天桥门架及支架施工方案.doc

第六章 天桥门架及支架施工方案一、工程概况本工程的长平高速公路抢险工程，采用单侧加宽至双向通行8车道。该段工程全长2.377km，共设两处汽车天桥，上部为25+2x30+25m四跨一联的连续现浇预应力箱梁结构，工程量为C50砼523m3；下部为柱式墩台，钻孔桩基础。汽车天桥的2#3#墩间（30m）上跨长平高速公路旧路行车道，其余3跨均位于长平高速公路旧路行车道外侧。在汽车天桥施工期间，需保证长平高速公路的正常运营，维系通车，因此需在长平高速公路旧路行车道对应出设置上跨式门架，以保证社会车辆的通行，而其他桥孔可以设置满布式门架，根据长平高速公路的现有交通量实际情况，所设置的门洞必须保障双车道通行能力，一方面为了满足通行能力的要求，另一方面门洞安装或拆迁时，可将交通流合流至一侧门洞，维持短期内的通行。二、支架布设方案1、门洞支架布设方案为了在汽车天桥上部箱梁施工期间，能够保证长平高速公路旧路的正常通行，在旧路的上、下行车道对应处各设置一处上跨式门洞，根据长平高速公路现有交通量和交通组成情况，门洞设计成净宽为8.0m，净高为5.0m的下穿式通行门洞。门洞支架立杆采用48*3mm钢管碗扣支架，上铺长为12m45b型工字钢横跨长平高速公路的两条行车道，门洞支架设置在长平高速公路行车道外侧，立杆分别置于中央分隔带和紧急停车道上。根据现场的实际情况，在原长平高速公路中央分隔带及左侧护轮带处，横桥向设15排30cm步距的碗扣支架立杆，在右侧紧急停车道及土路肩处设7排30cm支架立杆，其外设3或4排（2#墩设3排，3#墩设4排）60*60cm立杆，过度到2#、3#墩柱附近的重力式门架上，并与之用纵桥向水平杆连接。门洞支架立杆加上、下托架，下托支撑在C20砼基础上，上托横桥向铺10#槽钢，支架立杆外包剪刀撑。顺桥向支架立杆仍按30cm布设，为警示交通流，在面向行车方向，即门洞进口处立杆延长3排，而出口处翼板边缘外溢20cm，共设31排。详见门洞支架断面图。在顺桥向用长为12m的45b工字钢横跨长平高速公路的行车道。箱梁底板对应的4.0m范围内，按0.5m布设，两侧翼板各2m范围内按0.6m布设。工字钢在支点、跨中、1/4跨断面处，用10#槽钢进行横向焊接，确保工字钢整体受力并防止倾覆，在门洞工字钢范围内，工字钢上横桥铺10*10cm木方或10#槽钢，其间距按1m计取。纵桥铺10*10cm木方，间距为0.3m。在门洞支架翼板对应范围，为了支立翼板及腹板模板，在边部的3根工字钢上支立碗扣支架立杆，为消除应力集中，采用30*60cm步距布设，并加上下托架调整高度。为了防止施工期间坠物对通行车辆的伤害，在门架工字钢上满铺2mm铁板或竹胶板，并在进出口处设防落网栅。2、支架（非门架）布设方案除跨越长平高速公路行车道门架以外的地段，均设置满布式支架，支架采用南通林德机电有限公司加工生产的可调式重力门架，该门架为定型产品，采用闭式结构，坚固耐用，提高了横向刚度和抗失稳能力，门架立杆采用57.2*2.5mm钢管，配有可调式上下托架和调节杆，可充分的配合地形地势，门架宽1.0m，有效高度分别为1.9或1.2m。据门架生产单位的检测报告，单片门架可承载14T。由于上部的连续箱梁腹板及中、端隔板是全断面实体砼，相应的荷载较为集中，因此腹板中端隔板对应处门架按0.5m间距布设，其他段均按1.0m间距布置，门架顺桥向布设，横桥向连接。详见支架布置断面图。支架在翼板处用调节杆两托架来调整高度，上托架横桥向布设10#钢槽，间距为1.0m，槽钢上顺桥向布置10*10*400cm红松方木，间距为30cm。