贵阳市北京东路延伸段贵阳东北城市干道 一期道路工程第三合同段情人谷特大桥合拢段施工方案.docx
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贵阳市北京东路延伸段贵阳东北城市干道一期道路工程第三合同段情人谷特大桥合拢段施工方案
贵阳市北京东路延伸段(贵阳东北城市干道)一期道路工程第三合同段
情人谷特大桥
合拢段施工方案
中铁五局集团路桥工程有限责任公司
贵阳市北京东路延伸段一期道路工程3标项目经理部
2013年8月16日
一、编制依据
1、情人谷特大桥设计图纸
2、材料力学,范钦珊主编
3、《公路桥涵施工指南》
4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
5、《大跨径预应力砼梁桥设计施工技术指南》张喜刚主编。
6、《路桥施工计算手册》(GB5768-1999)
7、《木结构设计规范》GB50005-2003
8、《碗扣式钢管脚手架安全技术规范》jgj166-2008
二、工程概况
情人谷特大桥主桥连续刚构位于贵阳市乌当区情人谷风景区,桥梁上跨整个景区,主桥主跨跨越情人谷谷底。
左右幅主桥均采用95m+170m+95m变截面预应力连续刚构,墩根部梁高11m,跨中梁高4m,全桥分23个节段和4个边跨现浇段,4个边跨合拢段,两个中跨合拢段,挂篮悬臂浇注。
箱梁顶宽15m,底宽8m,合拢段梁高4m,合拢长度2m。
现浇段长度为8m,梁高4m,桥面设置1.5%的横坡,梁体砼为C55。
三、边跨现浇段
3.1边跨现浇段施工方案
边跨现浇段采用普通碗扣架满堂支架搭设施工方案。
底板采用2cm厚单面光滑竹胶板做面板,面板下纵向满铺10cm×10cm方木,横向分配梁采用φ140圆钢管(t=5mm)。
立杆间距在腹板下加密为30cm(横向)×60cm(纵向),空箱位置60cm(横向)×60cm(纵向),翼缘板位置90cm(横向)×60cm(纵向),竖向步距为120cm,上下设置天地托,天地托的可调高度控制在5~25cm之间,支架底部横向下垫20cm宽木板。
纵、横向剪刀撑间距3.6m,水平剪刀撑间距4.8m,剪刀撑斜杆与水平面角度交角在45°到60°之间,在墩柱部位支架应抱柱,竖向间距4.8m。
支架基础硬化20cm厚C30砼,地基承载力满足理论承载力1.2倍以上安全系数。
16#墩左右幅边跨现浇段支架基础采用一级平台,平台采用碎石填料分层碾压,地基础满足承载力大于300kpa以上后硬化20cm厚C30砼。
分配梁所使用方木为阔叶树种木材,强度等级为TB17。
3.2边跨现浇支架布置图
立面图
侧面图
平面图
内模支架图
3.3边跨现浇支架受力计算
1、主要设计技术参数
(1)砼自重GC=26kN/m3;
(2)钢弹性模量Es=2.1×105MPa;
(3)砼超灌系数:
1.05
(4)模板自重取砼重0.2系数
(5)施工人员和施工机具荷载:
4KN/m2
(6)倾倒砼和振捣砼时产生的荷载:
2KN/m2
(7)风荷载Wk
(8)挠度容许值:
l/400
(9)材料强度设计值:
Q235:
E=2.10×105Map
205Map
205MPa
=120MPa
160MPa
Q345:
E=2.10×105Map
295Map
295MPa
170MPa
200MPa
木材:
E=1.1×104Mpa
MPa
MPa
2.4MPa
2、荷载组合
荷载组合1:
永久荷载+可变荷载(不包括风荷载)
3、荷载组合1计算
荷载计算按最不利情况沿底板横向建立力学模型,腹板底侧立杆纵向间距为60,横向间距为30,横向分配梁为φ140圆钢管(t=5mm),安全系数取1.2。
q1=(1×4×0.6×26×1.05×1.2+1×4×0.6×26×0.2+1×0.6×(4+2))/1=94.7KN/m
q2=((1.8×0.8×0.6×26×2)×1.05×1.2+(1.8×0.8×0.6×26)×2×0.2+1.8×0.6×(4+2))/1.8=40.04KN/m
由同济明星计算器计算得:
R1=-0.1KN;R2=22.8KN;R3=30KN;R4=26.2KN;R5=27.7KN;R6=23.6KN;R7=27.1KN;R8=-12KN
R3=Rmax=30KN
0mm<600/400=1.5mm合格!
