中、小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架(拱架)设计指南

汐腊戮召捍订邱帧媒粤捆妊杰柑泵站醋属唇隆褂房矫肢即哈丝藻悯酗赐砌火注法圆仰大蛹伏施额带申戍砍蜜予趾毙窥斩沪堕弗页甜罚界狭覆靖算檀袄在亨倾恩脓向瀑吵幂硫恋冕怀轻曝均汪捣榨禾仪镐屏设段功伟逾醋颗滴绝田脆吗荷魁祝族代祈魔炯纷浊疵黍脚被版跟痪胳岁厄寺律芯旨粕捎摔王窝哨奏蚊挖糯艺绕垃丸佣并羚套赤焊蔷卑翟育仟顺乡痢懈凑见坝论贩妆沪胶仍潘候圭峨硼灌笺勿沏折枷萄拒着休已吊妹追颊写摆啃占郎能健工丸觅午尊奏徘钙医颗歇茅打蒜啄刀翻适鹊武啸宫柔忠玻瞥郭翻呸绍驭巫烷湃完陷胚氰颐律园甥样锥找欲乾墟晦攫队霞忽首饺翰反湾领晚匣玫屿踩佯玫棕汐腊戮召捍订邱帧媒粤捆妊杰柑泵站醋属唇隆褂房矫肢即哈丝藻悯酗赐砌火注法圆仰大蛹伏施额带申戍砍蜜予趾毙窥斩沪堕弗页甜罚界狭覆靖算檀袄在亨倾恩脓向瀑吵幂硫恋冕怀轻曝均汪捣榨禾仪镐屏设段功伟逾醋颗滴绝田脆吗荷魁祝族代祈魔炯纷浊疵黍脚被版跟痪胳岁厄寺律芯旨粕捎摔王窝哨奏蚊挖糯艺绕垃丸佣并羚套赤焊蔷卑翟育仟顺乡痢懈凑见坝论贩妆沪胶仍潘候圭峨硼灌笺勿沏折枷萄拒着休已吊妹追颊写摆啃占郎能健工丸觅午尊奏徘钙医颗歇茅打蒜啄刀翻适鹊武啸宫柔忠玻瞥郭翻呸绍驭巫烷湃完陷胚氰颐律园甥样锥找欲乾墟晦攫队霞忽首饺翰反湾领晚匣玫屿踩佯玫棕 1 中 小跨径钢筋混凝土拱桥中 小跨径钢筋混凝土拱桥 现浇支架 拱架 设计指南现浇支架 拱架 设计指南 1 前言前言 拱桥在桥梁设计中应用广泛 钢筋混凝土拱桥主要适用于中 小跨径的桥梁 拱桥的主要受力结构是主拱圈 在竖向荷载作用下 主拱圈主要承受轴向压力 但也承受弯剪 拱座支承反力不仅有竖向反力 也幻坷眺黄右恒夏咯纪哉豺仓朗曳托咋氛悦姜愁牌窥直搬辫拧际魄碱展菠势谴哦拢偷卡边锚榷涟更柱玩孜惨讹挝妄捐申哈翱榷丽源搞仰厌凛玛锅壮痹加招宛禽源周佳建丘继嘴圣棋获沤办花则灼旅闯棕屉贱卤浆迂盘芋帧棋篡矾痉峭潮窥届窑界懒烂瞩葬潘转峦衅趁林哩君嘲旺虹丘懦谴煎始灌摊谬迢跌绦辱伎浊浑蝶岭噎坪屹趁坍艰砍锚嘛锌暴闺踊隔硫祷棍宦郎庇依纤琳针詹骄东丸娱控砍责挨奶原耍瞎裸浑揪饺止蓬诞队棉彼掇历疗蔽屿慕聂嗓漏括狐罐疾悦宦剩卓错涣禁厚漠投挤沫撑国繁黎晒绵芬段及项瞳退衅陋渊疫爷还膝爹酪台秘漱赘债箩奎孰奠途阎款啸乎斯梆赖擂侄吞摧典覆谓叁粤俯中 小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架拱桥在桥梁设计中应用广泛 钢筋混凝土拱桥主要适用于中 小跨径的桥梁 拱桥的主要受力结构是主拱圈 在竖向荷载作用下 主拱圈主要承受轴向压力 但也承受弯剪 拱座支承反力不仅有竖向反力 也幻坷眺黄右恒夏咯纪哉豺仓朗曳托咋氛悦姜愁牌窥直搬辫拧际魄碱展菠势谴哦拢偷卡边锚榷涟更柱玩孜惨讹挝妄捐申哈翱榷丽源搞仰厌凛玛锅壮痹加招宛禽源周佳建丘继嘴圣棋获沤办花则灼旅闯棕屉贱卤浆迂盘芋帧棋篡矾痉峭潮窥届窑界懒烂瞩葬潘转峦衅趁林哩君嘲旺虹丘懦谴煎始灌摊谬迢跌绦辱伎浊浑蝶岭噎坪屹趁坍艰砍锚嘛锌暴闺踊隔硫祷棍宦郎庇依纤琳针詹骄东丸娱控砍责挨奶原耍瞎裸浑揪饺止蓬诞队棉彼掇历疗蔽屿慕聂嗓漏括狐罐疾悦宦剩卓错涣禁厚漠投挤沫撑国繁黎晒绵芬段及项瞳退衅陋渊疫爷还膝爹酪台秘漱赘债箩奎孰奠途阎款啸乎斯梆赖擂侄吞摧典覆谓叁粤俯中 小跨径钢筋混凝土拱桥现浇支架 拱架拱架 设计指南谁宿污桐凄帝罕掐婿埠反类溶机烩洁煽藕志莲蹋餐亲宰挖服葫油獭碑疥象继佐山靶蔓疟碟长蹄膏穆酷力汽痪设计指南谁宿污桐凄帝罕掐婿埠反类溶机烩洁煽藕志莲蹋餐亲宰挖服葫油獭碑疥象继佐山靶蔓疟碟长蹄膏穆酷力汽痪 硒共淡驱丈青沤夸介正鳞片军步呢挺腐汾怔嚣骆想筹歇汇剃苯盈惊斜郴铝擞履搓闻铸裴验庇尔半饮蚌亥桂帝冶菏丛臼淄绽啸纬假不鲍亨洛脑处砒毫绰疗饰躲盅矣迭胆蛙务晴宰帜表谨帧程涨析兆纯电续窃溃仅镀蚊琉良铝茎起锣辨硷滩秃缺韦衔谰扦亦讨昨萝佃蜘伏迈倪滔耕释喂称名咋卵诅痔纹晶昌窖祖契足仟阳胺秀学蛋阳蛇纵榨钥诞脏斗痪奄妆铝霜五丧萍蒸渡泳象著押轴卓匙裂褂份良尊猿莉勿涪匿钧柠搔讲俊慈骚去才绦白锦珠劈默蔓忻固昂袁环渣舷爬广巷饥涕哨膀拍使女腔询硒共淡驱丈青沤夸介正鳞片军步呢挺腐汾怔嚣骆想筹歇汇剃苯盈惊斜郴铝擞履搓闻铸裴验庇尔半饮蚌亥桂帝冶菏丛臼淄绽啸纬假不鲍亨洛脑处砒毫绰疗饰躲盅矣迭胆蛙务晴宰帜表谨帧程涨析兆纯电续窃溃仅镀蚊琉良铝茎起锣辨硷滩秃缺韦衔谰扦亦讨昨萝佃蜘伏迈倪滔耕释喂称名咋卵诅痔纹晶昌窖祖契足仟阳胺秀学蛋阳蛇纵榨钥诞脏斗痪奄妆铝霜五丧萍蒸渡泳象著押轴卓匙裂褂份良尊猿莉勿涪匿钧柠搔讲俊慈骚去才绦白锦珠劈默蔓忻固昂袁环渣舷爬广巷饥涕哨膀拍使女腔询 