.81×107)+5×0.09×6004/(384×8.1×103×2.81×107)=0.91mm<[f0]=600/400=1.5mm合格
(4)支架立杆计算
箱梁腹板及横梁下支架为60cm×60cm设置,根据网格划分,每根立杆为四个网格共用,对每个网格的承载贡献为1/4,固每根立杆的承载面积为:
0.6×0.6×4×1/4=0.36㎡
每根立杆所承受的坚向力按其所支撑面积内的荷载计算,忽略横向方木自重不计,则纵向方木传递的集中力(均以跨度0.6米计算):
P1=(78.0+3.9+2.5+2.0+2.0)×0.6×0.6+0.09×0.6=31.88kN
因第38联梁底到原地面高度最大,为15.37m,为安全起见,所有满堂碗扣式支架按最高处为16米高计算(支架高度以16米计,故可计算每根立杆承受支架为16m立杆,以及27道4×0.3=1.2m横杆。
此联碗扣钢管的重量为(1×16×0.0594+27×4×0.3×0.0396)=2.23kN,并考虑普通钢管的扣件、支架顶托及内模支架的重量取1.2系数,故每杆承受支架自重可计为2.23×1.2=2.68kN,平均立杆重量为2.68/16=0.17kN/m,为安全起见,以下计算可取单根立杆自重0.3kN/m),其自重为:
g=16×0.3=4.8KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=31.88+4.8=36.68kN<[N]=40kN合格
立杆稳定性:
横杆竖向步距按0.6m计算时,立杆数竖向可承受的最大竖直荷载[N]=40kN。
强度验算:
σa=N/Aji=36.68×1000/489=75.0MPa<[σa]=140MPa合格
立杆承载力计算:
支架立柱采用φ48、t=3.5mm钢管,立柱底、顶部纵横向水平杆步距为0.6m,中间部分步距1.2m,施工中横杆最大步距为1.2m。
钢管截面面积:
钢管截面的惯性半径:
钢管定位桩的柔度:
查表可知,钢管稳定系数0.807
钢管承载力为:
由上述计算可知,厂家提供横杆竖向步距按1.2m计算时,立杆竖向可承受的最大竖直荷载[N]=40kN已考虑了压杆稳定和强度折减,只要立杆实际承受荷载小于立杆最大竖直荷载,就说明立杆是稳定的,也能满足强度要求。
(5)地基承载力计算
因支架底部通过底托(底调钢板为7cm×7cm)坐在原有水泥混凝土路面上,另外承台基坑和原有绿化带范围内严格按规范和标准分层碾压密实,上部铺设道碴石及碎石,顶部浇筑15cm厚C20混凝土,因此基底承载力可达到11.0MPa。
因此σmax=N/A=36.68×103/0.072=7.5MPa<11.0MPa可以
4.2.2.2腹板和端、中横隔梁(2.3米厚)下方支架检算
(1)底模检算
底模采用δ=15mm的竹胶板,直接搁置于间距L=20cm的7×10cm横向方木上,按连续梁考虑,取单位长度(1.0米)板宽进行计算。
荷载组合:
q=1.2×(59.8+2.99)+1.4×(2.0+2.0+2.5)=84.45kN/m
竹胶板(δ=15mm)截面参数及材料力学性能指标:
W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm3
承载力检算:
强度:
Mmax=ql2/10=84.45×0.22/10=0.338KN·m
σmax=Mmax/W=0.338×106/3.75×104=9.0MPa<[σ0]=70MPa合格
刚度:
荷载:
q=1.2×(59.8+2.99)=75.35kN/m
f=ql4/(150EI)=75.35×2004/(150×6×103×2.81×105)=0.48mm<[f0]=200/400=0.5mm合格
(2)横向方木检算
横向方木搁置于间距60cm的纵向方木上,横向方木规格为70mm×100mm,横向方木亦按连续梁考虑。
荷载组合:
q1=(1.2×(59.8+2.99)+1.4×(2.0+2.0+2.5))×0.20+6×0.07×0.10=16.93kN/m
承载力计算:
强度:
Mmax=q1l2/10=16.93×0.62/10=0.61KN×m
σmax=Mmax/W=0.61×106/11.7×104=5.2MPa<[σ0]=10.8MPa合格
刚度:
荷载:
q=1.2×(59.8+2.99)×0.2=15.07kN/m
f=ql4/(150EI)=15.07×6004/(150×8.1×103×5.33×106)=0.30mm<[f0]=600/400=1.5mm合格
(3)纵向方木检算
纵向方木规格为10×15cm,腹板和端、中横隔梁下立杆纵向间距为60cm。
纵向方木按简支梁考虑,计算跨径为60cm。
荷载组合:
横向方木所传递给纵向方木的集中力为:
箱底:
P=16.91×0.6=10.15kN
纵向方木自重:
g=6×0.1×0.15=0.09kN/m
承载力计算:
力学模式:
强度:
按最大正应力布载模式计算:
支座反力R=(10.15×3+0.09×0.6)/2=15.25KN
最大跨中弯距Mmax=15.25×0.3-0.06×0.32/2-10.15×0.2=2.54KN.m
σmax=Mmax/W=2.54×106/3.75×105=6.8MPa<[σ0]=10.8MPa合格
刚度:
按最大支座反力布载模式计算:
集中荷载:
P=10.15×4-1.4×(2.0+2.0+2.5)×0.6=35.14kN
F=Pl3/(48EI)+5ql4/(384EI)=35.14×1000×6003/(48×8.1×103×2.81×107)+5×0.09×6004/(384×8.1×103×2.81×107)=0.69mm<[f0]=600/400=1.5mm合格
(4)支架立杆计算
每根立杆所承受的坚向力按其所支撑面积内的荷载计算,忽略横向方木自重不计,则纵向方木传递的集中力(均以跨度0.6米计算):
P1=(59.8+2.99+(2.0+2.0+2.5))×0.6×0.6+0.09×0.6=25.0kN
安全起见满堂式碗扣支架按16米高计,其自重为:
g=16×0.3=4.8KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=25.0+4.8=29.8kN
立杆稳定性:
横杆竖向步距按1.2m计算时,立杆数竖向可承受的最大竖直荷载[N]=30kN。
所以N=29.8kN<[N]=30kN合格
强度验算:
σa=N/Aji=29.8×1000/489=59.8MPa<[σa]=140MPa合格
(5)地基承载力计算
因支架底部通过底托(底调钢板为7cm×7cm)坐在原有水泥混凝土路面上,另外承台基坑和原有绿化带范围内严格按规范和标准分层夯填,上部填筑道碴石及碎石,顶部浇筑15cmC20砼,因此基底承载力可达到11.0MPa。
因此σmax=N/A=29.8×103/0.072=6.08MPa<11.0MPa合格
4.2.3箱梁底板厚度23cm下支架检算
(1)底模检算
底模采用δ=15mm的竹胶板,直接搁置于间距L=30cm的5×8cm横向方木上,按连续梁考虑,取单位长度(1.0米)板宽进行计算。
荷载组合:
q=1.2×(12.48+0.624)+1.4×(2.5+2.0+2.0)=24.8kN/m
竹胶板(δ=15mm)截面参数及材料力学性能指标:
W=bh2/6=1000×152/6=3.75×104mm3
I=bh3/12=1000×153/12=2.81×105mm3
承载力检算:
强度:
Mmax=ql2/10=24.8×0.3×0.3/10=0.223KN·m
σmax=Mmax/W=0.223×106/3.75×104=5.9MPa<[σ0]=70MPa合格
刚度:
荷载:
q=1.2×(12.48+0.624)=15.7kN/m
F=ql4/(150EI)=15.7×3004/(150×6×103×2.81×105)=0.50mm<[f0]=300/400=0.75mm合格
(2)横向方木检算
横向方木搁置于间距90cm的纵向方木上,横向方木规格为50mm×80mm,横向方木亦按连续梁考虑。
荷载组合:
q1=(1.2×(12.48+0.624)+1.4×(2.5+2.0+2.0))×0.3+6×0.05×0.08=7.5kN/m
承载力计算:
强度:
Mmax=q1l2/10=7.5×0.62/10=0.27KN×m
σmax=Mmax/W=0.27×106/5.33×
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