O号梁段现浇模板支撑架施工方案设计

新建东北东部铁路登沙河至庄河段 新建东北东部铁路登沙河至庄河段 DZ2 标段 某标段 某 40 64 4040 64 40 m m 预应力混凝土连续梁墩顶预应力混凝土连续梁墩顶 O O 号梁段现浇模板支撑号梁段现浇模板支撑 架施工方案设计架施工方案设计 中铁二十一局三公司 邹森中铁二十一局三公司 邹森 第一章 工程概况第一章 工程概况 1 11 1 工程概况工程概况 新建东北东部铁路通道登沙河至庄河段改造工程 DZ2 标段 某特大桥的 第 26 号墩 第 29 号墩梁跨设计为 40 64 40 m 预应力钢筋混凝土连续 梁 梁全长 145 4m 箱梁设计采用时速 200 公里有砟轨道预应力混凝土 双线连续梁 该特大桥 40 64 40 m预应力钢筋混凝土连续梁结构布置如 图 1 所示 图图 1 40 64 40 m 40 64 40 m连续梁结构布置简图连续梁结构布置简图 1 21 2 主梁工程概况 主梁工程概况 连续梁顶板宽度 11 7m 底板宽度 6 4m 箱梁横截面采用单箱 单室 直腹板形式 顶板厚度除梁端附近外均为 35cm 腹板厚度由 48 60 80cm 变化 底板由跨中的 40cm 按二次抛物线变化至根部的 80cm 梁高沿纵向按二次抛物线变化 中支点梁高 5m 边支点及跨中梁 1 高 3m 中跨跨中直线段长 8 4m 边跨直线段长 14 4m 全桥共分为 35 个梁段 T 构每侧悬浇 7 个节段 设计悬浇 28 个节 段 中支点 O 号梁段长度 9m 悬浇梁段分成 3 5m 及 4m 合拢段长 2m 边跨直线段长度 8 4m 连续梁 O 号梁段及 1 号梁段结构简图如图 2 所示 图图 2 连续梁 连续梁 O 号梁段及号梁段及 1 号梁段结构简图号梁段结构简图 1 31 3 桥梁主墩概况 桥梁主墩概况 40 64 40 m 三孔连续梁处于第 26 29 号桥墩上 其中第 26 号及第 29 号为边墩 第 27 28 号墩为主桥墩 两座主桥墩均为实体钢筋混凝土 结构 设计为 C35 实体钢筋混凝土结构 墩身为园端形板式桥墩 桥墩高 度 9 5m 墩身 7m 墩帽 2 5m 宽度 7 6m 钢筋混凝土钻孔灌注桩基础 两层实体钢筋混凝土承台 一承台平面尺寸顺桥长 10 6m 横桥宽度 14 60m 二层承台平面尺寸顺桥长 5 6m 横桥宽度 10m 高 1 5m 墩身 顶帽尺寸横桥向宽 9 4m 顺桥向长 3 8m 主桥墩结构尺寸如图 3 所示 2 图图 3 3 主桥墩墩身结构尺寸简图 主桥墩墩身结构尺寸简图 第二章 模板支撑架结构概况第二章 模板支撑架结构概况 根据中华人民共和国住房和城乡建设部 危险性较大的分部分项工程 安全管理办法 2009 87 号文要求 针对本桥 O 号梁段现浇模板支撑架的 分项工程编制专项施工方案 本方案编制的主要内容包括支撑柱 以及上 部一次主梁 二次横向分配梁及其桁联稳定结构 其上结构属于底模模板 结构 列入模板施工作业指导书中编制 本桥两个主桥墩墩高均为 9 5m 桥墩墩身不算很高 拟采用落地式 支撑架 由于 O 号梁段长度 9m 不满足两支挂蓝独立安装场地 长度 需要 利旧既有挂蓝 考虑将两个 1 号梁段改为支架浇筑 现浇模板支 撑架总长度应满足 O 号梁段和两个 1 号梁段浇筑需要 支撑架搭设总长 度不小于为 16m 考虑悬浇考虑悬浇 T 构在墩身外设置钢管支撑柱 一并与构在墩身外设置钢管支撑柱 一并与 O 号号 3 梁段和梁段和 1 号梁段的模板支撑架共用 号梁段的模板支撑架共用 模板支撑架采用落地式支撑架 钢管支撑柱 N1 杆件采用直径 350 mm 壁厚 壁厚 12mm 钢管柱 一次主梁 N2 采用双拼 I45b 工字钢组合梁 横 向分配梁 