预应力现浇箱梁满堂支架施工技术
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇预应力现浇箱梁满堂支架施工技术范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】 碗扣式钢管支架是目前桥梁施工特别是现浇梁施工中仍然广泛应用的一种支架方式。现浇预应力混凝土箱梁采用满堂碗扣式钢管支架,并进行了各项检算,阐明支架施工工艺流程和主要施工方法。
【关键词】 箱梁桥 碗扣式支架 设计 施工 支架验算
Abstract:Bowl steel bracket is a stent still widely used in currently bridge construc-
tion, especially in the construction. Cast-in-situ prestressed concrete box adopts the full bowl steel bracket and calculate the inspection. This paper explains the con-struction process and main construction method.
1.工程简介
锦美大桥位于晋江市锦美村跨越双内公路,本桥左幅桥桥跨布置20.0+(38.52+38.00+35.6)+(20.07+20.08)m,右幅桥桥跨布置(20.0+19.99)+(35.40+38.00+38.30)+19.92m。该桥第一、三联为预应力混凝土T梁,简支桥面连续结构,基本跨径20m;第二联为预应力连续箱梁桥。等高度箱梁断面采用单箱单室结构,主梁梁高2.1米,直腹板,箱梁悬臂长度为1.8米,顶板厚25厘米,腹板宽50～70厘米。箱梁通过调整顶底板坡度来实现桥面单向横坡,腹板始终保持竖直方向,箱梁各个截面尺寸不随横坡变化。
2.方案设计
2.1支架方案的确定
对于工程量大、工期短、材料一次性投入大、左右幅又需同时施工的预应力现浇箱梁,如果采用贝雷梁支撑、墩上采用军用梁做支架等办法都无法满足有限的资金和施工工期的要求。因此在对现浇梁施工方案进行全面的经济、技术测算后,确认在加固地基处理,同时满足箱梁施工荷载要求的前提下,采用满堂碗扣(钢管Φ48)支架合理而且安全可靠。
2.2满堂支架地基处理
根据桥梁施工现场情况,碗扣支架搭设前,必须对既有地基进行处理。
2.2.1软土地基处理
对地表松散浮土,首先清除后,将地表整平用压路机碾压密实,压实度达到90%以上,首先铺设15cm碎石垫层,然后浇筑15cm厚C15混凝土,地基硬化处理宽度至桥面宽约1-2米,做出2%-4%横坡,并略高出原地面3cm不受雨水浸泡。
2.2.2沟塘地基处理
在针对原桥附近存在沟塘的处理,首先采用挖除於质土,进行抛石挤淤,换填透水性材料;分层回填,分层夯实至高出原路面顶10cm,后浇筑15cm厚C15混凝土,地基硬化处理宽度至桥面宽约1-2米;同时做出2%-4%横坡,并略高出原地面3cm不受雨水浸泡。
在处理过的地基范围内挖设50×50cm的排水沟,排水沟与路线外侧的道路的自然排水沟连通,将雨水引进排水沟,防止雨水浸泡地基,造成地基不均匀沉降,引起支架失稳,出现安全隐患。
2.3 支架方案设计
如现浇箱梁为单箱单室室箱梁,支撑方式采用满堂式碗扣支架。碗扣支架采用WDJ式支架,架杆外径4.8cm,壁厚0.35cm,内径4.1cm。支架顺桥向纵向间距1.2m,横隔板处纵向间距0.6m,横桥向箱梁地板处横向间距梁底为0.9m和腹板底为0.6m,翼缘板底为1.2m,纵横水平杆竖向间距1.2m。考虑支架的整体稳定性,在纵横向布置斜向钢管剪力撑。
2.4拟定支架方案验算
箱梁底模、侧模及内模均采用δ=15 mm的竹胶板。竹胶板容许应力 [σ0]=11MPa,弹性模量E=0.1x105MPa。
纵向大方采用A-1东北落叶松,截面尺寸为12x15cm。截面参数和材料力学性能指标:
W= bh2/6=0.12x0.152/6=4.5x10-4m3
I= bh3/12=0.12x0.153/12=3.37x10-5m4
横向小方采用A-1东北落叶松,截面尺寸为8x10cm。截面参数和材料力学性能指标:
截面抵抗矩:W= bh2/6=0.080x0.12/6=1.33x10-4m3
截面惯性矩:I= bh3/12=0.080x0.103/12
=6.67x10-6m4
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)取值,则:
[σ0]=12MPa,E=9x103MPa,容重6kN/m3。
