钢便桥施工方案36B工字钢.docx
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钢便桥施工方案36B工字钢
钢便桥施工方案
一、工程概况
(一)、临时栈桥桥位及简介本临时栈桥为修建田西高速而建;位于“中国能建葛洲坝集团田西高速公路二部”承建的K45~K65范围内。
根据临时工程规划方案中K46+050~K58+200沿线路纵向全线施工便道贯通。
道路沿线分布有定安互通立交、定安隧道、八新隧道及多座高架大桥等多个重点工程,途经4号拌合站及驻地、梁场、多处高架桥梁、隧道施工驻地以及通往各施工工点的主便道上。
本桥位于主线K51+410左侧,该处为定安互通主线高架大桥的施工主便道上。
此处跨越驮娘江支流河道,汛期洪水流量较大。
前期该段便道已经完成施工,施工中在此处设置了4孔φ1.5m钢筋混凝土圆管涵,圆管总长40m。
最近几次强降雨,河道因流域面积较广,自上游河道随洪水携带大量树木枯枝至此涵洞入口,致使涵洞堵塞造成排水泄洪不畅,导致农田被淹、农作物、果木毁坏,近日多户村民强烈要求补偿损失。
故此,因形势所迫需要在紧邻既有圆管涵上游重新修建一座临时工字钢临时栈桥。
根据我单位以往施工经验,计划此处采用Ⅰ36b工字钢作为主跨纵梁,两岸分别设置现浇片石混凝土桥台,该处河道涉水宽度一般在2~4m左右,汛期最大行洪宽度大于5m,经综合分析设置净跨大于6m桥梁可满足泄洪要求。
特架设一孔9米工字钢钢结构临时便桥一座以满足行洪及两岸通行需要。
桥位原地面标高:
403.7~406.2
(二)、工程地质、水文概况设计单位提供的《地勘报告》有关定安互通高架大桥相关资料、数据
1.2.1地形地貌
桥址区处于驮娘江三级阶地地貌单元,阶地上覆为冲洪积层。
周边山区地形沟谷深切,自然斜坡坡面较缓,地表多分布坡残积含碎石粉质黏土,覆盖层较薄。
坡面植被较发育,多为灌木草丛和甘蔗等。
地面坡度10°~18°。
1.2.2气象
田林县为广西至云贵高原的过渡地带山地,系构造侵蚀中低山陡坡地貌。
全境东北、西北、西南和中部较高。
向东南、向北逐步倾斜。
地貌类型境内以山地为主,由土山(砂岩与泥页岩组成)和石山两类组成。
境内地形较复杂、山高谷深,垂直高度差异明显,自然斜坡较陡,植被发育茂盛。
气候属亚热带季风类型,随着海拔的升高和地势的不同,形成许多区域性小气候。
极端最高气温40℃,极端最低气温为-7.3℃。
年平均气温16.4~21.6℃,年平均降雨量1204mm,年平均蒸发量为1590.1毫米,全年盛吹东南风,风向频率占30%(指县城),多年平均风速1.2m/s。
由于冬春、夏秋受两种不同性质的大气环流影响,季风气候明显,干、湿季界线分明,一般雨季(5~10
月)降水量占全年总降水量的80%以上,干季(11~4月)降水量占全年总降水量的20%以下;平均无霜期长达346天,年内平均日照1696.4小时,日照充足,热能资源丰富。
1.2.3水文
路线所经区域主要河流为驮娘江及其支流。
河道曲折多滩,属沙质河床。
桥址区北东方向约150m处驮娘江蜿蜒穿过,为区域最大河流;桥梁跨越的沟谷底部有一常年性溪流,水量小,年水位变幅约1~4m,对桥梁工程影响不大。
3、工程地质条件
3.1地层岩性
根据工程地质调绘及钻探揭露,桥址区分布地层主要为冲洪积(Q4al+pl)卵石和粉质黏土、三叠系中统板纳组下段(T2b1)强~中风化砂泥岩互层为主。
各岩土层特征及分布范围自上而下分述如下:
详见图1、图2
8-13-2冲洪积硬塑粉质黏土:
灰黄色、灰褐色;土质均匀,结构致密,土芯切面稍光滑,局部呈花斑状,手指可压入土芯1~3mm,干强度及韧性中等,无摇振反应。