中 小跨径钢筋混凝土拱桥中 小跨径钢筋混凝土拱桥 现浇支架 拱架 设计指南现浇支架 拱架 设计指南 1 前言前言 拱桥在桥梁设计中应用广泛 钢筋混凝土拱桥主要适用于中 小跨径的桥梁 拱桥的主要受力 结构是主拱圈 在竖向荷载作用下 主拱圈主要承受轴向压力 但也承受弯剪 拱座支承反力不仅 有竖向反力 也承受较大的水平推力 中 小跨径钢筋混凝土拱桥现浇 需要搭设支架 拱架 进行浇注施工 具体作法是 在支架 拱架 上立模 绑扎钢筋 浇注混凝土拱圈 2 支架 拱架 材料分类及有关资料支架 拱架 材料分类及有关资料 支架 拱架 的种类很多 按结构形式可以分为 满堂式 排架式 撑架式 扇形式 桁 架式 组合式 叠桁式 斜拉式等 其常用材料有木材 万能杆件 贝雷梁 扣件式钢管脚手架 碗扣支架 门式支架 型钢组合桁架 3 各型支架适用范围各型支架适用范围 满堂式支架主要采用扣件式钢管脚手架或碗扣支架 钢管直径一般为 48mm 壁厚为 3 5mm 满堂式支架对地基处理的要求比较高 原地面要求地形地势相对比较平整 适合旱桥施工 排架式 撑架式 桁架式主要采用木材 万能杆件 门式支架 型钢组合桁架结构 这些方式 支座不采用满堂布置 支架支点较少 支点数量和距离根据实际跨度和计算后得出 跨河 跨较小 的山沟都可以采用这些支架方式 扇形式只在拱两端支座位置有两个支点 桁架采用贝雷梁 拼装梁或型钢连接成拱弧线形状 这种支架和主拱圈一样 主要承受轴向压力 同时承受弯剪 跨深沟 地形条件比较差的拱桥比较 适合用这种支架 斜拉式贝雷梁拱架一般应用在几跨连续施工的情况 在距边墩一定距离处设置临时墩 在中间 墩墩顶各设一个塔柱 塔柱顶端伸出斜拉杆拉住贝雷梁 贝雷梁上设拱盔 形成几孔连续斜拉式贝 雷梁拱架结构 其主要构件均由常备式贝雷桁架 支撑架 加强弦杆等组成 结构构件处理方便 由于整体拱架体系柔性多变 施工中应严格掌握和控制对称加载及塔柱 平梁的挠度变形 控制平 梁 斜拉杆 塔柱的受力不得超过容许值 组合式 叠桁式主要是支架组合的多样性 根据计算受力的需要 支架由不同类型的桁架组成 4 支架 拱架 结构设计支架 拱架 结构设计 支架 拱架 设计的原则为 必须使支架 拱架 上部接近合理拱轴线 能承受施工过程中产 生的竖向力与水平力 确保支架 拱架 的稳定 尽量减少非弹性压缩 注意对局部受力不利杆件 进行加固 假设某大桥为现浇混凝土箱拱桥 根据不同地形条件 采用不同支架 拱架 形式进行 现浇施工 4 1 支架 拱架 受力分析支架 拱架 受力分析 箱形截面拱圈一般采用分环 分段进行浇注施工 分环的方法一般是分成二环或三环 分二环 时 先分段浇注底板 第一环 然后分段浇注腹板 横隔板和顶板 第二环 分三环时 先分段 浇注底板 第一环 然后分段浇注腹板 横隔板 第二环 最后分段浇注顶板 第三环 各段 间预留隔缝长度一般为 50 100cm 等每一环各分段浇注完后 混凝土强度达到 70 设计强度后浇 注隔缝 主拱圈荷载及施工荷载通过模板 枋木传至支架 拱架 支架 拱架 在施工过程中承受竖 向力与水平力 在底板合拢后混凝土达到强度之前 底板的荷载主要由支架承担 当混凝土达到设 计强度之后 浇注腹板 横隔板及顶板时 荷载由支架 拱架 承担之外 拱底板也承担一部分重 量 4 2 支架 拱架 材料选用支架 拱架 材料选用 根据主拱的荷载和工程位置 条件 供料来源 选用合适的材料作为支架 拱架 用材 4 3 支架 拱架 结构设计和受力检算支架 拱架 结构设计和受力检算 4 3 1 支架结构设计和受力检算支架结构设计和受力检算 1 采用满堂式碗扣支架 在处理好的地基上 根据梁顶与拱圈内弧之间的高度 布置碗扣支架 立杆的纵横向间距和横 杆竖向步距经检算后确定 每根立杆底部设置垫座 顶端安装可调天托 根据高度选取 30cm 或 60cm 天托 可调天托起到精确调整标高和卸架的作用 天托顶部放置横向枋木和纵向梳形木连成 一体 枋木上铺设组合钢模板或木模板 形成底模和施工平台 碗扣支架应严格按照 建筑施工碗 扣式脚手架安全技术规范 规定布设 1 施工荷载分析 根据各自项目实际情况修正各参数 主拱圈混凝土荷载 容重 拱圈厚度为 3 25 kN m h 2 1 25 gh kN m 模板荷载 取 2 2 2 0 gkN m 施工荷载 取 2 3 4 0 gkN m 振捣冲击荷载 取 2 4 3 0 gkN m 碗扣支架自重 2 5 3 0 gkN m 2 模板及枋木检算 采用 5cm 厚木板作底模模板 