;
合格!
合格!
经计算最不利情况为腹板底对应R3纵向支架相对应的R3支架,纵向梁沿纵向单位荷载:
q1=30/0.6=50KN/m
沿纵向取3跨超静定建立力学模型进行受力计算得;
纵向每排支架上有3根10×10方木,故
=2500cm4
=500cm3
由同济明星计算器计算得:
R1=-12KN;R2=33N;R3=33KN;R4=12KN;
R3=R2=Rmax=33KN
0.1mm<600/400=1.5mm合格!
;
合格!
合格!
4、立杆计算:
风荷载标准值
计算;
;
为风压高度变化系数;
风压荷载体型系数;
基本风压,
=0.45KN/m2。
其中
=1.42;
=0.40;
风荷载对立杆产生的弯距:
在最不利情况下单根钢管承受荷载为34.24KN,钢管采用碗扣件钢管,按φ48×3普通脚手架钢管计算。
钢管架立杆在腹板处按纵向60cm×60cm、横向30cm×30cm加密布置,横杆上下步距按120cm布置,钢管长细比:
,查表的轴心受压稳定系数φ=0.75
A=
;
合格!
底托下垫5cm×20cm方木,则地基基础承载力
。
剪刀撑扣件抗滑力计算:
34.24×0.8/6=4.56KN<
=8KN合格!
3.4边跨现浇段支架预压
1、材料准备
预压荷载:
375.1t,预压材料:
钢筋
方木:
10根(10cm×10cm),长度结合现场实际情况调整。
2、预压荷载计算
G底板=(5.493×6.84×26×1.05×1.2+5.493×6.84×26×0.2+6×8×6=1714KN
G腹板=(3.92×2.88×26×1.05×1.2×2+3.92×2.88×26×2×0.2+3.92×6=881KN
G顶板=(3.19×6.84×26×1.05×1.2+3.19×6.84×26×0.2+6.84×8×6=1156KN
3、预压工艺及方案
(1)铺设箱梁底模板
铺设好箱梁底模板,将底模板顶面标高尽量调整到箱梁底设计标高(包括设计预拱度及施工调整值),同时加强对底模板下方木检查,确保支架上方木与模板之间相邻面接触紧密,无明显缝隙。
(2)布置测量标高点
(一)底模板小里程端观测点
其编号为:
1、2、3、4
(二)底模板大里程端观测点
其编号为:
6、7、8、9
(三)底模板左侧观测点
其编号为:
10、11、12、13
(四)底模板右侧观测点
其编号为:
14、15、16、17
3.加载顺序
边跨现浇段砼结构恒载为312.58t,预压荷载取砼恒载的1.2倍375.1t,分四级加载:
第一级加载到60%(187.548t);第二级加载到80%(250.064t);第三级加载到100%(312.58t);第四级加载到120%(375.1t)。
每级加载完成后,先停止下一级加载,并应每间隔12h对支架沉降量进行一次监测,当支架顶部检测点12h后的沉降量平均值小于2mm时,方可进行下一级加载。
加载到120%荷载后静载24小时测量监控点标高,然后逐级卸荷,特别注意准确测量卸载完后监控点标高,以便计算支架的非弹性变形量。
4.观察卸载后各测量点的标高
卸载后测量各观测点的标高值,此时就可以计算出各观测点的变形。
非弹性变形:
d1=H1-H4,通过试压后,可以认为支架、模板、方木等非弹性变形已消除。
弹性变形:
d2=H4-H3,根据弹性变形值,在底模板上设置预拱度d2,以便支架变形后梁体线型满足设计要求。
d3=H2-H3之差值可以看出持续荷载对支架变形的影响程度。