纵横向方木布置:纵向方木间距一般为90cm,在腹板下为60cm,端、中横隔梁下为60cm。横向方木间距一般为30cm,在腹板和端、中横隔梁及变截面过渡段下为20cm。
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]=140 MPa。详细数据可查下表。
碗扣支架立、横杆布置:一般布置为立杆横、纵向间距为(90x120)cm,腹板下为(60x60)cm、端、中横梁下立杆纵、横向间距为60x60cm。横杆除顶、底部步距为60cm外,其余横杆步距为120cm。支架顶口和底口分别设置顶托和底托。
2.4.1中横梁、端横梁下支架检算
荷载分析(支架立杆横、纵间距(60x60)cm)
碗扣式支架钢管自重,可按表1查取。
中横梁梁高2.1m,钢筋砼容重按26kN/m3计算则:
梁自重荷载:26 kN/m3x2.1m =54.6KPa
模板自重(含内模、侧模及支架)以砼自重的5%计,则:54.6kPa x0.05=2.73kPa
施工人员、施工料具堆放、运输荷载: 2.0kPa。
倾倒混凝土时产生的冲击荷载: 2.0kPa。
振捣混凝土产生的荷载: 2.5kPa。
方木:取7.5KN/m3。
荷载组合
计算强度:q=1.2x(54.6+2.73)+1.4x(2+
2+2.5)=77.896kPa。
2.4.1.1底模检算
底模采用δ=15 mm的竹胶板,竹胶板方木背肋间距L=20cm 的8x10cm横向方木上,所以验算模板强度采用宽b=20cm平面竹胶板。
竹胶板(δ=15 mm)截面参数及材料力学性能指标:
截面抵抗矩:W=bh2/6=0.2x0.0152/6=
7.5x10-6m3
截面惯性矩:I=bh3/12=0.2x0.0153/12=
5.625x10-8m4
竹胶板容许应力[σ]=11.0MPa,E=9x103MPa
承载力检算:
强度:
底模板均布荷载:F=1.2x(54.6+2.73)+
1.4x(2+2+2.5)=77.896KPa
q=Fxb=77.896x0.2=15.579KN/m
跨中最大弯矩:Mmax=ql2/10=15.578x
0.2x0.2/10=0.0623kN・m。
σmax=Mmax /W=0.0623x10-3/7.5x10-6=8.307MPa
挠度:从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用在连续梁进行计算,计算公式为:
f=ql4/(150EI)=(15.579x0.24)/(150x9x
106x5.625x10-8)=0.3mm
2.4.1.2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8cm x10cm,横向方木亦按连续梁考虑。
荷载组合:
q1=(1.2x(54.6+2.73)x0.2+1.4x(2.0+2.0
+2.5)x0.2+6x0.08x0.1=15.627kN/m
承载力计算:
强度:
跨中最大弯矩:Mmax=q12/8=15.627x
0.62/8=0.703kN・m
σmax=Mmax /W=0.703/1.33x10-4=5.28MPa
挠度:
荷载: q=1.2x(54.6+2.73)x0.2= 13.759kN/m
f=5ql4/(384EI)=5x13.759x0.604/(384x9x
106x6.67x10-6)=0.39mm
2.4.1.3纵向方木检算
纵向方木规格为12x15cm,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。
截面抵抗矩:W= bh2/6=0.12x0.152/6
=4.5x10-4m3
截面惯性矩:I= bh3/12=0.12x0.153/12
=3.375x10-5m4
0.6m长纵梁上承担3根横梁重量为:0.08x0.1x0.6x7.5x3=0.108kN
横梁施加在纵梁上的均布荷载为:0.108÷0.6=0.18kN/m
作用在纵梁上的均布荷载为:q=77.896x0.6+0.18=46.918kN/m
跨中最大弯矩:M=ql2/8=46.918x0.62/8
=2.11kN/m
所以σmax=Mmax /W=2.11x103/4.5x10-4
=5.623MPa
挠度
f=5ql4/(384EI)=5x46.918x0.604/(384x9x
106x2.81x10-5)=0.26mm
综上所述:中横梁、端横梁处支架验算符合施工要求。
2.4.1.4支架立杆计算
每根立杆所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算,忽略方木自重不计,则纵向方木传递的集中力(按(60x60)cm计算):