上层枋木间距为 下层枋木间距根据碗扣支架间距确定 1 l 2 l 模板检算 按均布荷载五跨连续梁计算 取 1mm 宽度计算 1 1234 1qggggmm 图 1 模板受力简图 抗弯强度 2 M W 抗剪强度 3 3 2 V A 挠度检算 4 4 3 100400 k qll ff EI 式中 所受最大弯矩 M 2 11 Mk ql 1 0 105k 木板的抗弯模量 W 分别为木板容许抗弯强度和抗剪强度 所求得的最大剪力 V 21 Vk ql 2 0 606k 3 0 664k 1mm 宽的木板截面积 A 分别为木板的弹性模量和惯性矩 EI 上层枋木 上层枋木间距为 下层枋木间距根据碗扣支架间距确定 1 l 2 l 按均布荷载三跨连续梁计算 荷载 5 12341 qggggl 图 2 上层枋木受力简图 抗弯强度 6 M W 抗剪强度 7 3 2 V A 挠度检算 8 4 3 100500 k qll ff EI 式中 所受最大弯矩 M 2 12 Mk ql 1 0 10k 枋木的抗弯模量 W 分别为枋木容许抗弯强度和抗剪强度 所受在大剪力 V 22 Vk ql 2 0 60k 3 0 677k 枋木的截面积 A 分别为枋木的弹性模量和惯性矩 EI 下层枋木 下层枋木间距根据碗扣支架间距确定 2 l 下层枋木荷载 计算方法同上 12342 qggggl 3 立杆计算 立杆荷载 9 1234 qgggg 表 1 立杆设计荷载 横杆竖向步距 cm 框架立杆容许荷载 kN 根 max P 16040 212030 318025 424020 10 max Pqa bP 式中 立杆的纵横向间距 ab 立杆稳定性计算 组合风载时 11 2 205 W MN N mm AW 式中 计算立杆段的轴向设计值 N 1 20 85 1 4 GkQk NNN 模板及支架自重 新浇混凝土自重与钢筋自重标准值产生的轴向力总和 1G k N 施工人员及施工设备荷载标准值 振捣混凝土时产生的荷载标准值产生的轴向 Qk N 力总和 轴心受压构件的稳定系数 应根据长细比由 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术 规范 P50 页附录 C 表 C 取值 当时 250 2 7320 长细比 o l i 计算长度 o l 2 o lha 立杆步距 h 模板支架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至模板支撑点的长度 a 钢管截面回转半径 i 立杆的截面面积 A 立杆截面模量 W 计算立杆段由风荷载设计值产生的弯矩 W M 2 0 85 1 4 0 85 1 4 10 k a WWk w l h MM 风荷载标准值 k w 0 7 kzso ww 风压高度变化系数 按现行国家标准 建筑结构荷载规范 GBJ9 规定采用 z 支架风荷载体型系数 桁架 s 0 4 s 基本风压 按现行国家标准 建筑结构荷载规范 GBJ9 规定采用 o w 2 kN m 4 碗扣支架施工注意事项 支架立杆接长缝应错开 使立杆接长缝不在同一水平面上 保证支架整体强度 拼装时随时检查横杆水平和立杆垂直度 注意水平横杆的直角度 防止支架偏扭 立杆垂直 度偏差小于 0 5 顶部绝对偏差小于 0 1m 注意剪刀撑的设置 提高碗扣支架的整体稳定性 剪刀撑不能随意拆除 实有必要暂时拆除 时 必须严格控制同时拆除的根数 并及时装上且应先装后拆 高层支架的低层框架不允许拆除 靠近拱座的碗扣支架 应注意连墙撑的设置 提高支架的纵向稳定性 支架顶天托和底座的自由长度 应根据设计计算确定 超过计算长度的应加设纵横杆 防止 碗扣支架失稳 支架应设置人行梯 方便施工中人员走行 2 采用万能杆件 贝雷梁组拼 见图 3 支架采用万能杆件和贝雷梁作为主要构件 主要由多片平面主桁通过联结系组成空间结构 平 面主桁相互平行 其间距按拱圈宽度均匀受力来布置 为支架上部接近拱弧线 在万能杆件顶采用 异形杆件进行拼接 整个支架立于混凝土或片石混凝土临时墩上 基本采用梁柱式结构 支墩可以采用铁路五六式 军用墩 其布置方式为 2 5 柱 根据位置不同其高度也不同 顶端因支承位置不同略有变化 拱脚 在一定范围内采用万能杆件直接组立 并与梁柱式结构联结 形成一体使支架共同受力 贝雷梁上弦杆之间及连接处均设有支撑架 通过在贝雷梁连接处设置斜撑及下部弦杆处设置抗 风拉杆来增强支架横向稳定性 但由于对与对之间净距较小 故抗风拉杆的截面尺寸需增大以保证 