拱桥拱肋及横梁支架设计方案.docx
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拱桥拱肋及横梁支架设计方案
拱桥拱肋及横梁支架设计方案
一、工程概况
本桥是跨越某河的一座拱桥,桥位位于K4+822.900河道处,位于某路上,桥梁宽20.5m,全长72m。
本桥上构设计为中承式拱桥,L0=55m,f0=13.75m,拱轴线为悬链线,拱轴系数为1.167,拱肋为钢筋砼箱拱。
主桥两肋间设一道钢筋砼X型横撑和两道钢筋砼梁,以保证拱肋横向稳定。
采用18根长4.1m~9.6m不等的直径φ86吊杆,固定9片I类横梁。
其中设置拱间横梁和立柱横梁
分别为2个。
在13片横梁之间分别架设T型、∏型纵梁。
主拱砼设计C50,方量为213.3m3,钢筋125t。
一道I类横梁C50砼设计量为12.83m3,钢筋1.7t,钢筋线0.45t。
一道肋间横梁C50砼设计量为28.3m3,钢筋5.9t。
一道立柱横梁C50砼设计量为25.7m3,钢筋5.8t。
二、施工准备
1、人员安排
木工班长1人钢筋班长1人砼班长1人,质检员2人,安全员2人,木工12人,吊装工10人,钢筋工26人,砼工20(分两个班组)。
2、主材
模板:
采用规格为122cm*240cm*1.2cm的竹胶板。
方木:
横梁底板第一层方木采用12cm*12cm*400cm,第二层方木采用6cm*6cm*250cm,拱肋底板下第一层方木采用12cm*12cm*150cm,第二层方木采用6cm*8cm*150cm,普通钢管下垫15cm*15cm*250cm枕木。
工字钢:
横梁下,钢管桩之间布置25工字钢及20工字钢。
槽钢:
2个10#槽钢焊在一起,锚固精轧螺纹钢。
贝雷片:
共70片,作为横梁浇筑平台。
立杆、横杆:
采用φ48×3.5mm钢管,φ720mm钢管桩
钢筋:
选用由正规供应商提供的合格产品,具备出厂合格证、力学试验报告,并经现场检验合格后方可使用。
砼:
采用商品砼,为广西华润混凝土公司提供,强度为C50。
3、主要施工机具
模板施工:
全站仪、水准仪、墨斗、卷尺、水平尺、垂球、扳手、铁锤、电锯、电刨等。
砼施工:
砼泵车、插入式振动器、平板振动器等。
钢筋加工及安装:
切断机、弯曲机、对焊机、电焊机等
三、施工工艺
为了满足竹排冲河道的泄洪要求,在支架设计时考虑在拱圈跨中22.5m范围内搭设6排φ720mm钢管桩,顺桥向间距为4.5cm。
钢管桩上用25工字钢、12cm*12cm*300cm铺设平台,平台上按照60*60cm布置普通钢管支架。
两边各16.25m范围内搭设60*60cm普通钢管支架。
并在周围用沙袋围挡,避免水流进支架范围内,寖泡基础。
按照设计要求搭设拱肋支架完成后,按照其重量的120%对支架进行预压,对变形大的部位进行加固,按照预压得到的弹性变形值来调整底板模板标高,并注意拱圈预拱度的设置。
根据图纸设计要求进行拱肋钢筋的加工及安装,经监理工程师检查合格后方可浇注砼。
首先浇注拱圈和风撑砼,待拱圈砼强调达到设计强度时,采用4根φ32精轧螺纹钢作吊杆连接贝雷片,在贝雷片上铺设12cm*12cm方木作为横梁底板平台,浇注中间5道横梁砼。
其余横梁均搭设60*60cm普通钢管支架。
砼浇注完成后遮盖湿麻袋等,由专人进行养生。
横梁砼强度达到设计强度的90%时即可安排第一次
预应力施工,安装吊杆及张拉。
纵梁安装应丛两边向中间对称进行,待纵梁安装完成后,进行横梁和吊杆的第二次张拉。
按照设计桥面标高,调整吊索长度。
连接纵梁后,即可进行桥面系施工。
四、支架和模板受力计算
1、I类拱肋和横梁钢管支架设计依据
建设单位提供的施工图纸、桥梁施工规范及《路桥施工计算手册》。
(1)根据荷载分项系数,附加荷载取值如下:
①施工人员及机具:
gr=2.0KN/m2
②倾倒砼时产生的冲击荷载:
gc=2.0KN/m2
③振捣砼时产生的荷载:
gd=2.0KN/m2
④模板自重产生的荷载:
gm=0.3KN/m2
附加荷载:
gf=gr+gc+gd+gd=2.0+2.0+2.0+0.3=6.3KN/m2
(2)砼自重取q=26KN/m3,其中I类横梁全长19.92m,底板中间宽0.5m、两端宽0.64m,翼板悬臂长1.71m,底板长16.5m。
一个I类横梁砼为12.83m3、其中翼板(单个)砼共计0.55m3,底板砼方量为12.3-0.55×2=11.73m3。
底板每平米受力为:
11.73×26/16.5/0.64=28.9KN/m2,28.9×30%=8.7KN/m2>附加荷载为6.3KN/m2,底板所受总荷载按底
板荷载的130%计算:
28.9×130%=37.6KN/m2。
翼板每平方受力为:
0.55×26/0.8/1.71=9.5KN/m2。
翼板所受总荷载为:
9.5×130%=12.4KN/m2。
2、I类横梁下普通钢管和方木计算
⑴I类横梁下普通钢管架计算
支架采用纵向间距60cm、横向间距60cm进行布置,横杆步距120cm,底板处受力最大,单根立杆的最大受力面积为:
0.6×0.6=0.36m2,单根立杆受力为:
37.6×0.36=13.5KN,查资料知:
横向步距为1.2米时支架可承受30KN,支架满足施工要求。
为进一步保证支架的稳定及安全,在纵向和横向均搭设剪刀撑。
⑵底板第一层方木计算(12cm×12cm×400cm)
单根方木的受力面积为:
4×0.6=2.4m2,单根方木受37.6×2.4=90.2KN,q=90.2/4=22.6KN/m,受力简图及弯距图为(按q=1KN/m计算)
计算得12cm×12cm方木的抗弯截面系数为:
W=123/6=288cm3,根据上面的弯矩图可知,q=1KN/m时,最大弯矩为0.03,故最大M=22.6×0.03=0.7KN·m,
查资料知松木的容许应力为:
12Mpa,计算松木的最大容许弯距M=288×12=3.456KN·m>0.7KN·m,满足要求。
松木E=9×106KN/m2,I=0.124/12=1.728×10-5m4
方木挠度f=5×22.6×0.64/384/9/106/1.728/10-5=0.24mm<L/400=600/400=1.5mm。
由此可知,采用的方木是安全的。
⑶第二层方木计算(6cm×6cm×250cm,间距20cm)
单根方木的受力面积是0.2×2.5=0.5m2,单根方木受为:
37.6×0.5=18.8KN,q=18.8/2.5=7.5KN/m,受力简图及弯距图为(按q=1KN/m计算)
计算得6cm×6cm方木的抗弯截面系数为:
W=6×62/6=36cm3,由弯矩图知,最大弯矩为7.5×0.04=0.3KN·m。
查资料知松木的容许应力为:
12Mpa,计算松木的最大容许弯距M=36×12=0.432KN·m>0.3KN/m,满足要求。
松木E=9*106KN/m2,I=0.06×0.063/12=1.1*10-6m4
方木挠度f=5*7.5*0.64/384/9/106/1.1/10-6=1.2mm<L/400=600/400=1.5mm。
因此,采用6cm×6cm方木是安全的。
3、
跨中横梁采用吊杆计算
每个横梁由4根φ32精轧螺纹钢作吊杆固定在两组贝雷片下部,在间距为70cm的两组贝雷片上铺12cm×12cm×100cm作底模平台。
⑴单根φ32精轧螺纹钢的受力为:
(12.83×26×130%+37.8)/4=117.9KN,其中37.8KN为两组共14片贝雷片的重量。
φ32精轧螺纹钢的截面积为8.1cm2,因此δ=117.9/8.1=145.5Mpa<[δ]=980Mpa。
精轧螺纹钢满足受力强度要求。
⑵贝雷片计算
横梁荷载由两组贝雷片来承受,每组受力为12.83×26×130%/2=216.8KN,每组长21m,每米受力为:
216.8/21=10.3KN/m,
贝雷片受力简图及弯距图(按q=1KN/m计算),如下图所示:
根据上面的弯矩图可知q=1KN/m时,最大弯矩为15.75,故最大M=10.3×15.75=162.2KN·m<273KN·m。
查资料知贝雷片的最大容许应力为:
273Mpa.