土体中局部含约10~15%不等的卵石,卵石成分主要为强至中风化砂岩、泥岩。
钻探揭露厚度1.00~1.50m,土石工程分级为Ⅱ级。
该层桥址区所有钻孔均有揭露。
11-30-5强风化极破碎砂泥岩互层:
褐黄色、灰黄色;岩石风化强烈,原岩基本层理结构大部分已破坏,岩石风化呈碎块石状、碎片状,风化裂隙发育,裂隙中均为黏性土充填,冲击钻进困难,给水钻进进尺较快。
砂岩为泥质粉砂结构,泥岩强风化碎片用手可折断。
岩体极破碎,为软岩。
本次钻探揭露厚度2.50~5.30m,土石工程分级为Ⅲ级。
该层桥址区所有钻孔均有揭露。
12-30-4中风化破碎砂泥岩互层:
灰色、青灰色;薄至中层状砂泥岩互层,砂岩为泥质粉砂结构,泥岩为泥质结构,浸水易软化,失水后开裂。
原岩风化较强烈,节理裂隙发育,多呈张性,裂隙中为泥质或铁质充填,清水回转钻进进尺较快,取芯多呈碎块状,局部砂岩较厚,取芯呈短柱状,岩体较破碎,为较软岩。
设计桥位工程地质剖面截图
(1)
设计桥位工程地质柱状图
(2)
(3)、编制依据及参考
1、田林至西林(滇桂界)高速公路土建工程施工设计图;
2、田西高速二分部总平面布置图
3、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000);
4、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015);
5、《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92);
6、《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071-98);
7、《公路工程施工安全技术规程》(JTJ076-95);
8、《钢结构设计规范》(GB50017-2017);
9、《实用土木工程手册》、《路桥施工计算手册》;
10、《钢结构计算》梁启智、王仕统编撰
(4)、编制原则
1、安全第一的原则在施工组织设计的编制中始终按照技术可靠、措施得力、施工顺序安排合理、确保安全的原则确定施工方案。
工程开工前做到安全保证措施首先落实到位,在确保万无一失的前提下组织施工。
2、优质高效的原则加强领导,强化管理,优质高效。
根据我们在施工组织设计中明确的质量目标,贯彻执行ISO9001质量体系标准,积极推广“四新”技术,确保创优规划和质量目标的实现。
施工中强化标准化管理,招标采购原材料,合理组织均衡生产,适时量本分析,确保成本最小化,最大限度降低工程造价。
3、方案优化的原则科学组织,合理安排,优化施工方案是工程施工管理的行动指南。
在保证安全、确保质量、满足工期、有利环保的原则下对施工方案进一步优化。
4、确保工期的原则根据建设单位对本合同段的工期要求,编制科学的、合理的、周密的施工方案,按照合理配置资源、组织平行及交叉作业,采用网络计划技术对各工序作业时间加以控制。
同时,搞好工序衔接,适时进度监控,及时修正作业资源配置,确保工期目标,满足业主要求。
5、科学配置的原则
根据本合同段的工程量大小及各项管理目标的要求,在施工组织上实行科学配置,选派有经验丰富的管理人员、过硬的技术人员和专业化水平高的施工队伍,投入高效先进的施工设备,确保工程施工的顺利进行。
二、临时栈桥设计
2.1、临时栈位置示意图:
2.2、临时栈桥桥台
临时栈桥拟采用实体桥台,明挖扩大基础,基础及台身采用C20片石混凝土现浇;台帽采用C30钢筋混凝土,两端桥台胸墙顶纵向埋设∠50×50×5角钢保护锋边。