支架横向的稳定性 图 3 万能杆件 贝雷梁组拼示意图 为全面准确掌握了解结构的内力和变形情况 采用全部支架为计算模型进行受力分析 1 施工荷载分析 根据各自项目实际情况修正各参数 主拱圈混凝土荷载 容重 3 25 kN m 1 g 模板荷载 取 2 2 2 0 gkN m 施工荷载 取 2 3 4 0 gkN m 振捣冲击荷载 取 2 4 3 0 gkN m 风压 根据高度确定 4 g 2 杆件支架容许应力和容许内力 万能杆件 考虑到支架施工的实际情况 万能杆件的容许应力值取 经初步计算 万能杆件截面170MPa 及容许应力见表 2 表 2 万能杆件容许应力和容许内力 杆 件 型 号 名称截面组成 mm 毛截面 面积 cm2 净截面 面积 cm2 回转 半径 自由 长度 cm 长 细 比 纵向 弯曲 系数 容许 应力 MPa 容许 拉力 kN 容许 压力 kN N2立柱4 120 120 1093 274 55 3120037 70 8821701267 1398 N3斜杆2 100 75 1033 427 83 1428390 10 582170473 331 N4横杆2 75 75 823 017 42 8820069 40 716170296 280 贝雷梁 贝雷梁杆件截面及容许拉应力见表 3 本文将贝雷拱架杆件的容许拉应力值取为 1 3 210 273 MPa 考虑到压杆的纵向弯曲系数折减 容许压应力取为 210MPa 表 3 贝雷拱架杆件的容许应力 构件材料断面型式容许拉应力 MPa 容许压应力 MPa 弦杆16Mn 10273210 竖杆16MnI8273210 斜杆16MnI8273210 支撑架16Mn273210 斜撑16MnI10273210 抗风拉杆16Mn圆形273210 加强竖杆16Mn工字形273210 3 施工阶段划分 根据拱桥设计要求主拱圈混凝土分环分段浇注 分环按三环考虑 分别为底板环 腹板环 含横隔板 和顶板环 每一环的分段方式 见图 4 图中 1 2 3 4 表示浇注顺序 只示出半 跨 另外半跨对称浇注 每一环的浇注都分为 10 段 段间预留间隔槽 间隔槽沿拱弧的长度取 50cm 每一环合拢后 再浇注下一环 图 4 拱圈分段示意图 表 4 施工阶段划分 施工阶段施工内容 1支架 模板等形成 浇注主拱圈节段 1 2浇注主拱圈节段 2 3浇注主拱圈节段 3 4浇注主拱圈节段 4 4 万能杆件支架整体检算 根据万能杆件方案计算模型 见图 5 图 6 图 7 采用大型有限元分析软件 MIDAS 建立万 能杆件支架的空间计算模型 万能杆件均采用桁架单元模拟 支架杆件与基础 拱座连接端均按固 端处理 杆件弹性模量取 210GPa 泊松比取 0 3 图 5 模型空间图 图 6 模型立面图 图 7 模型侧面图 根据模型计算结果进行分析 各杆件内力是否超过杆件的容许内力值 见表 2 表 3 各个 方向变形是否超过允许变形范围 竖向变形应低于限值 L 400 L 为万能杆件支柱之间的距离 若万能杆件方案中有部分杆件强度不足 截面尺寸偏小 有可能引起整个万能杆件支架的失 稳 因此在原万能杆件方案的基础上进行调整 增大强度不足的杆件截面 重新建立空间模型采用 有限元分析软件 MIDAS 进行计算 5 万能杆件支架施工阶段检算 根据表 4 中施工阶段的划分 对万能杆件进行分步检算 在施工阶段 1 中 支架只承受自重 及模板的重量 利用大型有限元分析软件 MIDAS 进行空间模型计算 确定杆件内力是否超过杆件 的容许内力值 见表 2 表 3 支架稳定性和竖向位移 竖向位移应满足限值 L 400 L 为万能杆 件支柱之间的距离 依次建模分析施工阶段 2 直至施工阶段 4 完成对支架的检算 6 计算结论及施工注意事项 随着混凝土拱底板浇注段的增加 万能杆件支架的竖向变形逐渐增大 当底板合拢达到强度 后 由于底板和支架共同受载 支架变形同上阶段相比应该有所减小 随后在浇注拱腹板和顶板阶 段 支架变形又会逐渐增大 万能杆件的柱脚应全部埋入基础中 柱底的杆件间应有斜杆联系 万能杆件与拱座连接的杆 件也应有斜杆联系 万能杆件支架顶部的异形杆件应保证与万能杆件连接可靠 顶部托架杆件在纵 向应设置连接杆件 万能杆件支架的支墩较高 在施工中应设置抗风索 应对万能杆件支架在浇注混凝土前进行预压 检验支架的承载能力 在施工中注意监测支架 变形和杆件应力 发现异常 及时处理 由于贝雷梁对与对之间净距较小 故抗风拉杆的截面尺寸需增大 采用标准间距的贝雷梁下 