N3 采用 I25b 工字钢 墩身内锚固拉杆 N7 采用直径 32mm 标准强度 830MPa 型号 PSB830 精轧螺纹锚固钢筋 N2 一次主梁 通过 N7 锚固拉杆与墩身的连接 1 0 1 号梁段现浇混凝土模板支撑架 结构如图 4 所示 图图 4 1 0 1 号梁段现浇混凝土模板支撑架结构简图 号梁段现浇混凝土模板支撑架结构简图 第三章 计算结构设计荷载第三章 计算结构设计荷载 一 方案设计依据 1 本工程客货共用箱梁设计图 2 本工程特大桥下部结构设计图纸 3 客货共线铁路桥涵工程施工技术指南 TZ203 2008 4 铁路桥涵工程施工安全技术规程 TB10303 2009 4 5 铁路预应力混凝土连续梁 刚构 悬臂浇筑施工技术指南 TZ324 2010 6 钢结构设计规范 GB50017 2003 7 JGJ166 2008 脚手架及模板安全技术规范 8 JGJ162 2008 建筑施工模板安全技术规范 二 二 荷载计算 荷载计算 1 计算结构恒载 计算结构恒载 本桥 1 0 1 梁段全长 16m 采用支架现浇 分 O 号和 1 号梁段分 两次浇筑 先一次浇筑 9m 长 O 号梁段 待 O 号梁段完成后 再接续浇 筑两个 3 5m 长 1 号梁段 从支架受力过程分析 支架是两次加载 交替 承担箱梁施工荷载 因此 支架强度应分为两次荷载设计计算 两次加载 的结构恒载计算横断面截取图 2 中的 1 1 和 2 2 及 3 3 位置的横断面 1 计算箱梁横断面面积 O 号梁段墩外支架支撑部分荷载横截面积如图 5 所示 图图 5 O 号梁段墩外支架支撑部分横截面积图号梁段墩外支架支撑部分横截面积图 1 号梁段端部 3 3 横截面积如图 6 所示 5 图图 6 1 号梁段端部 号梁段端部 3 3 横截面积图 横截面积图 2 支架承担梁段对应横截面积 1 1 截面面积 A1 16 56m2 2 2 截面面积 A2 14 24m2 3 3 截面面积 A3 13 09m2 2 计算设计荷载 计算设计荷载 1 O 号梁段两侧悬出墩外号梁段两侧悬出墩外 2 6m 长 支撑架支撑长 支撑架支撑 2 6m 长段设计长段设计 荷载 采用 荷载 采用 1 1 及 及 2 2 横断面 横断面 支撑梁段结构恒载 q1 0 5rc A1 A2 400kN m 模板重量 q2 qB 29kN m B 为梁宽 11 70m 支架临时结构重量 q3 15 q1 60kN m 暂按以往经验估算 施工人员和机械活载 q4 1kN m2 B 12kN m 结构平均设计线性荷载 q 1 2 q1 q2 q3 1 4q4 604kN m 计算荷载比较结构自重放大系数 K 1 51 2 1 号梁段号梁段 3 5m 长设计荷载 采用 长设计荷载 采用 2 2 及 及 3 3 横断面 横断面 支撑梁段结构恒载 q1 0 5rc A2 A3 355KN m 模板重量 q2 qB 29kN m B 为梁宽 11 70m 6 支架临时结构重量 q3 15 q1 53kN m 暂按以往经验估算 施工人员和机械活载 q4 1kN m2 B 12kN m 结构平均设计线性荷载 q 1 2 q1 q2 q3 1 4q4 541kN m 计算荷载放大系数 K 1 52 第四章 结构内力计算第四章 结构内力计算 一 一 浇筑 浇筑 O 号梁段工况下的结构内力计算号梁段工况下的结构内力计算 1 计算支撑点内力 计算支撑点内力 浇筑 O 号梁段时 悬出墩外 2 6m 作用在支架上 支撑架的荷载示意 图如图 7 所示 墩身上支撑点两个 A 点 每点支撑力假设为 R1 墩外支 撑柱两个 B 点 每点竖向支撑力假设为 R2 经过力学计算得到 墩身上分担荷载 2R1 968kN R1 484kN 