本桥纵梁拟采用Ⅰ36b工字钢作为主跨材料,便桥设计长度为11.1m,桥跨结构形式为8m×9m工字钢不等式排列,一跨跨越河道,两岸设桥台,便桥直接引到路基上;桥面宽4.5m,一般情况下仅需满足《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)中普通一级公路汽车荷载通过要求。
最不利设计荷载需满足最大载重100吨车辆通行(按挂车—100级考虑)。
桥位位于河道两侧,依据定安互通高架大桥初步设计图揭示的地质情况,地质持力层选择及基础型式。
小里程桥台附近上覆为硬塑粉质黏土、稍密状漂石、可塑状粉质黏土、软塑状粉质黏土和稍密状卵石;下伏基岩为强~中风化砂泥岩互层为主。
大里程桥台附近上覆为硬塑粉质黏土;下伏基岩为强~中风化砂泥岩互层为主,大里程桥台覆盖层厚约1.50m,采用明挖扩大基础桥台,桥台基础置于强风化砂泥岩互层中,基础埋深根据工程力学需要及桥台锥坡稳定要求计算确定,桥台基础开挖后,应尽快在基底浇筑基础平整层,避免下伏基岩中泥岩长期浸水降低持力层力学强度。
2.3结构形式及工字钢布置
根据我单位在全国各地高速公路、铁路、水电等工程项目建设中,类似临时钢栈桥施工的使用性质、结构形式、车辆通行要求、桥面宽度、平面布置、长度、材料、环境、施工经验等诸多因素综合考虑。
本桥拟采用Ⅰ36b工字钢作为主跨材料,便桥设计长度为11.1m,桥跨结构形式为8片工字钢对称布置纵向为9m,工字钢横向联结成两片、不等距排列,台帽宽75cm,桥下净跨750cm,一跨跨越河道,两岸设桥台,便桥直接引到路基上;桥面宽4.5m,
一般情况下满足通过普通一级公路汽车荷载要求,最不利设计荷载需满足最大载重100吨车辆通行(按挂车—100级考虑)。
2.3.1工字钢横向布置见下图:
Ⅰ36b工字钢横向布置图
2.3.2工字钢结构横向联结
本栈桥纵向采用两片式结构,每联设置4片Ⅰ36b工字钢,横向采用φ108壁厚6mm无缝钢管L=2m,共5根;纵向间距2m。
在工字钢腹板中心切割φ110孔双面焊接形成整体结构,工字钢立放于桥台台帽上,下铺垫2cm厚防滑木板。
焊缝宽度10mm,钢管外侧与桥面等宽,便于桥面栏杆立柱焊接。
栈桥横联平面示意图
2.3.2桥面板
本桥采用桥面满铺б=16mm防滑花纹钢板,与工字钢连接采用Φ18锰钢U型螺栓联结,钢板与工字钢之间垫厚度10mm木工板防滑条,纵向间距75cm,详细布置如钢板固定连接示意图。
见下图
2.3.2桥面栏杆防护
桥面栏杆:
立柱采用∠50×50×5角钢,分别焊接于横联钢管及工字钢翼缘板上,纵向间距2m。
两端桥台台尾预埋螺栓,角钢立柱固定于螺栓上。
栏杆详细布置见:
栏杆立面示意图、中心横截面图
钢板固定连接节点平面示意图
U型螺栓大样
厚16mm锁口钢板
A大样
栈桥栏杆立面示意图
栈桥中心横截面
杆栏管24φ
全桥钢材数量表
序号
材料名称
规格
单位
单根长度
数量
单位重
总长
重量
备注
m
根
kg
m
kg
1
工字钢
Ⅰ36b
kg
9
8
65.6
72
4723.2
纵梁
2
钢管
φ108、d=6
kg
2
10
15.093
20
301.9
横联
3
钢管
φ42、d=2.5
kg
11
6
2.435
66
160.7
栏杆
4
角钢
∠50×50×5
kg
4.5
2
3.77
9
33.9
防护
5
角钢
∠50×50×5
kg
1.52
14
3.77
21.28
80.2
栏杆立柱
6
钢板
δ=16
m2
40.5
125.6
5086.8
桥面板
7
螺栓
Φ20
kg
0.986
55
2.466
54.23
133.7
钢板固定
8
螺母及垫片
M18
套
55
1.2
66.0
9
HPB400钢筋
N1、Φ20
kg
4.4
