某桥钢箱梁安装设计方案

钢箱梁安装设计方案钢箱梁安装设计方案 一 一 结构简述结构简述 XX 公路 2 号桥位于 XX 市 XX 区铁西三期开发片区内 XX 公路上 修筑起点桩号 K0 314 365 修筑终点桩号 K0 804 365 桥梁总长 1170 米 其中主桥采用跨径为 40 90 230 90 40 490m 的自锚式悬索桥 中间三跨主梁采用正交异性板钢箱梁 40m 边配跨采用预应力钢筋混凝土箱梁结构 钢箱梁全长 384m 桥面全宽 50m 含风 嘴总宽 51 162m 梁高 3 0m 主跨处于 R 20000m 的圆弧竖曲线上 桥梁立面图见下图 钢箱梁采用流线型正交异形板结构 分为顶板 底板 横隔板 纵腹板 风嘴及悬索吊耳等 其中顶板宽度 50 米 中央设置 1 5 的双向横坡 桥梁中心线处梁高 3 0 米 顶板厚度 16 毫米 在 主缆区局部加强至 40 毫米 在顶板下顺桥向间隔 600 毫米设置加劲纵肋 板厚为 8 毫米 穿过横 桥向 3 0 米间距的横梁 组成正交异性结构的顶板 箱梁底板厚度为 14 毫米 在底板上顺桥向间隔 800 毫米设置加劲纵肋 板厚 6 毫米 箱梁纵向设有九道纵隔板 腹板厚度 16 毫米 间距 4 7 5 米 全桥钢箱梁分为 6 种类型 43 个梁段 分为标准梁段 端梁锚固段 合龙段及塔下 梁段等 其中标准梁段共 34 个 长 9m 其他梁段共 9 个 长从 7 5m 至 10 4m 不等 钢箱梁制作段的划分及编号见表 1 90米230米90米 410米 3 314 78x9 728 88 88x9 7214 73 322x9 198 图 1 韩土公路 2 号桥立面图 表 1 梁段设计分段情况 分区梁端类型 长度 m 桥面宽度宽度 m 重量 t 数量 块 主跨合拢段 A10 450294 6 1 正常梁段 B950255 0 34 C7 550212 5 2 D7 550212 5 2 塔区梁段 E8 650243 6 2 钢混结合段F 段和过渡段 10 250459 52 合计 11219 3243 钢箱梁制造采用 板板 板单元板单元 涂装涂装 桥位预拼装 焊接桥位预拼装 焊接 方式生产 即公司厂内 完成零件及板单元 直接运输至桥位现场 桥位处逐块吊装 匹配预拼装 焊接成整体 二 安装思路及安装顺序二 安装思路及安装顺序 XX 二号桥钢箱梁板单元在山桥厂内制作 陆路运输至现场进行安装 钢箱梁安装分为塔区安装和主跨 边跨钢箱梁安装 均采用支架法安装 塔承台施 工后立即进行基础回填并进行夯实处理 全桥均采用支架法安装 板单元运输至现场后 直接吊装至支架上进行拼装焊接 首先安装塔区梁段和钢混结合段 然后以塔区为中心 向两边逐段进行全桥钢箱梁的安装 钢箱梁吊装采用 2 台 200 吨履带吊机进行 三 板单元划分和厂内制造三 板单元划分和厂内制造 由于受陆上运输及施工场地 工期条件制约 钢箱梁无法按照设计分段制造 运输 及安装 故把钢箱梁的制作分厂内板单元制造 桥位节段拼装两个阶段进行 以钢厂板 材的供货能力和公司现有板单元制造设备 工装及公路运输不超限为原则 将每个梁段 划分为若干板单元 便于陆上运输 工厂内板单元划分见下图 图 2 板单元分布直观图 图 3 板单元划分示意图 四 支架方案四 支架方案 4 1 支架方案的选定原则 支架体系应牢固可靠 满足施工需要 必须要成本低 支架成本包含基础成本 支架材料摊销成本 进出场运输费用 支架搭设费用 拆卸 费用 施工速度快 组织协调灵活 因此 我部将投标时初步的贝雷支架方案优化为 钢管柱支架 支架采用纵向工字钢作分配梁 