支撑柱 N1 竖向荷载 2R2 604 kN R2 302kN 图图 7 O 号梁段荷载简图号梁段荷载简图 图图 8 N2 主梁内力计算简图主梁内力计算简图 2 计算纵向工字钢主梁 计算纵向工字钢主梁 N2 内力内力 N2 主梁内力计算图如图 8 所示 7 N2 最大弯矩为 Mmax 233KN m Mmin 508kN m 最大剪力 Tmax 968kN 3 计算横向分布工字钢梁 N3 内力 1 计算支撑梁段平均横断面荷载图 截取 O 号梁段悬出墩身外 2 6m 段的平均横断面面积 平均横截面积 荷载图如图 9 所示 图图 9 O 号梁段悬出墩身外号梁段悬出墩身外 2 6m 段平均横截面积荷载图段平均横截面积荷载图 平均断面面积 A 15 4804m2 2 计算分布梁 N3 最大内力 横向分布梁 N3 的内力计算图如图 10 所示 图 10 横向分布梁 N3 的内力计算简图 8 N3 分配梁最大弯矩 Mmax 257 2KN m 最大剪力 Tmax 472 9KN 二 二 浇筑 浇筑 1 号梁段工况下的结构内力计算号梁段工况下的结构内力计算 1 计算支撑点内力 计算支撑点内力 浇筑 1 号梁段全长 3 5m 在 N1 钢管柱内侧段 55cm 比 O 号梁段自 重差很多 只计算 N1 钢管柱外侧悬出段 支撑架的荷载示意图如图 11 所示 钢管柱上支撑两点 每点支撑力假设为 R2 悬臂端斜支撑柱 N8 的 两点竖向支撑点 每点设为 R3 N8 斜支撑柱每点轴向支撑力设为 R8 经过力学计算可得 N1 钢管柱上竖向荷载 2R2 935kN R2 468kKN N8 斜支撑柱竖向分担荷载 2R3 547KN 每根轴向荷载 R8 274kN 图图 11 1 号梁段荷载简图号梁段荷载简图 及及 N2 主梁内力计算简图主梁内力计算简图 2 N2 梁悬出段内力梁悬出段内力 N2 梁悬出段内力计算图如图 11 所示 N2 最大弯矩 双根 为 Mmax 278kN m Mmin 514KN m 最 大剪力 Tmax 935kN 9 3 计算横向分布工字钢梁 计算横向分布工字钢梁 N3 内力内力 由于 O 号梁段箱梁截面较高 竖向荷载大于 1 号梁段 计算段长 1 2m 对应 O 号梁段的横向分布梁 N3 所需要的强度较大 为计算简便 1 号梁段横向支撑部分 N3 分配梁按 O 号梁段计算结果进行 不再单独 计算 三 三 选取结构设计内力 选取结构设计内力 结构内力汇总比较结构内力汇总比较 表 2 支撑架 O 号梁段及 1 号梁段两次受载内力统计表 N2 梁内力梁内力 N8 斜支斜支 撑内力撑内力 N9 水水 平撑内平撑内 力力 分布梁分布梁 N3 内内 力力受载工况受载工况 墩上墩上 A 点竖向点竖向 R1 N1 支支 撑柱竖撑柱竖 向向 R2MmaxTmaxR8RMmaxTmax O 号梁段号梁段48430225448400257 2472 9 1 号梁段号梁段0468257467竖向 274182 设计取值设计取值484468257484329182257473 第五章 结构设计 强度和刚度验算第五章 结构设计 强度和刚度验算 一 N1 支撑柱 N1 支撑柱在支撑架内受压长度 10 55m 在中间增加一道钢管横向支 撑 最大自由受压高度为 6 0m N1 支撑柱拟采用直径用直径 350mm 壁厚 壁厚 t 12mm 的螺旋钢管柱 钢管 材质为 Q235 分担的最大轴向受压荷载 R R2 468kN N1 钢管柱的物理几何特征 横截面积 A 127 4cm2 截面惯性矩 IX IY 18220cm4 延米重量 100 02kg m 回转半径 i 11 96cm 长细比 50 2 属于短压杆 长细比折减系数 0 855 支撑柱允许支撑能力 R 