其中H1为加载前标高,H2为加载完后标高,H3为加载完静压24小时标高,H4为卸载完后标高。
5.注意事项
(一)铺设底模板后测量H1前应加强对支架的全面检查,确保支架在荷载作用下无异常变形。
(二)加载过程中应安排专人加强对支架变形情况的观测,如有异常变形情况应及时通知现场施工管理人员立即停止加载,在采取足够的加载措施后方可继续加载,以免出现重大安全事故。
(三)加载及卸载过程中应加强施工现场安全保卫工作,确保安全。
(四)预压完成后应根据支架的变形情况对支架的薄弱环节进行加强,以便保证工程质量的安全和良好的线型。
四、合拢段劲性骨架设计计算
4.1合拢段合拢方案概述
情人谷特大桥主桥连续刚构中跨合拢采用顶推工艺,合拢段劲性骨架采用体外锁定跟临时张拉结合在一起的
锁定方式,既克服了温度膨胀对合拢段压应力的破坏,又防止温度降低时合拢段砼收缩的拉应力,保证合拢段的合拢质量。
边跨合拢段劲性骨架采用双拼I40b工字钢加连接钢板组成骨架,通过反力座将体外劲性骨架锁死;中跨合拢段劲性骨架采用双拼I45c工字钢加连接钢板组成骨架,通过反力座将体外劲性骨架锁死。
合拢时先合拢边跨,再合拢中跨。
边跨合拢段采用支架合拢,无需配重;中跨合拢采用挂篮做合拢吊架,根据吊点的反力在中跨端设置配重,具体配重大小根据中心位置吊点反力大小确定。
中跨配重采用砖砌水箱,在水箱内标注刻度的方式卸载,以保证中跨合拢段合拢质量。
合拢的时间采用在合拢前一周采用24小时监控合拢段标高和温度,选择标高和温度最低时刻合拢。
顶推应根据合拢前一周采用24小时监控的数据确定合拢段的顶推时间,顶推完后监控顶推位移满足要求立即锁死劲性骨架。
4.2合拢段锁定计算架设
、保持合拢段长度不变,锁定骨架支撑力能够抵消梁体温度变形引起的支座或模板体系产生的摩擦阻力即可。
、边跨合拢时边跨模板与砼的摩擦系数取0.15,中跨合拢时活动支座摩擦系数取0.05。
劲性骨架结构图
4.3边跨合拢段受力计算
合拢口锁定主要是克服梁体温差变化差生的轴向力和合拢段砼作用下的弯距,当梁体降温时,砼发生收缩徐变,对合拢段产生拉力,由此确定预应力张拉力;梁体升温时,砼发生膨胀,对合拢后产生压力,由此确定刚性支撑断面。
力学模型如下:
为了简化计算,将温度变化产生的轴向力按线膨胀计算,箱梁分段按平均断面计,假设两墩身无位移,按变形协调原理:
式中N为轴向力,
为砼线膨胀系数,取
;
,
为悬臂梁节段长和合拢段劲性骨架长度(
,
);
为钢材和砼的弹性模量(
,
);
,
分别为第
节断面的长度和断面面积。
根据贵阳往年天气情况,合拢时10月份最高温度和最低温度温差达160C,取温度差
情人谷特大桥“95+170+95”连续刚构桥箱梁截面特性
节段号
平均截面面积(m2)
节段长度(m)
Lh÷(Eh×Ah)
0#
35.35
6
4.84946E-12
1#
31.41
2.5
2.27407E-12
2#
33.51
2.5
2.13156E-12
3#
29.14
2.5
2.45122E-12
4#
28.05
3
3.05577E-12
5#
28.98
3
2.9577E-12
6#
27.85
3
3.07771E-12
7#
26.92
3
3.18404E-12
8#
26.02
3
3.29417E-12
9#
25.31
3
3.38658E-12
10#
24.13
3.5
4.14422E-12
11#
23.16
3.5
4.31779E-12
12#
22.24
3.5
4.4964E-12
13#