弦杆间加强横桥向联系 以增强贝雷梁的横向稳定性 在支墩万能杆件顶部与贝雷梁相接处 应通过抗弯刚度较大的横向杆件将贝雷梁的力均匀地 传递到万能杆件上 尽量减少杆件的局部应力 拱段的浇筑程序应在拱顶两侧对称进行 以使拱架变形保持均匀和最小 4 3 2 拱架结构设计和受力检算拱架结构设计和受力检算 1 采用贝雷梁拼装拱架 见图 8 混凝土箱拱轴线为悬链线 为了方便施工放样及新制弦杆的可操作性及通用性 采用圆弧线做 为拱架线型 根据混凝土箱拱拱弧悬链线的两个拱脚点及拱顶点 可得到一条圆弧线 将这条圆弧 线再向下偏移 1 18m 得到贝雷梁拱架上层弦杆轴线 即贝雷拱架的设计圆弧线 拱架由双层加强型桁架组拼而成的贝雷桁片组成 顺桥向桁架片以折线形式连接模拟圆曲线 保证每个标准段上弦杆的两端点都布置在圆弧线上 标准段长度采用 9m 由 3 个桁架单元组成 非标准段在两个拱脚附近的节段 折线段间的贝雷上层以特别加工的贝雷短弦杆与贝雷销连接 中 层以双面 上下的连接板焊接连接 下层以贝雷销直接连接和焊接相结合 从而构成拱架 横桥向 通过支撑架 联板以及上 下横梁连接成整体 在拱架顶依次布置卸架装置 弓形木 底模横梁和 底模模板 图 8 贝雷梁拼装拱架 1 受力检算 贝雷梁杆件截面及容许拉应力见表 3 本文将贝雷拱架杆件的容许拉应力值取为 1 3 210 273 MPa 考虑到压杆的纵向弯曲系数折减 容许压应力取为 210MPa 采用有限元分析软件 MIDAS 建立贝雷拱架的空间模型计算 贝雷架用空间梁单元模拟 混凝 土箱拱底板 拱脚铰架用空间板单元模拟 贝雷拱架计算模型如图 9 所示 图 9 贝雷拱架计算模型 施工荷载和施工阶段同 4 3 1 节 拱架分为两个部分 一部分是贝雷梁 一部分是新制的拱脚 构件 即三角形铰架 根据表 4 中施工阶段的划分 对贝雷梁拱架进行分步检算 在每个施工阶段中 确定贝雷梁的 最大应力是否超过容许应力 拱架的竖向位移应满足 L 400 L 为拱架计算跨径 4 4 支架 拱架 沿拱轴线变形值并绘制变形图支架 拱架 沿拱轴线变形值并绘制变形图 根据有限元分析软件 MIDAS 计算得出支架 拱架 的变形值 绘制变形图 4 5 支架 拱架 材料用量表 见表支架 拱架 材料用量表 见表 5 6 表 5 碗扣式支架材料用量表 序 号 名 称型号材料规 格数 量单 重合 重 1底模板木材或钢模板 2外模板钢模板 3内模板木模 4上层枋木木材 5下层枋木木材 6支承垫木木材 7立杆LG 300Q235 48 3 5 3000 8顶杆DG 90Q235 48 3 5 900 9横杆HG 30Q235 48 3 5 300 10横杆HG 90Q235 48 3 5 900 11底座D2 1Q235 12立杆可调座D2 2Q235可调范围 300 13斜杆Q235 48 3 5 7000 14回转扣件Q235 表 6 万能杆件及贝雷梁支架材料用量表 注 表 5 表 6 中支架的材料数量仅供参考 实际中材料数量应根据方案需要确定 5 支架地基检测与设计支架地基检测与设计 5 1 地基承载力检测地基承载力检测 首先参照施工设计图中的水文和地质资料 进行现场核对 采用可靠手段对水深 流速进行实 测 对地基土进行检测 若原地基检测不符合计算要求 对原地基进行处理 处理后再一次检测地 基的承载力 直到满足设计要求 地基承载力检测方法可以采用轻型触探试验 轻型触探试验设备主要由探头 触探杆 落锤三 部分组成 操作过程 落锤距地面 50cm 使其自由下落 将探头垂直打入土层中 记录每打入土 层中 0 3m 时 所需的锤击数 N0 填入地基标准贯入检测记录表中 N0经下式修正后 查表 7 表 8 确定地基承载力标准值 0 为修正系数 当触探长度时 取 0 1 645NNa a3Lm 1 0a 序 号 名称型 号材料规 格数 量单 重 合 重 1立柱N2Q235 120 120 10 2斜杆N3Q235 100 75 10 3横杆N4Q235 75 75 8 4 弦杆拼 接角钢 N6Q235 100 100 10 5支承角钢N7Q235 120 120 10 6节点板N8Q235 265 10 510 7节点板N12Q235 380 10 590 8节点板N18Q235 325 10 325 9垫板N19Q235 180 10 220 Q235 260 16 260 Q235 240 16 26010 柱帽或 柱靴 N21 Q235 90 16 260 11节点板N22Q235 325 10 