36
2.466
158.4
390.6
台帽
10
HRB300钢筋
N2、Φ20
kg
1.76
46
2.466
80.96
199.6
11
HRB300钢筋
N3、φ8
kg
1.822
92
0.395
167.624
66.2
12
HRB300钢筋
N4、φ8
kg
2.78
46
0.395
127.88
50.5
13
HRB300钢筋
N5、φ8
kg
2.73
46
0.395
125.58
49.6
合计
11343.0
2.4主要工程数量本工程位于相对地势平坦、开阔处,挖方数量较小,主桥架设完成后,需及时对桥台锥坡采用M7.5浆砌片石防护,同时对上下游河道主干渠两边采用干砌片石进行防护及加固处理,避免因洪水造成破坏。
下表中防护工程量为暂列数量,实际工程量以现场收方为准。
工程数量表
序号
名称、规格
单位
数量
注
1
基础开挖石方
m3
285
桥台
2
C20片石砼
m3
43.02
桥台
3
C30钢筋混凝土
m3
9.90
桥台
4
改移河道挖方
m3
465
5
全桥钢材
kg
11343
6
M7.5浆砌锥坡
m3
24
7
干砌片石河道防护
m3
36
7
2cm厚硬质木板
m2
6.75
8
100mm宽10mm厚木条
m2
7.2
三、结构检算
3.1荷载
3.1.1自重恒载
自重荷载为钢栈桥自重,已知全桥钢材重量为11343kg
则:
q1=11.343*9.8/9=12.35Kn.m
荷载简图如下:
q=12.3q5=K12N1..m9KN.m
3.1.2规范中公路标准荷载
汽车超—20级荷载简图如下:
3.1.3挂车—100荷载
荷载简图如下:
3.1.49m钢桥实际结构简化计算图:
如下
3.2截面最大弯矩(Mmax)图
3.2.1恒载作用下的Mmax图
由弯矩计算公式:
恒载Mmax=ql2/2=12.35×7.5×7.5/8=86.836KN.m
2ql
Mmax=
8
恒载作用下跨中最大弯矩
3.2.2汽车超—20级作用下的Mmax图
3.2.3挂车—100级作用下的Mmax图
平板挂车—100全桥只能通过一辆,不考虑冲人群和其它外力
250KN250KN
250KN250KN
挂车—100作用最大弯矩
3.3结构受力分析根据简支梁影响线计算公式:
Mmax=a×b/L,可知栈桥在跨中位置a=b时影响线竖
值最大。
此时栈桥处于最不利荷载位置;即Mmax=a×b/L=3.75×3.75/7.5=1.875
3.3.1跨中最大弯矩计算
⑴.汽车超—20级为⑴时,跨中MmaxMmax①=3.75×3.75×140/7.5+5.15×2.35×140/7.5
=486.313KN.m
⑵.汽车超—20级为⑵时,跨中Mmax
Mmax②=0.75×6.75×30/7.5+3.75×3.75×120/7.5+5.15×2.35×120/7.5
=438.89KN.m
⑶.汽车超—20级为⑶时的影响,由受力图⑶示可忽略不计
⑷.挂车—100级作用下的Mmax图Mmax④=0.55×6.95×250/7.5+1.75×5.75×250/7+5.75×1.75×250/7.5+6.95×0.55×250/7.5
=925.67KN.m(最大值)
由以上最大弯矩进行受力分析,可知当恒载不变+挂车—100级荷载上桥后处于跨中位置时,为最不利荷载组合(极限值)。
动荷载冲击系数1+μ=1+50/(70+L)
=1+50/(70+7.5)=1.645
安全系数采用1.2
Mmax极限=(Mmax恒+Mmax①)×1.645×1.2
=(86.836+925.67)×1.645×1.2=1998.69KN.m2