18.66
3.5
5.35906E-12
14#
17.95
3.5
5.57103E-12
15#
17.26
3.5
5.79374E-12
16#
16.61
3.5
6.02047E-12
17#
14.62
4
7.81708E-12
18#
14.05
4
8.13421E-12
19#
13.50
4
8.46561E-12
20#
13.10
4
8.7241E-12
21#
12.71
4
8.99179E-12
22#
12.41
4
9.20916E-12
23#
12.33
4
9.33707E-12
合计:
1.27E-10
=131529KN
其中劲性骨架的截面面积Ag=4×188.2×10-4m2
由此可见在主墩固结,边墩活动支座受限的情况下,两端悬臂梁的悬浇段和边跨现浇段的相对距离完全固定,那么劲性骨架的应力已远远超出它所能承担的范围。
因此在边跨合拢口锁定后,应立即释放边墩的滑动支座的限位装置,使合拢后的结构体系形成如下的力学模型。
当梁体滑动支座约束解除后,劲性骨架支撑的受力特点发生了改变:
当升温
时,
;当降温时,
其中
为边跨现浇段砼重量.。
由以上分析可知道,合拢口劲性骨架强度是由升温时应力大小决定的。
为防止新浇注砼受拉,需要对合拢口施加临时预应力束:
当降温时,轴向力为0,
,其中K为抗裂安全系数,取1.2;
为砼与模板之间的摩擦系数,取0.15。
当升温时,
要求临时张拉BT5(22根)、BT2(22根)、B5(22根)、B6(22根)至30%。
4.4中跨合拢
中跨合拢时,边跨支座开始滑动,0#段主墩为墩梁固结,其计算力学模型为:
对于中跨合拢段,由于是合拢两个悬臂梁,两悬臂的变形基本一致,因此劲性骨架主要抵抗由温度变化引起的拉压变形、弯曲和剪切变形。
假设中跨合拢段没有劲性骨架,梁的温度线膨胀系数为
,在温度变化±16℃时,单侧悬臂端的伸长或缩短量为:
因此合拢段的伸长量为:
合拢段的应变为:
从上式看出,中跨合拢段如果不采取措施,合拢段在砼的养护区间是不能抵抗温度变形的。
由于劲性骨架限制了悬臂端的变形,因此可以根据墩的抗推刚度求出骨架的轴力从而确定其截面尺寸。
在计算墩的抗推刚度时,可近似将连续刚构桥主墩按下端固结,上端自由的悬臂柱进行分析,如下图所示意:
纵向位移为1mm时即P为产生单位水平位移时所引起的作用力,E为混凝土的弹性模量;I位主敦刚度;L为主敦高度。
;
因此劲性骨架轴力为:
N=N0+400+6.72×28.6=139.7+497.24=731.892t
中跨合拢段骨架的实际面积为960cm2,劲性骨架应变为
满足合拢段混凝土的变形要求。
中跨临时张拉Z5(22根)、Z10(22根)共计4束至50%。
顶板ZT束设计为5根(2000KN),张拉至50%。
ZT束在中跨合拢段位置太靠中,在顶板倒角处效果最好。
合拢段在温度变化时不仅产生使骨架产生纵向变形,同时还产生竖向变形,对于边跨合拢段来说,由于是支架现浇,支架现浇对竖向变形很小,所以可以忽略不计。
只考虑悬臂端中跨合拢段的竖向变形,从以往桥梁时间现场监控经验,在温度变化±16℃时,悬臂端平均小挠30mm~40mm左右,假定在温度和骨架作用下悬臂端下降
;骨架的剪切应变为
;劲性骨架剪应变
,可见中跨合拢段的剪切变形很小,能满足和拢段砼的养护要求。
劲性骨架可以看成是两端固结的固端梁,悬臂端的竖向位移也会引起劲性骨架固端的弯距,因此劲性骨架也有抗弯要求。
由结构力学可知:
<205mpa合格!