强度满足要求。
贝雷片的E=9×106KN/m2,I=1.53×0.078/12=0.022m4
贝雷片的挠度f=5×10.3×13.54/384/9/106/0.022=20mm<L/400=13500/400=34mm。
由此可知,采用贝雷片的是安全的。
贝雷片各组成杆件,销钉等均采用和贝雷片配套的标准件,受力满足要求。
4、拱肋下普通钢管、方木计算
主拱L=55m,拱肋截面为宽1.2m、高1.6m的倾斜角3.87度的四方形。
主拱肋砼方量为213.3m3,其中风撑为17m3,单个主拱砼量为
(213.3-17)/2=98.2m3。
拱底每平米受力为:
98.2×26/55/1.2=38.9KN/m2,38.9×30%=11.7KN/m2>附加荷载为6.3KN/m2,所受总荷载按拱肋荷载的130%计算:
38.9×130%=50.6KN/m2。
⑴普通钢管按照60*60布置,横杆步距120cm,单根立杆的最大受力面积为:
0.6×0.6=0.36m2,单根立杆受力为:
50.6×0.36=18.2KN,查资料知:
横向步距为1.2米时支架可承受30KN,支架满足施工要求。
⑵拱肋底板第一层方木计算(12cm×12cm×150cm)
单根方木的受力面积为:
1.5×0.6=0.9m2,单根方木受50.6×0.9=45.5KN,q=45.5/1.5=30.4KN/m,受力简图及弯距图为(按q=1KN/m计算)
计算得12cm×12cm方木的抗弯截面系数为:
W=123/6=288cm3,根据上面的弯矩图可知,q=1KN/m时,最大弯矩为0.04,故最大M=30.4×0.04=1.2KN·m,
查资料知松木的容许应力为:
12Mpa,计算松木的最大容许弯距M=288×12=3.456KN·m>1.2KN·m,满足要求。
松木E=9×106KN/m2,I=0.124/12=1.728×10-5m4
方木挠度f=5×30.4×0.64/384/9/106/1.728/10-5=0.33mm<
L/400=600/400=1.5mm。
由此可知,采用的方木是安全的。
⑶第二层方木计算(6cm×8cm×150cm,间距20cm)
单根方木的受力面积是0.2×1.5=0.3m2,单根方木受为:
50.6×0.3=15.2KN,q=15.2/1.5=10.1KN/m,受力简图及弯距图为(按q=1KN/m计算)
计算得6cm×8cm方木的抗弯截面系数为:
W=6×82/6=64cm3,由弯矩
图知,最大弯矩为10.1×0.04=0.4KN·m。
查资料知松木的容许应力为:
12Mpa,计算松木的最大容许弯距M=64×12=0.768KN·m>0.4KN/m,满足要求。
松木E=9*106KN/m2,I=0.06×0.083/12=2.6*10-6m4
方木挠度f=5*10.1*0.64/384/9/106/2.6/10-6=0.7mm<L/400=600/400=1.5mm。
因此,采用6cm×8cm方木是安全的
5、顺桥向钢管桩及工字钢计算
⑴钢管桩受力计算
φ720的钢管桩,横向间距为120cm,纵向间距为450cm,共六排。
每个拱肋下12根钢管桩,单根钢管受力为:
50.6×1.2×4.5×6÷12=113.9KN,由δ=F/A,查资料知:
φ720钢管的截面积A=223cm2知,δ=113.9/223=5.1Mpa<[215Mpa]。
满足要求。
⑵工字钢受力计算
顺桥向钢管桩之间搭设三根25工字钢,间距为40cm,作为此处拱肋下普通钢管支架的基础平台。
单根25工字钢的受力:
50.6×4.5×1.2/3=91.1KN。
每米25工字钢的受力为:
91.1/4.5=20.2KN/m。
受力简图及弯距图为(按q=1KN/m计算)
根据下面的弯矩图可知,q=1KN/m时,最大弯矩为2.13,故最大M=20.2×2.13=43.2KN·m,
查资料知25工字钢的抗弯截面系数为:
W=401.9cm3,25工字钢的容许应力为:
170Mpa,惯性矩I=5.0×10-5m4,E=206×106KN/m2。
计算25工字钢的最大容许弯距M=170×401.9=68.3KN·m>
43.2KN·m,满足要求。
25工字钢挠度f=5×20.2×4.54/384/206/106/5.0/10-5=10mm<L/400=4500/400=11mm。
由此可知,采用的25工字钢满足要求。
6、翼板立杆计算
支架采用步距70×70cm,横杆步距120cm,翼板处受力最小,单根立杆的最大受力面积为:
0.7×0.7=0.49m2,单根立杆受力为:
12.4×0.49=6.1KN,查资料知:
横向步距为1.2米时支架可承受30KN,支架完全满足施工要求。
翼板的方木布置和横梁底板方木布置相同,翼板所受荷载比底板所受荷载小的多,根据底板方木的计算结果可知,翼板方木的布置是安全及符合施工要求的。
为进一步保证支架的稳定及安全,在纵向和横向均搭设剪刀撑。
通过计算,以上支架设计是安全的,施工时要严格按照设计及规范施工,保证支架的安全及现浇拱肋和横梁的质量。
7、基底处理
首先,按照河道正常流水的标高,进行河床清理,并对河床下基础比较软的进行砂砾石换填50cm~100cm,在支架范围四周各80cm的河床内,采用C15砼硬化10cm,保证基础表面不透水。
跨中六排钢管桩打入砂砾层4m。
基础承载力按2.5m×0.2m×0.2m枕木计算,按照最大荷载50.6KN/m2进行计算,枕木受力面积为2.5×0.2=0.5m3,则枕木受力为50.6×0.5=25.3KN,枕木处要求地基承载力为:
25.3/0.2/2.5=50.6Kpa,换填后试验基底承载力要求达到100Kpa以上,基础满足施工需要。
五、间距为4.5m钢管桩的过水流量计算
可以把间距为4.5米的两排钢管桩作为一个矩形薄壁堰,根据工程流体力学中的公式(法兰西斯公式Q=1.838bH3/2米3/秒,其中b为堰口宽度,H为水头高度)计算:
假定水头高度为3米时,Q=1.838×4.5×33/2=32.7米3/秒。
整个断面有四个过水通道,即总流量Q=32.7×5=164米3/秒>136米3/秒,满足南宁市竹排冲河道的流量要求。
六、方案编制依据
《路桥施工计算手册》人民交通出版社2004.2
《材料力学》西南交通大学出版社1994.12
《工程流体力学》冶金工业出版社2004.8
《预应力张拉施工及材料设备》人民交通出版社2002.5
《建筑施工安全资料手册》中国建筑工业出版社2003.5
《装配式公路钢桥使用手册》人民交通出版社1998.5
七、
模板安装拆除安全技术措施