支架外侧及梁底中心线纵断面对应处设三道剪刀撑，横桥向每隔2片门架设上下水平拉杆，纵桥向腹板对应处设上下水平杆，横桥向每隔5m设剪刀撑一道。三、支架地基处理方案1、满布重力式门架地基处理地基处理宽度为现浇预应力连续箱梁正投影范围外侧各加1.5m，长度为桥跨范围内的除长平高速公路行车道、硬路肩以外的全部段落。地基处理方式为：清除上述范围内的地表土及钻孔桩泥浆等杂物，整平后用压路机对原地面进行排压，使之压实度达到90%以上，承台边缘要分层回填，并冲击夯实。土基上加铺3%剂量的白灰土20cm，并做成2%左右的向外横坡，白灰土压实度不小于93%，经重型触探仪检测地基承载力不小于200kpa。在满足上述要求后，在白灰土表面加铺810cmC15砼，表面平整，砼捣实。由于受0#、4#台附近地势所限，需设台阶，台阶高度为70cm，台阶外面砌筑红砖，砖墙厚度为24cm，采用水泥砂浆丛浆砌筑，台阶表面处理方式同上。无法进行压路机碾压地段，用冲击夯实。处理后的地基表面，应高于四周30cm以上，并在地基四周挖设临时排水沟，将地表水及时引流附近沟渠中。2、门架基础处理方案根据现场的实际情况，所设门架立杆处于原长平高速公路中央分隔带或紧急停车道上，为了防止施工过程中通行车辆对门架立杆的碰撞，更好的渠化交通，使交通流更顺畅，门架靠行车道立杆2排对应处设置了0.6m高C20防撞砼基础，其他立杆对应范围设30cm砼基础，基础长度及宽度满足门架立杆支立。3、中央分隔带处的基础处理方案由于原长平高速公路中央分隔带内有通讯管线，且暂时不能移出或切断，所以需先清除中央分隔带内的填土至结构层边缘，然后用槽钢或半圆钢管将管线保护起来，再回填白灰土，冲击夯实后，表面浇筑30cm厚的C20砼。在中央分隔带两端回填40cm宽粘土，夯实，以封堵中央分隔带内积水侵润，门洞外边缘2排立杆基础砼加厚到60cm。四、支架设置验算1、门架验算（1）荷载计算A、箱梁钢筋砼荷载P1：全桥砼数量为523.25m3，其总负荷为：523.25*2.6=1360.45t；桥跨范围内按均布荷载计取，则1360.45*10/（110*8）=15.46 KN/由于翼板砼数量较少，而腹板、底板对应范围内砼数量较大，取较大荷载计算结果更安全，则腹板，底板范围内砼负荷为：523.25-(0.17+0.4)/2*2*2*110*2.6=1034.41t；该范围内的均布荷载为：1034.41*10/（110*4）=23.51 KN/，因此取P1=23.51 KN/B、工字钢荷载P2：工字钢拟选45b型，12m长,一处门架共用15根，其单位长重量为87.45 kg/m,则工字钢在门架范围内的荷布负荷为：P2=15*12*87.45/（12.3*8）=160kg/=0.16KN/C、10#槽钢荷载P3：10#槽钢横桥向按1米间距设，与桥同宽，单位长重10kg/m，P3 =110*8*10/（110*8）=10 kg/=0.01 KN/D、木方荷载P4:木方为红松材质，规格为10*10*400cm3,密度为0.8 T/ m3,在槽钢上以30cm间距布设，木方所构成的均布荷载为：P4 =0.1*0.1*1*0.8*1/0.3=0.027T/=0.27kn/mE、其他荷载P5 根据桥规；模板荷载为：0.5 KN/ 施工人员及机具：1 KN/ 砼振捣荷载：2 KN/P5 =3.5 