3.3.2计算最小抗弯截面模量
查路《桥施工计算手册》,钢号为16Mn钢材的屈服容许应力[δζ]=390Mpa则:
最小抗弯截面模量:
wmin=Mmax/[δζ]=1998.69/390=5.125KN.m2
3.3.3计算需要布置的工字钢根数
查表知Ⅰ36b工字钢Wx=919cm3
n=Wmin/Wx
n=5.125×103/919=5.58(取整为6根)即可满足最大荷载通过要求。
综合考虑桥面宽度需要及对称布置等因素;所以:
本桥选取8根工字钢满足要求。
3.3.4面板设计
I36b工字钢参数表
1
几何尺寸
h=360cm
t=15.8cm
b=138cm
r=12cm
d=12cm
2
X—X轴
IX
4
16530cm4
WX
919cm3
iX
14.1cm
SX
3
541.2cm3
IX/SX
30.3cm3
3
截面面积
2
83.5cm2
4
单位重量
65.6kg/m
3.4选择截面及验算在选择截面形式时,首先考虑结构简单、制造省工、便于运输。
和取材容易。
要达到用料经济,就必须使截面符合等稳定性和薄壁面宽敞的要求。
所谓等稳定性就是轴心构件在两个主轴方向的细长比相等,即λχ=λy,所谓薄壁面宽敞的截面,就是在保证局部稳定的条件下,尽量使壁薄一些,使材料离型心轴远,以增大截面的回转半径,提高稳定和承载力。
然而在现实选材方面因受力条件和跨度方面的因素
当初步确定采用的工字钢型号、钢材标号、计算长度、轴向受力和截面形式后,其截面验算按下列步骤进行
3.4.1、先假定细长比λ然后根据截面在有关表中查得稳定系数ψ,并计算所需的回转半径i=l0x/λ。
假定λ时参考经验数据:
当l0=6~10m,N<1500kn时,λ=70~100;当N=1500~3500KN时,λ=50~70;
实际本栈桥轴心受压,最大和最不利荷载按挂车—100,简化计算N=(100+11.343)×98/8=1364Kn.m2,考虑动荷载冲击及安全系数:
动荷载冲击系数按1.2;安全系数按
1.2计算;则
N=1364×1.3×1.2=2127.8Kn.m2
3.4.2、由公式计算所需截面面积:
A≥N/ψ.f
计算式中:
f—钢材的受力强度A—截面面积
ψ—轴心压杆的稳定系数
N—轴心受力
3.4.3、根据i和A值选择工字钢型号。
由于λ是假定的,通常不能一次就选出合适的截面。
如果假定的λ值过大,则所得A值也大,导致初选的h和b较小,从而使腹板和缘板过厚,这种截面并不经济,这时可直接加大b和h,适当减小A值。
反之假定的λ值过小,则h和b过大,A值过小,以致杆件不能满足稳定要求,这时需要减小b和h值,适当增大A值。
通过多次必选修正,最终选出合理的截面形式。
工字钢型号选用:
目前我国采用屈服点为390Kn.m2的16锰钢已很普遍,工字钢:
对x轴为a类;对y轴为b类。
λ取值—柱、桁架、水平杆件:
a类取值150;b类取值为200
由上述公式:
A≥N/ψ.f=2127.8/(0.339×390)=16.09cm2根据同济大学由梁启智、王仕统编撰《钢结构计算》相关数据、计算公式查表得(λ)=150;ψχ=0.339ψy=0.308
且ix=l0x/λ=900/150=6cm
Iy=l0y/λ=360/150=2.4cm
确定工字钢型号:
由公式:
A=N/ψyf=2127.8×103/0.308×215=2565mm2=32.13cm2
因此:
选用Ⅰ36b工字钢,ix=14.1cm;Iy=2.6cm,A=90.7cm2验算λ≤[λ]和工字钢的整体稳定λx=lx/ix=9×104/14.1=63.8<[λ]=150λy=ly/iy=0.36×103/2.6=138.5<[λ]=150(满足)