横向采用工字钢作为支撑体系 钢管柱间 隔采用槽钢剪刀撑连接系加固 4 2 支架的总体布置 依据吊装工艺及安装顺序 钢箱梁支架自塔区向两边划分为塔区段支架 正常段支 架 钢混结合段支架三个部分 塔区段支架布置 塔区支架如图 11 所示 中间部分在主塔下横梁上直接搭设支撑 风嘴 纵隔板 底板 中横隔板 顶板 内横隔板 锚箱 边横隔板 外纵隔板 横梁和牙板 外形高程与梁底一致 塔柱外侧两根采用 500 8mm 螺旋焊管钢管柱用 以支撑 E 梁段悬挑出塔柱外侧的部分 钢管柱中心间距为 3 8m 两钢管柱分别与邻近 的支柱 14 16 及 54 56 之间采用 18a 槽钢剪刀撑和剪刀上下横撑连接 剪刀撑相交处 采用焊接方式连接成整体 正常段支架布置 中间支架横向布置 7 排钢管柱 采用 500 8mm 螺旋焊管钢管 柱 钢管柱钢管柱中心间距 6 7 5m 横向两钢管柱之间采用 18a 槽钢剪刀撑和剪刀上 下横撑连接 剪刀撑相交处采用焊接方式连接成整体 每排钢管柱顶沿纵向布置 50b 工 字钢作为重力分配梁 用以支撑梁段支点 正常段支架如图 10 所示 钢混结合段支架布置 由于钢混结合段钢箱梁重量大 钢箱梁完成后还要承受部分 现浇混凝土的重量 横向钢管柱先按正常段间距布置 然后进行加密 并设置了悬挑梁 支撑 如图 13 所示 断面共设置了 15 根钢管柱 所有钢管柱均采用 500 8mm 螺旋 焊管 管柱中心间距为 1 9m 3 75m 12 1 9m 详细布置如图 12 所示 横桥向每排支架中部采用剪刀撑及横撑连接成整体后 顶部使用槽钢进行连接用做 焊接及涂装用施工脚手架 纵桥向钢管柱设置原则为间隔 1 横隔板设置 1 根 正常段间 距为 6m 间隔设置剪刀 支架布置具体见图 10 图 14 4 3 钢管柱受力分析 本支架最高处支架高度为 25 2m 进行支架受力验算是按照 25 2m 高度进行计算 各种规格钢管支撑力计算如下 4 3 1 钢管柱采用直径 500mm 外径 壁厚 8mm 的钢管 每根钢管柱的长度为 25 2m 下端支承在扩大的混凝土基础上 上端支承在钢箱梁底板上 在此条件下 钢 管柱两端视同铰支 则 杆件计算长度 杆件实际长度 25 2m 0 ll 单根钢管支架的截面回转半径 17397 0 4 484 0 5 0 4 22 22 dd i 内外 长细比 查 建筑钢结构设计规范 GB T50017 2003 85 144 73971 0 2 25 0 i l 属于 b 类截面杆件 查受压杆件纵向弯曲系数 326 0 钢管的受压截面毛面积 2 22 22 012365 0 4 484 0 5 0 4 mA dD 内外 钢管采用螺旋焊管 材质为 Q235 钢 取 2 0 安全系数 容许应力按 a 5 117 MP 单根钢管的容许支撑力 TKNAN36 4765 473012365 0 5 117326 0 4 44 4 钢管柱支架组合设计 钢管柱支架组合设计 4 4 1 纵桥向按照每间隔 1 道横隔梁下设置一排钢管支点 然后采用 50b 工字钢 将每根钢管纵向连接起来 每 2 道横隔梁有 1 道横隔梁支点设置在工字钢上 纵桥向共 设置 71 排钢管柱 横桥向共布置 7 排钢管 共计 497 根钢管桩 横桥向上部使用槽钢 连系起来 可做人员脚手平台 纵横向分别使用槽钢连接系固定 钢管柱采用 500 8mm 钢管按 6m 6m 布置 横桥向按照 6 7 5m 共布置 7 根 如附件图所示 4 4 2 本支架方案即相当于横向每排支架支撑纵桥向 6m 长的钢箱梁 1 全桥钢箱梁重 12104 37t 