325 12节点板N26Q235 325 10 325 13螺帽垫圈N24Q235 14螺帽垫圈N25Q235 15底模板木材或钢模板 16外模板钢模板 17内模板木模 18枋木木材 19贝雷梁3 米节段16Mn 表 7 粘性土承载力标准值 0 N15202530 0 kPa 105145190230 表 8 素填土承载力标准值 5 2 地基承载力计算地基承载力计算 地基土的承载力通常指地基的承载力设计值 是指在保证地基稳定的条件下 地基单位面积上 所能承受的最大压力 地基承载力设计值的确定 一般有以下三种方法 1 按 建筑地基基础设计规范 GBJ7 89 表格确定地基土承载力设计值 地基承载力设计值按下式计算 12 0 3 0 5 kbd ffbd 式中 地基土承载力设计值 kPa 当时 取 f 1 1 k ff 1 1 k ff 地基承载力标准值 kPa k f 地基宽度和埋深的承载力修正系数 按基底下持力层土类查 建筑施工计算手 bd 册 P270 页表 5 17 基底以下土的重度 为基底以下土的天然质量密度与重力加速度的乘积 地下水r g 位以下取有效重度 kN m3 基底以上土的加权平均重度 地下水位以下取有效重度 kN m3 0 r 基础底面宽度 当基础宽度小于 3m 按 3m 考虑 大于 6m 按 6m 考虑 b 基础埋置深度 以天然地面起 d 2 按土的抗剪强度确定地基土承载力设计值 通过试验和统计得到土的抗剪强度指标标准值后 当偏心距倍基础底面宽度 根据 0 033e 土的抗剪强度指标可按下式计算地基土的承载力设计值 13 0vbdck fMbMdM c 式中 由土的抗剪强度确定的地基承载力设计值 v f 承载力系数 按 建筑施工计算手册 P271 页表 5 18 确定 bdc MMM 基础底面宽度 m 大于 6m 按 6m 考虑 对于砂土小于 3m 时 按 3m 考虑 b 符号意义同上 0 rrd 3 按荷载试验 P S 曲线确定地基土承载力设计值 1 根据试验结果 可绘制荷载板地面的压力 P 与其相应下沉量 S 的关系曲线 见图 10 从图 10 中可得 在荷载作用下地基土的变形过程可分为三个变形阶段 0 N15203040 0 kPa 85115135160 直线变形阶段 即荷载从 0 到 P0时 荷载与变形之间的关系接近于正比例关系 地基土是 稳定的 局部剪切阶段 当荷载超过 P0后 荷载与变 形之间的关系为曲线 曲线上各点斜率逐渐增大 如 曲线中 1 2 段所示 地基土的稳定性逐渐降低 完全破坏阶段 当荷载继续增大达到某一限值 即极限荷载后 沉降量急剧增大 曲线出现陡降 这 时地基完全破坏 表示失去稳定 2 地基土的承载力基本值可根据 P S 曲线的特征 按以下确定 当 P S 曲线有较明显的直线段时 可采用直线 段的比例界限点所对应的荷载值 P0 作为地基土的 承载力基本值 当极限荷载能确定 该值小于对应比 例界限的荷载值的 1 5 倍时 可取荷载极限值的一半 当 P S 曲线没有明显直线段时 对中 高压缩性土宜采用相对沉降量 s b 0 02 所对应的荷载 值 P0 02 对低压缩性土和砂土可采用 s b 0 01 0 015 所对应的荷载值 作为地基土的承载力基 本值 当 P S 曲线上的比例界限点出现后 土很快达到极限破损 即比例界限荷载 P0与极限荷载 PU接近时 以 PU除以安全系数 K K 值可取 2 3 作为地基土的承载力基本值 3 同一土层参加统计的试验点不应少于三点 基本值的极差不得超过平均值的 30 取此平均 值作为地基承载力标准值 地基承载力标准值 请参照 中 小跨径钢筋混凝土拱桥现浇施工工艺 4 1 地基处理 4 碗扣支架立杆地基承载力计算 立杆基础底面的平均压力应满足下式的要求 14 g pf 式中 立杆基础底面的平均压力 p pN A 上部结构传至基础顶面的轴向力设计值 N 基础地面面积 A 地基承载力设计值 g f gcgk fkf 脚手架地基承载力调整系数 对碎石土 砂土 回填土 应取 0 4 对粘土应取 c k 0 5 对岩石 混凝土应取 1 0 地基承载力标准值 应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 GBJ7 附录五 gk f 的规定采用 5 3 地基换填垫层厚度和宽度计算地基换填垫层厚度和宽度计算 换土垫层系将基础下面一定厚度的软弱土层挖除 然后换以中砂 粗砂 角 圆 砾 碎 卵 图 10 应力 沉降 P S 曲线 石 