1、严格控制模板之间的缝隙,必要时用水泥腻子粉填充,避免漏浆现象的发生。
2、模板拆除时,不得随意撬动,按顺序依次拆除。
3、不能随意锯断模板和方木,必要时应征得施工员的同意。
4、超过2m以上的操作部位,必须搭设操作平台,不得违章临边、临空施工。
5、搭设支架时,必须随工作面的展开上紧钢管扣件,防止不知情人员发生意外。
6、禁止垂直交叉作业,特殊要求必须上下同时作业时,要做好交叉作业的安全防护措施后进行。
7、浇筑砼时,在拱肋底板吊挂钢筋,来监测支架和模板的变形。
8、拆模时,必须设警戒标志,必要时派专人看守,禁止他人入内。
禁止将模板大块橇下,以免发生意外。
9、待横梁吊装完成后,才能进行贝雷片拆除,采用两台吊车,逐片进行拆除。
八、支架倒塌安全应急预案
1、基本情况
由于建筑施工企业特点,决定使用大量的施工机械钢管支架等,人员多而杂,教育培训的技术程度参差不齐,管理不善时经常发生伤害事故,因此制定事故应急救援预案。
2、应急救援组织机构及其职责
为了降低事故的伤害程度和死亡率,专门成立事故应急救援小组,对事故中的轻伤人员,现场及时进行包扎救治,伤情严重的,专人负责送至附件医院紧急抢救。
成立现场抢险应急小组。
人员组成:
组长:
组员:
事故发生后,现场值班人员必须以最快捷的方法,立即将所发生事故的情况报告现场抢险应急小组。
现场抢险应急小组接到事故报告后,立即报告上级应急救援指挥中心,同时按照预定的应急救援程序安排人员赶赴现场。
事故发生后,保护事故现场,并迅速采取必要措施抢救人员和财产,现场抢险组负责事故现场的处置。
根据事故发生的实际情况,分析事故原因,及时制定处理方案,采用加固、抢修或排除事故隐患等措施,有效的遏制事故的蔓延。
同时,负责现场周围人员和器械材料的抢救,将事故的损失降到最小,避免事故范围的扩大和再次发生。
九、安全施工体系
1、树立“安全第一、预防为主”的安全指导思想,抓生产必须抓安全,以安全促生产。
项目部成立以项目经理为首的安全领导小组,配备专职安全工程师,负责全面的安全管理工作;队建立健全安全领导小组,配备专职安全员,负责各项安全工作的落实。
驻地管理人员一律配证上岗,配证内容有姓名、职务和本人相片,安全员的配证为红色以示醒目。
2、建立健全安全生产责任制,从项目经理到生产工人,明确各自
岗位责任,各专职机构和业务部门要在各自的业务范围内对安全生产负责。
3、加强全员的安全教育,使广大职工牢固树立“安全第一,预防为主”的意识,克服麻痹思想,组织职工有针对性的学习有关安全方面的规章制度和安全生产知识,做到思想上重视,生产上严格执行操作规程。
各类机械设备的操作工、电工、架子工、起重信号工、焊工等工种,必须经专门安全操作技术训练,考试合格后方可持证上岗。
严禁酒后操作。
4、操作人员必须佩戴安全帽,高空作业严禁穿硬底和带钉易滑的鞋并应按要求系好安全带。
5、加强对车辆运输的安全管理,严禁酒后驾车疲劳驾车,要定期对施工、生活用车进行维修、保养。
6、坚持经常和定期安全检查,及时发现事故隐患,堵塞事故漏洞,奖罚当场兑现;坚持以自查为主,互查为辅,边查边改的原则查思想、查制度、查纪律、查领导、查隐患,并结合工程、季节特点,重点查防触电、防高空坠落、防机械车辆事故、防汛、防火等措施的落实。