3.5计算方法
结构设计的基本原则是要做到技术先进、经济合理、安全适用和确保质量。
也就是说:
力求以最经济的方法,使结构以适当的可靠度满足一下基本功能
1、安全性:
结构能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用,以及能在偶然事件发生时及发生后保持必须的整体稳定性。
2、适用性:
结构在正常使用时应具有良好的工作性能。
3、耐久性:
结构在正常维护和使用情况下具有足够的耐久性。
结构的可靠性,就是结构的安全性、适用性、耐久性的统称。
随着工程技术的发展结构的可靠性理论得到迅速发展。
建立了明确的、科学的可靠度概念,结构设计已经摆脱传统的定值设计方法,进入以概率理论为基础的极限状态设计。
结构的或构件的某一部分超过某一特状态设定值,就不能满足设计规定某一功能要求,此特定状态称为该功能的极限状态,机构的极限状态为以下两种情况。
1、承载能力极限状态:
对应于结构或构件达到最大承重能力或不适于继续承载的变形。
包括强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、倾覆、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等情况。
2、正常使用极限状态:
对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制。
包括出现影响正常使用或影响外观变形,出现影响正常使用的震动、振动及影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)等。
焊接变形:
焊接变形伴随着焊接应力产生。
变形包括纵向收缩、横向收缩、角变形、波浪变形和扭曲变形等。
焊接变形对构件的工作将产生不利影响,因此必须加以限制,制造焊接结构时应满足钢结构工程施工和验收规范中有关规定,否则,应采取合理措施予以纠正,以免影响构件的承载力。
四、施工方案
4.1、施工测量放线
在保证已完成的施工便道正常通行的前提条件下,选取既有圆管涵上游合适的位置,考虑基坑开挖最大高度为3m按1:
1.5放坡,确定桥台位置。
待本便桥施工完成后,与既有道路连接,桥台两端必须保证大于18m的直线距离,以便竣工车辆通行顺畅。
在结构物附近加密埋设导线点和水准点。
本施工段的桥梁,其平面控制采用闭合
导线三角网。
桥位两端各布设不少于2个控制点和水准点,以确保桥梁桥位、跨径、
高程等符合规范要求和设计要求。
桥梁的墩、台中心线采用全站仪直接测量放样,其观测精度应满足《公路桥涵施工规范》要求。
4.2、桥台混凝土浇筑
4.2.1、基础、台身、台帽及施工
本临时栈桥基础及台身采用C20片式混凝土浇筑,由于属于临时工程,基础部分在地质条件允许的情况下,可以考虑免立模浇筑,即:
基坑开挖后采取基坑满灌的方式直接浇筑,根据本桥地基允许承载力要求大于150Kpa即可,该处本身为主线定安互通高架大桥桥址,通过设计地勘报告揭示,河床附近原地面向下1,5m允许承载力为180Kpa。
4.2.2、基础、台身、台帽几何尺寸基础:
长×宽×高=3.8×4.5×1.0m台身:
长×宽×高=1.8×4.5×1.1m台帽:
长×宽×高=1.8×4.5×前0.4后0.82m台帽部分为外露部分需要严格按照设计图
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- 便桥 施工 方案 36 工字钢
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