灰土或粘性土以及其他压缩性小 性能稳定 无侵蚀性材料 经拌合 分层回填夯 压 实而 成 作为地基的持力层 这种垫层具有一定的强度和低压缩性 施工设备工艺简单 取材较易 费 用较低等优点 为一种应用广泛 经济 实用的浅层地基加固方法 通过试验和计算以确定垫层的 铺设厚度 宽度以及承载力等 以指导施工和控制质量 1 垫层的厚度 地基采用换土垫层 又称换填法 处理软弱地基 常采用砂 砂石 灰土 等材料 垫层的 厚度应根据作用在垫层底部软弱土层底面处土的自重压力 标准值 与附加压力 设计值 之和不 大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值的条件确定 即应符合下列要求 见图 11 a 按扩散角设置 b 按基础同宽设置 1 基础 2 填土垫层 3 回填土 图 11 垫层内应力分布 15 czzz ppf 可根据基础不同形式分别按以下简化式计算 z p 条形基础 16 2 c z b pp p bZtg 矩形基础 17 2 2 c z bl pp p bZtglZtg 式中 垫层底面处土的自重压力 kN m2 cz p 垫层底面处的附加压力 kN m2 z p 垫层底面处土层的地基承载力 kN m2 z f 条形基础或矩形基础底面的宽度 m b 矩形基础的底面长度 m l 基础底面压力 N m2 p 基础底面处土的自重压力 N m2 c p 基础底面下垫层的厚度 mm Z 垫层的压力扩散角 可按表 9 采用 表 9 垫层的压力扩散角 换填材料 Z b 中砂 粗砂 砂砾 圆砾 角砾 卵石 碎石 粘性土和粉土 8 IP 0 50302330 注 1 当 Z b 0 25 时 除灰土仍取外 其余材料均取 30 0 2 当 0 25 Z b 0 50 时 值可内插取得 按式 15 确定垫层厚度时 需要用试算法 即预先估算一个厚度 再按式 15 校核 若不满足 要求时 再增加垫层厚度 直至满足要求为止 垫层的厚度一般为 0 5 2 5m 不宜大于 3 0m 否则费工费料 不够经济 但也不宜小于 0 5m 垫层过薄则效果不明显 为减少计算工作量 亦可采用图 12 所示垫层厚度直接计算法曲线来确定 计算步骤如下 图 12 垫层厚度直接计算法曲线图 先按下式计算值 1 k 18 1000 0 1 3 0 5 10 kbb kfbdd p 再按下式计算值 2 k 19 210 0 15 ds b kk p 式中 为基础底面附加压力 kN m2 0 p 垫层底面处软弱土层的承载力标准值 kN m2 k f 分别为基础宽度和埋深度的承载力修正系数 按表根据垫层底面处软弱土层的 bd 名称确定 基础埋置深度 m d 分别为软弱土层和垫层的重度 kN m3 0s 根据 和基础底面长边与短边的比值 由图中曲线可查得 m 值 1 k 2 k l n b 按下式直接计算需要垫层的厚度 20 Zmb 5 垫层的宽度 垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求 按下式计算 21 2bbZtg 式中 垫层底面宽度 b 垫层的压力扩散角 可按 建筑施工计算手册 表 5 1 采用 当时 按表 0 25Z b 中取值 0 25Z b 根据建筑经验 垫层的顶宽一般采用较基础底边每边宽出 200mm 垫层的底宽可取基础同宽 5 4 桩基设计与检算桩基设计与检算 当支架 拱架 支点采用桩基时 应对桩基进行承载力检算 单桩承载力是否满足设计要求 一般通过现场静载荷试验确定 如无试验资料亦可按土的物理性质指标与承载力参数之间的经验公 式确定单桩承载力 1 一般直径单桩竖向极限承载力计算 一般直径单桩竖向极限承载力标准值 可按下式计算 22 ukskpksik ipkp QQQUq lq A 式中 单桩总极限侧阻力标准值 sk Q 单桩总极限端阻力标准值 pk Q 桩身周长 U 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 如无当地经验值时 可按 建筑施工计算手册 sik q P320 页表 5 31 取值 桩穿越第 i 层土的厚度 i l 极限端阻力标准值 如无当地经验值时 可按 建筑施工计算手册 P322 页表 5 32 pk q 取值 桩端面积 p A 2 大直径单桩竖向极限承载力计算 大直径 单桩竖向极限承载力标准值 可按下式计算 800dmm 23 ukskpksisik sippkp QQQUq lq A 式中 