7、技术部门要严格按照安全生产的要求编制工程项目的施工组织设计,同时编制安全技术措施;对采用的新技术、新材料、新结构、新工艺、新设备,要认真编制安全技术操作规程。
8、通过改进施工方法、施工工艺,采用先进设备等措施,不断改善劳动条件,搞好劳动保护,定期对职工进行体检,预防疾病的发生。
9、生产、生活设施的现场布置要结合防汛考虑,并在汛期到来前做好各项防范措施。
10、施工现场设临时围墙和门卫,做好防盗、防火、防破坏工作;施工现场入口及危险作业部位设安全生产标志、宣传画、标语,随时提
醒职工注意安全生产;场内各种安全设备、设施、标志等,任何人不准擅自拆动。
11、加强电线路管理。
施工现场内电线与其所经过的建筑物或工作地点保持安全距离,同时加大电线的安全系数。
各种电动机械设备,必须有可靠有效的安全接地和防雷装置,严禁非专业人员操作机电设备。
12、加强对设备的检查、保养、维修,保证安全装置完备、灵敏、可靠,确保设备的正常安全运转。
13、文明施工,对施工道路要定期维护,尤其在雨季加强养护整修,杜绝交通事故。
14、对进场人员进行经常性的法律、法规教育,防止施工扰民及治安、刑事案件发生。
15、建立伤亡事故及时报告制度,做到“三不放过”,即:
事故原因分析不清不放过;事故责任者和当事人未受到教育不放过;没有防范措施不放过。
一十、环境保证措施
1、水环境保护措施
(1)靠近生活水源的施工,设置同生活水源隔离措施,避免污染生活水源。
(2)施工废水、生活废水按有关要求进行处理,避免直接排入农田、河流和渠道。
(3)桥梁施工废水,建沉淀过滤池或采用其它方法处理合格后排入河流,防止对河流的污染。
(4)施工机械的废油废水,采用隔油池等有效措施加以处理,避免超标和随意排放。
(5)生活污水采取二级生化或化粪池等进行净化处理,经检查符
合标准后排放。
2、大气环境保护及粉尘的防治
(1)在运输水泥等易飞扬物料时用蓬布覆盖严密,并装量适中,不得超限运输。
(2)配备专用洒水车,对施工现场和运输道路经常进行洒水湿润,减少扬尘。
(3)汽油等易挥发品的存放要密闭,并尽量缩短开启时间。
(4)施工尽可能使用电动机械和低污染机械。
环境保护管理体系图
3、固体废弃物管理
(1)施工营地和施工现场的生活垃圾,设置临时堆放场集中堆放,
定期清至环保部门指定场所。
(2)施工和生活中的废弃物经当地环保部门同意后,运至指定地点。
工地设置免冲洗的生态厕所,派专人管理,并定期对周围喷药消毒,以防蚊蝇滋生,病毒传播。
(3)报废材料定期运出现场,并进行掩埋等处理。
对于施工中废弃的零碎配件,边角料、水泥袋、包装箱等,及时收集清理并搞好现场卫生,以保护自然环境不受破坏。
4、噪音管理
(1)对使用的工程机械和运输车辆安装消声器并加强维修保养,降低噪音。
机械车辆途经居住场所时应减速慢行,不鸣喇叭。
(2)在比较固定的机械设备附近,修建临时隔音屏障,减少噪音传播。
(3)合理安排施工作业时间,尽量降低夜间车辆出入频率,夜间施工避免安排噪音很大的机械。
(4)适当控制机械布置密度,条件允许时拉开一定距离,避免机械过于集中形成噪音叠加。
(5)钢筋加工、混凝土拌和、构件预制等场地,尽量远离居民区。
(6)合理安排施工人员在高噪音区和低噪音区的作业时间,并配备劳保用品。
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