2 全桥支架钢材总重 2600 吨 3 施工位置人员 机具等其他荷载 7t 4 4 3 单根桩施工最大压力 N 12104 37 2600 497 29 6t 假设人员 机具 施工荷载由横向单排 7 根 承担 则每根桩承载 7 7 1t 所以单根桩实际最大压力为 N 29 6 1 30 6t N 30 6 N 47 36t 钢管支架强度满足要求 4 4 4 纵向分配梁 横梁的受力计算 纵梁 横梁材料材质为 Q235 取安全系数为 2 0 则允许应力为 117 5MPa 68 15MPa 横梁采用工 45b 纵梁采用工 50b 工 45b 截面特性 Ix 3 376e8 mm4 Wx 1500400mm3 工 50b 截面特性 Ix 4 856e8 mm4 Wx 1942240mm3 参照 钢结构设计规范 GB50017 2003 进行验算 1 横梁 横梁工 45b 计算 计算 横梁承受钢箱梁及自重荷载共 12104 37 钢箱梁重量 1100 横梁自重 13204 37 吨 纵向每延米重 13204 37 384 34 39t m 横隔板间距 3 米 每 3 米重 34 39 3 103 17t 每条横梁上横向均布荷载 q 103 17 45 2 29t m 取其中一段按照简支 均布荷载计算 Mmax ql2 8 2 29 7 5 7 5 8 16 1t m Tmax ql 2 2 29 7 5 2 8 59t 强度计算 Mmax Wx 16 1e7 1500400 107 3MPa 117 5MPa 满足要求 Tmax A 8 59e4 414 13 5 15 37MPa 68 15MPa 满足要求 稳定计算 h0 tw 414 13 5 31 80 按照构造配置加劲肋 b t 76 18 4 2 13 满足要求 2 纵梁 纵梁工 50b 计算 计算 纵梁承受钢箱梁及横纵梁等自身荷载 共 12104 37 钢箱梁重量 1100 横梁自重 275 纵梁自重 12275t 纵向每 3 米重 3479 37 384 3 105 3t 横向共 7 个支撑点 每个支撑点承受荷载 P 105 3 7 15 04t 其中柱处支撑点受力直接传给立柱 仅中间点承受 P 荷载 Mmax PL 4 15 04 6 4 22 56 t m Tmax P 2 15 04 2 7 02t 强度计算 Mmax Wx 22 56e7 1942240 116 2MPa 117 5MPa 满足要求 Tmax A 7 02e4 460 14 10 9MPa 68 15MPa 满足要求整体稳定计算 自由长度 L1 6m 查表 b 0 8 0 6 则 b 1 07 0 282 0 8 0 7175 Mmax b Wx 22 56e7 0 7175 1942240 162MPa 215 满足要求 局部稳定计算 H0 tw 460 14 33 80 按照构造配置加劲肋 b t 80 20 4 16 满足要求 4 支架基础设计 支架基础设计 1 支架基础设计 每根钢管底部平均压力 30 6 吨 钢管支承柱下做扩大混凝土基础 基础厚度均为 60cm 基础承压面尺寸为 2 5m 2 5m 布置 基础混凝土选用 C25 级混凝土 扩大基础 中间 1 5m 1 5m 范围内铺设 15cm 15cm 即 10 10 根 的 12 钢筋网片 如下图 所示 尺寸单位 m 1 8 0 6 1 8 1 8 断面图 平面图 图 4 钢管支架混凝土扩大基础示意图 2 基础承载力验算 查施工区域中密砂土承载力 200KPa 地基容许承载力 P 200KPa 1 8 m 