KN/F、支架立杆及顶托、托架上槽钢荷荷P6根据门洞支架布设方案（2.1条），箱梁底门洞支架平均高度为5m，每根立杆四周有4根横向系杆，系杆竖向步距为0.9m，上托重为3.5kg，立杆及系杆单位长重量为3.71kg，则单根立杆、顶托、横向系杆及槽钢所组成的荷载P6为：P6=5*3.71+3.71*4*0.3*5/0.9+3.5+0.3*10=49.8kg=0.05kN（2）门洞支架立杆强度验算：门洞支架立杆为R235普通钢材，其特征参数为：E=2.1*105Mpa；=140 Mpa（容许压应力）；w=145 Mpa（容许弯拉压力）；A=424mm2（钢管净截面面积）；f=1/400（容许挠度）；=100（容许长细比）门洞支架立杆承受其上边的全部荷载，即P1、P2、P3、P4、P5、P6，在24.6*4m2范围内共调置（2*7+15）=29排门洞支架立杆，立杆间距为30cm，则底板4米宽范围内共有29*4/0.3=387根，在此范围内的总荷载P：。P=24.6*4*(P1+P2+P3+P4+P5)+387*P6 =2720.4 KN则单根立杆平均承受2720.4/387=7.03kN的轴向压力：立杆的压应力=7.03KN/424mm2=16.6Mpa 立杆轴向承载能力安全。根据门洞支架的设计方案，立杆的横向步距为90cm，48*3mm钢管的截面参数为I=107831mm4。钢管的回转半径r=（I/A）1/2=16mm则钢管的柔度=L/r=56.4=100根据钢管的柔度值=56.4，查表钢管的折减系数=0.8573据此钢管立杆的承受的偏心受压应力为=16.6/0.8573=19.4 MpaR235钢材的容许压应力为=140 Mpa，可满足施工安全要求。（3）10#槽钢（托架上起盖梁作用）强度验算：门洞支架立杆上托横桥向铺设10#槽钢，立杆间距为30cm，槽钢的跨度为30cm，两端铰接，在紧急停车道处顺桥向设7排支架立杆，即7根30cm的10#槽钢承担其上工字钢传递的集中荷载，则：Mmax=P L/4，w= Mmax/W，5Mmax=PL3/48EI此处P为工字钢自重及以上荷载与10#槽钢自重之和，10#槽钢E=2.1*105 Mpa,I=198.3m4,A=12.74*7cm2,W=39.7*7cm3,P=6*0.5*(P1+P2+P3+P4+P5)=82.35kNMmax=6.2kN m, w=22.3 Mpa, fmax=0.09mmR235钢材的f=L/400=0.75mm，w=145 Mpa，由此可见，所设门洞立杆上10#槽钢安全。（4）顺桥向工字钢强度验算：根据门洞支架布设方案，纵桥向工字钢在底板对应范围内，按0.5m间距布置，而翼板下按0.6m间距布置。经比较计算，底板范围内的工字钢承载较大，所以取底板下工字钢做为计算对象，工字钢两端简支，其顶面受均布荷载，则工字钢Mmax=qL2/8，w= Mmax/W，f=5* qL4/384EI此处q=0.5*(P1+P2+P3+P4+P5)=13.7kn/mL=10mW=1500cm3 I=33800cm4 则Mmax=171.3kn mw=114.2 Mpaf=2.51cm而钢结构的w=145 Mpa，f=L/400=2.5cm；计算挠度f与容许挠度f相当，结构处于临界状态，但综合计算荷载的取值，与施工时砼浇筑速度不完全一致，尤其是砼的冲击、振捣荷载取值偏大，另外，虽然门洞支架立杆支撑中心间距为10m，但门洞实际跨径仅为8m，取值亦偏大，加之工字钢与10#槽钢横向焊接，可减少部分工字钢的挠度，因此所设结构能够满足施工安全要求。综上所计算，所设门洞支架立杆和10#槽钢、45b工字钢能够满足施工要求。