P1=(54.6+2.73+(2.0+2.0+2.5))x0.6x0.6 =22.979kN
因支架最大高度为4.5m,安全起见碗扣钢管按4.5m计算其自重为:
g=4.5x0.0594=0.267kN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=22.979+0.267=23.246kN
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]=30 kN。
所以N=23.246kN
强度验算:
σa=N/Aji=23.246x1000/489=47.54MPa
< [σa]=140 MPa 合格
2.4.1.5地基承载力计算
因支架底部通过底托(底调钢板为7cmx7cm)座落在原有水泥混凝土路面上,另外承台基坑严格按规范和标准分层夯填,顶部浇筑15cmC15砼,因此基底承载力至少可以达到15 MPa。
因此σmax=N/A=23.246x103/0.072=3.2MPa
2.4.2腹板梁支架检算
腹板梁(支架立杆横、纵间距(60x60)cm)验算同中横梁、端横梁下支架检算,在此不再验证。
2.4.3箱梁顶、底板变截面处支架检算
箱梁顶底板厚度均为45cm情况下支架横、纵间距按(90x120)cm。
2.4.3.1底模检算
底模采用δ=15 mm的竹胶板,竹胶板方木背肋间距L=30cm 的8x10cm横向方木上,所以验算模板强度采用宽b=30cm平面竹胶板。
竹胶板(δ=15 mm)截面参数及材料力学性能指标:
截面抵抗矩:W=bh2/6=0.30x0.0152/6
=1.125x10-6m3
截面惯性矩:I=bh3/12=0.30x0.0153/12
=8.44x10-8m4
竹胶板容许应力[σ]=11.0MPa,E=9x103MPa
承载力检算:
强度:
底模板均布荷载:
F=(1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)+1.4x(2.0+2.0
+2.5))x0.3+6x0.08x0.1=11.62kPa
q=Fxb=11.62x0.3=3.487kN/m
跨中最大弯矩:Mmax=ql2/8=3.487x0.3x0.3/8
=0.0313kN・m
σmax=Mmax /W=0.0313/1.125x10-5=2.78MPa
挠度:从竹胶板下方木背肋布置可知,竹胶板可看作多跨等跨连续梁,按三等跨均布荷载作用在连续梁进行计算,计算公式为:
f=ql4/(150EI)=(11.62x0.24)/(150x9x
106x8.44x10-8)=0.16mm
2.4.3.2横向方木检算
横向方木搁置于间距120cm的纵向方木上,横向方木亦按连续梁考虑。
荷载组合:
q1=(1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)+1.4x(2.0+2.0
+2.5))x0.3+6x0.08x0.1=11.623kN/m
承载力计算:
强度:
Mmax=ql2/8=11.623x1.22/8=2.09kNm
σmax=Mmax /W=2.09x106/11.25x105
=1.86MPa
挠度:
荷载: q=1.2x(26x0.9+26x0.9x0.05)x0.2=
5.90kN/m
f=5ql4/(384EI)=5x5.9x1.24/(384x9x106x
8.44x10-6)=2.09mm
2.4.3.3纵向方木检算
纵向方木规格为12x15cm,立杆纵向间距为60cm。纵向方木亦按简支梁考虑,计算跨径为60cm。由前面梁高为2.1m,纵向方木按60cm跨径进行检算满足要求,因此此处纵向方木肯定满足要求,不再进行检算。
2.4.3.4支架立杆计算
每根立杆所承受的竖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(按(90x120)cm计算):
P1=(26x0.9+26x0.9x0.05+2.0+2.0+2.5)x0.9x0.6+0.09x0.6=16.83kN
安全起见满堂式碗扣支架按4.5米高计,其自重为:
g=4.5x0.0594=0.267KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=16.83+0.267=17.097 kN
2.4.4箱梁顶、底板标准断面处支架验算
箱梁顶底板厚度均为25cm情况下支架横、纵间距按(90x120)cm;
由前面计算可知底模及横向方木满足要求不需再进行检算。
2.4.4.1纵向方木检算
纵向方木规格为12x15cm,立杆纵向间距为120cm。纵向方木亦按简支梁考虑,计算跨径为120cm。