1、边跨劲性骨架设计
断面图
2、边跨劲性骨架受力计算
边跨合拢段轴力N=1396.82KN,平均每根劲性骨架受力为N0=349.21KN。
边跨合拢段为两根双拼I40b工字钢加连接钢板组成。
I40b工字钢截面特性如下:
A=94.10cm2;Ix=22780cm4;Wx=1140cm3;Iy=692cm4;Wy=
96.2cm3
Am=2×A=2×94.10=188.2cm2
Ix0=2×Ix=45560cm4
IY0=2×Iy=1384cm4
组合截面的劲性骨架是外锁形式,其预埋在边跨现浇段与边跨悬臂段端,其压杆长度取3m进行两端焊接,视为两端固定,故劲性骨架μ=0.5进行压杆验算,2根I40工字钢截面组合后最大临界力为:
故取
,查取
,则单个劲性骨架极限理论受力为
;
N0=349.21KN 边跨合拢段每根劲性骨架杆件结构受力满足要求。 3、边跨劲性骨架牛腿焊缝计算 牛腿焊缝只计算钢板A与钢板C、钢板A与钢板B和钢板B与钢板C之间的焊缝,焊缝采用双面焊。 焊缝高2cm,宽2.2cm。 钢板a与钢板b为正面角焊缝,焊缝计算长度lw=8×48-2.2×8=368cm;焊缝计算高度he=0.7hf=0.7×2.2cm=1.54cm; 。 ! 钢板a与钢板c,钢板b与钢板c为侧面角焊缝,焊缝计算长度lw=8×51-2.2×8=390cm;焊缝计算高度he=0.7hf=0.7×2.2cm=1.54cm。 在各种综合力作用下: 4.6中跨劲性骨架容许力计算 1、中跨劲性骨架设计 断面图 2、中跨劲性骨架受力计算 中跨合拢段劲性骨架轴力N=7318.9kn,平均每根劲性骨架受力为N0=7318.9/8=914.86KN。 中跨合拢段为两根双拼I40b工字钢加连接钢板组成。 I40b工字钢截面特性如下: A=94.10cm2;Ix=22780cm4;Wx=1140cm3;Iy=692cm4;Wy= 96.2cm3 Am=2×A=2×94.10=188.2cm2 Ix0=2×Ix=45560cm4 IY0=2×Iy=1384cm4 组合截面的劲性骨架是外锁形式,其预埋在中跨23#节段端头,其压杆长度取3m进行两端焊接,视为两端固定,故劲性骨架μ=0.5进行压杆验算,2根I40b工字截面组合后最大临界力为: 故取 ,查取 ,则单个劲性骨架极限理论受力为 ; N0=914.86KN 边跨合拢段每根劲性骨架杆件结构受力满足要求。 3、中跨劲性骨架牛腿焊缝计算 牛腿焊缝只计算钢板A与钢板C、钢板A与钢板B和钢板B与钢板C之间的焊缝,焊缝采用双面焊。 焊缝高2cm,宽2cm。 钢板a与钢板b为正面角焊缝,焊缝计算长度lw=8×48-2×8=368cm;焊缝计算高度he=0.7hf=0.7×2cm=1.4cm; 。 ! 钢板a与钢板c,钢板b与钢板c为侧面角焊缝,焊缝计算长度lw=8×51-2×8=392cm;焊缝计算高度he=0.7hf=0.7×2cm=1.4cm。 在各种综合力作用下: 4、中跨劲性骨架牛腿锚固筋焊缝与抗剪计算 [10与锚固钢板之间焊缝采用双面围焊,焊缝高度20mm,宽为20mm,有效计算焊缝计算高度为14mm。 [10与钢板c正面角焊缝: 焊缝计算长度lw=15×200-15×28=2580mm;焊缝计算高度; 。 ! [10与钢板c侧面角焊缝: 焊缝高度20mm,宽为20mm,有效计算焊缝计算高度为14mm。 焊缝计算长度lw=15×192-15×28=2460mm;焊缝计算高度14mm。 