1 8m 64 8t 单个 1 8m 1 8m 基础最大支撑力 P工作 30 6 1 8 1 8 0 6 2 5 35 5t P 工作 P 地基承载力满足要求 3 混凝土抗剪强度验算 混凝土顶预埋 700 700 10mm 钢板 钢管柱底直接焊在钢板上 钢管柱施加的压 力 306000N 0 49m2 0 62MPa C25 混凝土抗剪强度 1 27MPa 考虑 1 5 的安全系数 混 凝土冲切强度 ft 0 85MPa 5 本支架方案支架材料成本估算 1 500 8 螺旋焊接钢管 1137 8 吨 2 50b 号工字钢 272 7 吨 3 45b 号工字钢 945 4 吨 4 12mm 牙板 64 9 吨 5 20a 号槽钢 209 3 吨 6 18a 号槽钢 205 0 吨 7 10mm 厚钢板 20 9 吨 8 20mm 厚钢板 73 0 吨 9 C25 基础混凝土 1069 米 3 支架钢材总重约 2992 吨 基础处理 C25 混凝土 1069m3 钢材按照 2000 元 吨摊销 C25 混凝土按照 300 元 m3计 支架材料成本共计 630 5 万 五 钢箱梁板单元吊装方案五 钢箱梁板单元吊装方案 1 通过多种起重吊装方案比选 最终选定采用 200 吨履带吊机进行钢箱梁板单元 桥位吊装 优点如下 1 履带吊机可同时进行多个作业面吊装施工 2 对场地适应性强 本桥位现场地势起伏 履带吊机不受限制 3 运输车辆直接运送钢箱梁板单元至安装位置处 避免空中位移 减少高空作业 工作量 4 履带吊机可负重行走 组织灵活 5 作业速度快 成本低 2 履带吊机吊杆长度及工况选择 本桥钢箱梁底至原地面最高处 29 2m 灌注桩施工及下部承台施工是弃土整体回 填 1m 吊装最大高度 31 2m 外边排支架最大高度为 31m 最外排支架距桥位中心线距 离 25m 吊装桥中心线处板单元时最小回转半径 42m 最大要求吊杆长度 82m 如下计算图 图 5 履带吊机最小回转半径 最长吊杆计算图 本桥中间块板单元吊装时吊机回转半径最大 中间块板单元最大重量为 9 9 吨 结合段 根据 200 吨履带吊机性能参数 选择主臂直接起吊 自身配重的工况 吊 杆长 度 85 5m 起吊回转半径 42m 的工况 起吊重量 10 吨 满足吊装要求 吊装示意图如下 图 6 板单元吊装 六 吊装顺序六 吊装顺序 总体安装顺序 先安装塔区 B C D E 节段及边跨区结合段 F 节段 然后由塔区 向两侧分 4 个作业面同时展开工作 在边跨和主跨分别设置合拢节段 见总拼顺序图 9 节段板单元吊装顺序 每个标准梁段分割成 50 块板单元 采用 200 吨履带吊机 按照底板 斜底板 横 纵隔板 锚箱 中间顶板 边顶板 风嘴的吊装顺序 实现立 体阶梯形推进方式逐段组装与焊接 组装采用 正装法 以胎架为外胎 以横 纵隔板为内胎 各板单元按纵 横基 线就位 辅以加固设施以确保精度和安全 重点控制钢箱梁几何形状和尺寸精度 相邻 接口的精确匹配等 以标准段为例 具体步骤如下 1 组装底板 先将中间一块底板单元置于胎架上 使其横 纵基线在无日照影响的条件下与胎架 上的基线精确对正并固定 然后依次对称组装两侧底板 焊接同一块体中相邻的两块底 板 焊接相邻节段的底板间焊缝 组装时应按设计宽度精确预留焊接收缩量 使用经纬 仪控制底板基准头在同一直线上 见图 17 图 17 底板组装 2 组装中间横隔板 组装前底板上划好横隔板中心线 因钢箱梁位于一定的竖曲线上 横隔板不与大地 铅垂 这时应采用吊铅垂的方法控制横隔板倾斜角度 以保证横隔板与底板垂直 吊铅 垂测量