截面抵抗矩:W= bh2/6=0.12x0.152/6
=4.5x10-4m3
截面惯性矩:I= bh3/12=0.12x0.153/12
=3.375x10-5m4
1.2m长纵梁上承担4根横梁重量为:0.08x0.1x1.2x7.5x4=0.288kN
横梁施加在纵梁上的均布荷载为:0.288÷1.2=0.24kN/m
作用在纵梁上的均布荷载为:
q=(26x0.5+26x0.5x0.05+2.0+2.0+2.5)x1.2+0.24=16.62kN/m
跨中最大弯矩:M=ql2/8=16.62x1.22/8
=2.99kN/m
所以σmax=Mmax /W=2.99x103/4.5x10-4
=6.64MPa
挠度
f=5ql4/(384EI)=5x16.62x1.24/(384x9x
106x3.375x10-5)=1.48mm
综上所述:箱梁顶、底板处支架验算符合施工要求。
2.4.4.2支架立杆计算
每根立杆所承受的竖向力按其所支撑面积内的荷载计算,忽略方木自重不计,则纵向方木传递的集中力(按(90x120)cm计算):
P1=(26x0.5+26x0.5x0.05+(2.0+2.0+2.5))x
0.9x1.2 =21.76kN
因此联梁底到原地面最大为4.5m,安全起见碗扣钢管按4.5m计算其自重为:
g=4.5x0.0594=0.267KN
单根立杆所承受的最大竖向力为:
N=21.76+0.267=22.027kN
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]=30 kN。
所以N=22.027kN
强度验算:
σa=N/Aji=22.027x1000/489=45.04MPa
< [σa]=140 MPa 合格。
2.4.2箱梁侧模检算
侧模采用δ=15 mm的竹胶板,水平内楞采用间距20cm的8x10cm方木,竖向外楞采用间距120cm的12x15cm方木,竖向外楞通过顶托及φ48、t=3.5mm斜撑钢管与翼缘板下方的碗扣支架立杆连接,斜撑钢管间距为75cm。
混凝土侧压力:Pm=0.22γt0β1β2v/2
式中:γ-混凝土的自重密度,取26kN/m3;
t0-新浇混凝土的初凝时间,可采用t0=200/(T+15),T为砼入模温度(℃),取20,则t0=5.7;
β1-外加剂影响修正系数,因掺缓凝剂取1.2;
β2-砼坍落度影响修正系数,坍落度控制在11cm～15cm取1.15;
v-混凝土浇筑速度(m/h),取0.4
Pm=0.22x26x5.7x1.2x1.15x0.41/2=27.36kN/m2
有效压头高度:h= PM /γ=27.36/25
=1.09
振捣砼对侧面模板的压力:4.0 kPa
水平荷载:q=1.2x27.36x1.09/2+1.4x4.0
=23.49kN/m
此水平力较腹板和端、中横隔梁处底板竖向力要小得多,而此处布置与腹板和端、中横隔梁处模板系统布置相同,因此侧模和水平内楞和竖向外楞方木以及斜撑钢管均可以满足要求不需再进行检算。
单根斜撑受力为N=23.49x0.75=17.618KN,而扣件抗滑承载力为8.5KN ,因此斜撑钢管至少与3根立柱钢管扣件联接,保险起见至少与三根立柱钢管扣件联接。另外为防止立柱钢管(弯压构件)失稳,需用通向箱梁中心方向的斜钢管(与多数立柱钢管连接以减少立柱钢管承受的水平荷载)与立柱钢管连接平衡其反力,从而保证支架水平方向稳定。
3.工程实践效果
锦美大桥利用原地表层较好土质,采用原土碾压地基,浇注混凝土硬化路面等措施,同时设置排水措施以满足施工要求;处理后的地基可直接搭设满堂支架,与采用贝雷梁相比,节省了桩基圬工及复杂的排架搭设消耗,节约了租赁费及吊车安装费用,也省去了租赁所用的时间,保证了工期,节约了开支。取得了可观的经济效益。
4.心得体会
在软土地段高架桥整体现浇梁项目中,在有充足的碗扣支架(钢管)的情况下,根据不同的施工道路选择满堂式、门洞式等方案时,施工简单、方便、快速,经计算和实践比较,在技术是可行的,经济上是合理的,同时能够保证道路的畅通和浅埋建筑的安全,可以认为是一种既安全又经济实用,还能保证工程质量的号方法。
参考文献:
[1] JGJ130-2001,建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范.
[2] 杜荣军.扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全[J].施工技术,2002(3).
[3] 施炳华,吴广彬等.模板挠度计算方法的探讨.施工技术.29(3).
作者简介:李伟 1984 男 江苏淮安人 本科学历 助理工程师研究方向桥梁工程。
(作者单位:江南交通工程咨询监理程有限公司)