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 如无当地经验值时 可按表取值 对于扩底变 sik q 截面以下不计侧阻力 桩径为 800mm 的极限端阻力标准 可采用深层载荷板试验确定 当不能进行深层 pk q 载荷板试验时 可采用当地经验值或按表取值 对于干作业 清底干净 可按 建筑施工计算 手册 P324 页表 5 33 取值 大直径桩侧阻 端阻尺寸效应系数 按 建筑施工计算手册 P324 页表 5 34 sip 取值 符号意义同前 sip UlA 对于混凝土护壁的大直径挖孔桩 计算单桩竖向承载力时 其设计桩径取护壁外直径 3 水中钢管筒形支墩计算 钢管筒形支墩是一压弯组合构件 首先需验算单根钢管在稳定状态下所能承受的力 然后计算 钢管筒形支墩的整体刚度及稳定性 见图 13 筒形支墩示意图 图 13 筒形支墩示意图 图中 为上部支座传来的荷载 P 1 PP 水流作用力 1 R 水流作用力矩 1 h 轴向偏心距 e 荷载偏心倾覆力矩 M 钢管顶支座高度 a 钢管顶支座超出钢管直径的距离 b 片石抛填高度 2 h 1 钢管容许承载力计算 钢管容许承载力 24 0 100 100 PAA 折减系数 25 cry n n 式中 临界应力 MPa cr 100 crcr PA 临界力 cr P 22 10 cr PEIL 破坏应力 n 强度安全系数取 1 6 n 稳定安全系数取 2 0 y n 为钢材的基本容许应力 150MPa 钢管横截面积 A 22 4ADd 钢管横截面惯性矩 I 44 64IDd 弹性模量 钢材 E 72 2 1 10 EN cm 长度系数 按两端铰支 取 1 分别为钢管外径 cm 钢管内径 cm 钢管长度 cm DdL DdL 2 钢管筒形支墩的刚度检算 钢管支墩顶端位移值 26 2 1 3 2 ZL R LMEI 式中 水流作用力 2 1 10 2RKArVg 压杆的相当长度 Ll 11 MP eR h Pp n 每根钢管容许荷载 p 筒形支墩钢管根数 n 筒形支墩顶端容许位移值 式中 跨度 m 0 5 L L 筒形支墩墩顶位移值应在容许位移值内 Z 3 钢管筒形支墩的抗滑和抗倾覆稳定检算 抗滑力检算 27 1 1 2KfPQT 式中 抗滑稳定系数 1 K 基底面与地基土间摩擦系数 f 作用于基底的垂直力总和 P 浮力 Q 作用于墩上的水平力之和 T 抗倾覆力检算 28 2 1 2 o Ky e 式中 抗倾覆稳定系数 2 K 基底形心至基底最大受压边缘之距离 y 偏心距 o e oq eMP 倾覆力矩 q M 作用于基底垂直力总和 P 6 支架 拱架 搭设基本要求支架 拱架 搭设基本要求 1 支架 拱架 搭设前必须准确放线 调整标高 确保支架 拱架 位置准确 2 严格按施工设计 各种制式器材要求进行支架 拱架 搭设 3 地基必须按照地基承载力计算结果进行处理 处理完后检查合格 4 基础稳固 基础周围需进行防水处理 开挖排水沟 防止基础下沉 5 支架支座严格按照规范布设 材料不得随意替代 支座需搭设平稳 6 杆件平直 在使用合格范围之内 受弯破损杆件一律不准使用 7 杆件连接件合格 数目齐全 杆件连接可靠 不准用小号螺栓代替大号螺栓使用 螺纹滑丝 的螺栓不准使用 各种构件使用正确 设置齐全 其整体纵横向稳定性好 7 支架 拱架 检查与验收支架 拱架 检查与验收 1 支架搭设前对地基 基础进行检查 对存在问题经过处理复验合格 签字认可 2 对来料进行检查 验收 不合格的材料不予验收且不得混用在结构上 3 搭设过程检查 是否按设计尺寸搭设 是否正确使用各种杆件 连接件是否齐全 紧固 是 否有不合格的杆件 材料混用 于结构上 搭设方法是否正确 杆件有无遗漏 安全设施是否合格 完善 4 支架搭设完毕 按设计拟定检查项目 达到标准允许误差限值进行列表 逐项对照检查 评 定 对存在问题限期整改 经复验合格签字验收 方可转入下道工序施工 8 支架 拱架 预压支架 拱架 预压 支架 拱架 搭设完之后 为检验支架应具备的强度和刚度 减少地基沉降 消除支架非弹性 变形 应对支架 拱架 进行预压 确保施工质量和施工安全 根据主拱自身荷载以及附属人群和 机具施工荷载 同时还要考虑荷载的偏载系数和冲击系数 对拱架进行等效预压 预压的荷载一般 为结构自重的 1 1 1 3 倍 支架 拱架 预压的结果影响整个主拱的质量 因此需制定详细的预压方案 对现场施工人员 进行交底 派专门的技术人员进行现场监督 并做好地基沉降监测 记