在各种综合力作用下: 锚固筋抗剪力计算: 主要计算[10和φ25的容许剪力,由公式: ,n为槽钢根数,取15,k为锚筋折减系数,取1, 为锚筋排数影响系数,取1, 为截面系数取39.7cm3,b为型钢宽,取48mm, 为锚筋的抗拉设计强度,取205Mpa, 为混凝土轴心抗压强度,取0.88×0.77×0.95×55=35.5Mpa。 >914.86KN合格! 五、中跨合拢段顶推施工方案 5.1顶推原理概述 连续刚构桥型是超静定结构体系,砼收缩、徐变和温度变化都会对结构产生一定的附加内力,特别是对温度的敏感程度较高。 在实际施工过程中,合拢段的合拢温度与设计会有偏差,此温差会使梁体产生位移,引起主墩偏位,产生二次应力。 同样收缩徐变会使梁体产生竖向挠度和水平位移以及附加内力,对主墩产生偏位,对主墩受力产生不利影响。 因此在连续刚构中跨合拢时给主墩施加一水平反推力,产生反向位移,以抵消温差和砼收缩徐变等的影响。 5.2顶推反力架 在进行中跨23#节段段施工时,在4个角点提前预埋顶推辅助用的40cm×40cm×2cm钢板,便于顶推传力时型钢的焊接,使千斤顶顶推过程中梁体受力均匀。 由于千斤顶的长度有限,合龙段的长度又为 2m,因此必须加工型钢作为传力设备,型钢用双拼I32b。 焊缝≥14mm,焊缝一定要饱满,并在接触面加焊两块三角形劲板。 安装时,型钢的轴线和梁体轴线要保持同一方向。 顶推反力架结构尺寸图 5.3顶推位移监控点布置 顶推前在两悬臂段的梁顶面,对称布设好4个用于观测高程变化的基准点1,2,3,4点。 并在顶推前测出基准点的坐标和高程,以便观测顶推前后梁体的位移,此两组点距离最好取固定值(本梁取2.2m),便于在 顶推过程中能用钢卷尺方便直接量测出梁体位移变化数据。 基准点布置见详图,千斤顶作用力为100t。 另外,在两个主墩的0段梁顶部的中心位置处,各布设2个观测点来观测顶推后主墩顶部的预偏量,这个点可以利用原来0段梁顶的水准点(钢筋头上面锯上十字丝便于观测坐标)。 布置在0#段的目的是为了观测主墩在顶推后墩身所偏离的位移情况。 5.4顶推机械配备 顶推所用的主要机具有4台400t油压千斤顶及配套的4台油泵、电子水准仪1台,全站仪1台,钢卷尺2把。 千斤顶用于顶推,水准仪用于测量观测点的高程,全站仪用于测量观测点的坐标,钢卷尺用于量测观测点间的距离。 5.5顶推过程及其过程控制工艺 1、顶推所用的预埋件安装好后,再安装千斤顶,千斤顶要保持水平,和型钢保持同轴心,然后稍微开动一下油泵,使千斤顶紧紧顶住型钢,测量两个悬臂段观测点的间距,即观测点1至观测点3的间距和观测点2至观测点4的间距,测量各基准点的高程,做好记录。 2、4个千斤顶全部安装完成后,同时开动油泵,先施加20%的力,持荷约2分钟,观察预埋件是否处于最佳的受力状态,受压后各型钢和千 斤顶是否同轴心,若发现异常及时调整,再重新安装千斤顶顶推。 3、施加20%的力后,若没有异常情况就继续施加到100%的力,保持持荷状态,再测量各基准点和两个主墩0段中心点的高程和坐标,并用钢卷尺量距,做好记录。 4、数据分析。 各项数据测量完毕后,马上进行分析,并和理论模型的数据进行对比,若有大的误差则要找明原因进行分析,再进行处理。 通过观测数据分析,实际顶推后的线型、受力状态和理论模型基本吻合,说明顶推达到了预期的设计效果,不需要校正二次顶推。 5、安装劲性骨架。 顶推工艺结束后,立即安装合拢段的劲性骨架。 劲性骨架的安装一定牢固可靠,不能有松动现象。 6、拆除顶推设备。 劲
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