2、支架验算：（1）支架荷载组合根据支架布设方案（支架纵横断面图）和上部箱梁断面（设计图纸）结构，在箱梁端隔梁，中隔梁以及腹板对应范围，支架立杆均进行了适当加密，端（中）隔梁相应位置立杆的承载范围为：0.5*0.75 m2，腹板对应处立杆的承载范围为：0.5*1.0 m2，而其他底板及翼板对应处立杆的承载范围均为1.0*1.0 m2，根据门架计算荷载（P1,P1）,端（中）隔梁对应立杆的承载力为0.5*0.75* P1=15.1KN；腹板下立杆的承载力为：0.5*1.0* P1=20.15 KN；而底板对应的立杆承载力为1*1* P1 =23.51 KN.经比较，以全桥底板范围内的均布荷分布则支架立杆上的力为最大，计算结果更加安全，因此取P1=23.51 KN/ m2，而P2为0，P3、P4、P5与门架计算中取值相同，支架自重荷载P6为：单片门架自重20kg，根据支架设备高度，按3层计算，共60kg,上下托单件3.5kg，P6=60/2+2*3.5=37kg=0.04kn（2）支架立杆强度及稳定性验算 P=P1+P2+P3+P4+P5+P6=23.51+0.01+0.27+3.5+0.04=27.33 KN 小于检验报告承载力7T的要求。 =P/A，支架钢管受压面积为：A=*57.2*2.5=449.02mm2,代入P/A中得：=60.9 Mpa =100的稳定性要求。这主要是立杆长度取值不尽合理所致。重力式门架立杆间用48*2.5mm钢管焊接，且门架间设有交叉联系支撑，增加了立杆的稳定性，因此不能按1900mm进行计取杆的长度，但上述计算恰恰证明了在门架中设置纵横水平杆和斜撑的必要性，是确保施工安全的必要措施。（3）地基承载力的验算地基在1*1 m2范围内承担1根立杆传递的荷载，即P=24.3 KN，此时地基承受24.3 Kpa压应力，小于设计地基承载力200 Kpa，地基满足施工要求。（4）10#槽钢强度及刚度验算槽钢布设间距为1.0m，长度为4m，单根承载面积A=4*1=4 m2,单根承载N=P*A，此处P= P1+P2+P3+P4+P5=27.29 KN,则N=109.16 KN，横桥向均布荷载q=N/1=27.29 KN/m。A、强度验算=M/W，10#钢槽w=39700mm3,M=ql2/8,=85.93 Mpa=140 Mpa满足施工要求B、刚度验算10#钢槽：E=2.1*105 Mpa，I=1983000mm4,f=(5*q*l4)/(384*E*I) =0.85mm f=1000/400=2.5mm满足施工要求。（5）10*10cm木方强度及刚度验算木方铺设在槽钢上，木方间距为30cm，槽钢间距为1m，所以以1m长计算木方的有效长度。A、弯拉强度验算=M/W，M=ql2/8,此处q=0.3*( P1+P4+P5),w=166667mm3,l=1000mm,则=6.14 Mpa=14.5 Mpa，满足施工要求B、剪切强度验算木方所受的剪应力为=QS/Ib；此处Q=q/2=4.09KN(剪力)bh2/2=125cm3(木方截面积对中性轴静矩)b=10cm,(木方宽度)h=10cm,（木方高度）y=5cm,(中性轴到边缘距离)I=hb3/12=833.3cm4,(惯性矩)则=0.61 Mpa=1.5 Mpa(木材容许抗剪强度)满足施工要求C、刚度验算f=(5*q*L4)/(384*E*I)此处q=0.3*( P1+P4+P5)=8.18KN/m； L=1.0m E=11000Mpa(东北落叶松弹性模量) I=833.3cm4f=1.16mmf=1000/400=2.5mm满足施工要求（6）验算小结通过对支架各部杆件的验算，所设支架满足施工安全性要求。五、支架安装施工的相关要求1、对门架质量