2287 kN 大于 R 468kN 安全储备 v Af 系数 4 9 远大于 K 1 3 满足要求 10 钢管受压后最大压缩量 1 8 mm 注 N1 杆件最大压缩 EA RL L 量 1 8mm 二 二 N2 一次主梁 水平拉杆 结构设计一次主梁 水平拉杆 结构设计 N2 主梁拟采用两根 I45b 工字钢组合梁 Q235 钢材 I45b 工字钢的 物理特征为 横截面积 A 111cm2 截面惯性矩 IX 33760cm4 Ix Sx 38cm d 13 5mm N2 杆件的设计控制最大内力为 最大弯矩为 最大弯矩为 Mmax 257kN m 最 最 大剪力大剪力 Tmax 484kN 外悬臂段有水平拉力 外悬臂段有水平拉力 F 182KN 1 验算弯曲拉应力 93 8MPa 小于 f 210MPa 安全储备系数 A F I yM x maxmax max K 2 23 强度安全系数满足要求 2 抗剪核算 最大剪应力 47 2MPa 安全系数 K 2 54 满足要求 max max xx SInd T 3 验算弯曲挠度 外悬臂段跨中向下弯矩 M 139KN m 单根 利用位移相似比例法 计算 验算其挠度变形值 设 N2 主梁上作用单位力 q 1 则单位力弯矩 图如图 12 所示 11 图图 12 N2 主梁单位荷载作用分析简图主梁单位荷载作用分析简图 单位荷载作用下的最大弯矩 9591 2 1 8 qL M 单位荷载作用下的最大挠度 5 4 10 4 384 5 4 1 x IE qL 设所求跨中最大挠度为 max 由相似比例公式 求得 max1 1max MM 0 8mm 小于允许挠度 L 500 5 5mm 满足要求 1 maxmax M M 4 端锚板焊缝抗剪强度检算 端锚板焊缝抗剪强度检算 如图 N2 主梁设计大样图 18 所示 2I45b 工字钢与端锚板丁字焊接 接触面外露焊缝有效的总长度不小于 L 150cm 焊缝高度 h 25mm 按有 效 20mm 高度检算 焊缝总抗剪切能力 2625kN 远大于 Tmax 484kN 安全 安全 V hLfT7 0 储备系数 K 5 4 安全满足要求 公式中 fV 为钢材抗剪强度 三 三 横向分布梁 横向分布梁 N3 横向分布梁 N2 拟采用 I25b 工字钢梁 Q235 钢材 其物理特征为 横截面积 A1 53 5cm2 截面惯性矩 IX 5280cm4 Ix Sx 21 3cm d 10mm 12 N3 分布梁的设计控制内力 最大弯矩最大弯矩 Mmax 257kN m 最大剪力 最大剪力 Tmax 473kN 1 计算所需根数 O 号梁段底部支撑 2 6m 长 设所需 I25b 工字钢 n 根 按允许应力法 计算 则 令 得到 3 8 选取 6 根 I25b 工 K f nI yM x maxmax f n 字钢布置间距应满足梁底模板支撑的 100mm 100mm 方木支撑跨度需要 平均间距不大于 60cm 2 验算弯曲拉应力 101 4Pa 小于 f 215MPa 安全储备系数 K 2 1 满 5 maxmax max x I yM 足要求 3 验算弯曲挠度 利用位移相似比例法计算 验算最大弯矩处的挠度变形值 设 N3 主 梁上作用单位力 q 1 则单位力弯矩图如图 14 所示 图 14 横向分布梁 N3 单位荷载分析简图 单位荷载作用下的最大弯矩 39200 2 1 8 qL M 13 单位荷载作用下的最大挠度 0 019 6 384 5 4 1 x IE qL 设所求跨中最大挠度为 max 由相似比例公式 求得 max1 1max MM 12 9 略大于允许挠度 11 2 相当 按 1 maxmax M M L 500 1 JGJ166 2008 规范要求 应去掉荷载系