托架及支架施工设计方案

1、济菏高速公路第十二合同段梁济运河特大桥主桥托架及支架施工设计方案中国铁建中铁十六局集团第三工程有限公司济菏高速公路项目部二00五年九月梁济运河特大桥主桥托架及支架施工设计方案一、主桥工程概况梁济运河特大桥是济南至菏泽高速公路上的一座特大型桥梁，全长527m位于半径R=9000m的平曲线内，曲线变化由主桥和引桥箱梁翼板长度变化形成。主桥上部结 构采用三跨60+100+60n预应力混凝土半刚构连续箱形梁，全长 220m桥面纵坡分别 为1.700 %和-1.785 %，变坡点位于主桥上的 K122+098.00位置；桥面横坡为单向 2 %。本桥按两幅分离设计，两幅间距为100cm主桥箱梁为三向预应力

2、结构，采用单箱单室截面，箱梁顶板宽13.5m,底板宽6.6m；梁高为2.55.0m不等（其中主墩墩顶 梁高5.0m,跨中及边跨支点梁高2.5m, 1#9#块及0#块部分梁高按二次抛物线变 化，其余箱梁梁高为等高度）；翼板长度为34m之间不等；1#9#块底板厚按二次 抛物线变化， 0#块底板厚为分段线性变截面， 10#块底板为等厚；箱梁顶板设置成单 向 2%横坡。箱梁除墩顶设置横隔板外，边孔、中孔合拢段各设一块横隔板。箱梁0#块长度10.0m,在托架或支架上现浇施工。1#块长度3.75m,考虑挂篮 长度的原因，可采用两种施工方案，第一种方案是调整其中一副挂篮中的承重主构架 的横向联结间距1m左右

3、，使其在平面错开布置，实现1#块的挂篮施工；第二种方案 是采用在托架上现浇施工，建议采用第一种方案（挂篮施工方案） 。 2#10#梁段，每 段长3.75m或4.5m，均采用挂篮悬臂浇筑施工，两个“ T”构同步施工。中孔合拢段 长度3.0m,边孔合拢段长度1.5m;边孔支架现浇段长度9.93m。梁济运河特大桥主桥除 6号墩的墩梁采用刚性联结外，其余均采用盆式橡胶支座。梁济运河特大桥主桥每座共用墩（5号、8号墩）为厚度1.6m单薄壁墩，基础为 双排 1.5m钻孔桩，桩顶设规格为10.6 X 6.5 X 2.5m的承台。主墩（6号、7号墩） 为厚度1.5m双薄壁墩，两薄壁中心距6.0m,墩高约为11

4、.15m,基础为三排 1.8m钻 孔桩，桩顶设规格为11.9 X 11.9 X 3.0m的承台。梁济运河特大桥主桥除8号墩位于U级通航河道的梁济运河内（目前水深2m左右， 属第四系孔隙潜水）外，其余墩（ 5 号、 6 号、 7 号墩）均位于平坦的旱地上。该特大 桥主桥钻孔在7090m之间，地质情况为表层0.5m左右耕植土层（对于水中为黑色的 淤泥层），褐黄色、松散、稍密，以亚砂土，含植物根系；0.540.2m以亚砂土为主， 局部地层夹杂姜石；40.290.4m为粘土和细砂、中砂、中粗砂及粗砂互层，平均每 层2.03.0m厚，容许承载力最大达 420kPa二、方案设计原则及方案的确定和选用 （一

5、）方案设计原则1、在确保安全质量的前提下，尽量经济的原则；2、取材和安装方便的原则；3、尽可能利用现有常备材料的原则；4、尽可能利用既有结构物并尽量减少对既有结构强度影响的原则。（二）方案的确定和选用1、 0 号块 采用在墩身上设置托架方案（又分预埋式和装配式两种方案，但本设计只叙述装配 式托架方案）和在承台顶面上架设碗扣式满堂支架方案，此二种方案可任选一种，但 最好选择碗扣式满堂支架方案。2、 1 号块本桥现浇0号块较短，长10.0m,施工1号块时无法正常布置挂篮，可采用以下 两种施工方案：第一种方案是调整其中一副挂篮中的承重主构架的横向联结间距 1m左 右，使其在平面错开布置，实现 1块的

6、挂篮施工；第二种方案是采用在托架上现浇 施工。这两种方案中，第一种方案简单、经济；第二种方案费用高，托架加工及安装 复杂，对墩身整体结构强度有一定的影响。为此建议采用第一种方案（挂篮施工方 案），第二种方案只作参考。3、陆上边孔现浇段（ 5号6号墩之间） 采用碗扣式满堂支架方案，但地基需作加固处理。4、水中边孔现浇段（ 7号8号墩之间） 采用临时墩梁式支架方案。利用钢管桩、贝雷架、型钢等材料。建造两个临时墩，其中一个在 8 号墩承台上设置钢管排架墩，另一个利用震动钢管桩作基础的水中墩。三、0 号块支架及托架方案1、三角桁架型托架概述根据梁济运河特大桥的特点，本桥 0#块施工采用三角桁架型托架支

7、撑。托架的主 承重架采用三角形桁架，桁架用热轧型钢组拼而成，结构受力明确，自重轻，刚度较 大，变形稳定可以有效预防混凝土开裂。托架顶面主要受力杆件采用贝雷架，连接采 用J506焊条焊接，支撑端以直径32mm高强精轧螺纹钢贯通墩柱固定，装拆方便。外 模采用组合钢模，以槽钢焊接支架支撑；内模采用组合钢模，以槽钢焊接的内模支架 及钢管支撑。该托架由三角桁架、贝雷架、拉杆锚固三个基本受力系统组成，其基本结构布置 图详见图 1 所示，节点具体布置图在后面计算检验说明书中有详细说明。托架主承重的上桁梁采用228及斜撑采用2 22b槽钢焊接组成，材质为Q235钢，（T =215MPa， t =125MPa次

8、要受力杆件采用2 20a槽钢组成，横向系杆为2 20a及L125X 14mn角钢焊接而成，均采用 Q235钢材，E=210GPa c =215MPa， t =125MPa托架锚固系统由直径32mn高强度精轧螺纹钢、L125X14、2cm钢垫板组成（具体 尺寸见附图），钢材为40Si2Mov,屈服强度750MPa容许拉（压）应力c =0.7 X 750=525MPa容许剪应力t =0.5 c=0.58 X 525=304.5MPa2、托架结构详图 （ 见下图）OOOOOOO#OOOOOOO91COT-r-。10a。L200X20mm。28am一。22am。20am。32mmm。70X50X2cm

9、。30X30X1cm。L200X20mm m1。1一一 一一运0#。10。660051L200X20mm。20a。660。32mm。I50_ 70cmX50cmX2cm。28a。180X170X4mm。22a。 20a上B-B oCC18E:n25cm。C4Q。1cm。3、托架检算(1) 、荷载分析：托架所受荷载包括新浇砼梁体自重45t/m;内外模板及其框架重(1t/m);支架自重(4t/m)；浇注混凝土、振捣混凝土、施工机具、冬季措施、人员 等施工荷载(合计7.5KN/*)托架结构所受静载作用图如下：q=50t/mq=50t/mq = 50 t./n图(1 )(2) 、杆件内力计算：由于杆件

10、的弯距与剪力相对轴力来说很小，可忽略不计， 各杆节点以铰节形式考虑，根据结构及荷载的对称性，取半结构进行计算，计算简图 如下：求出各杆轴向力：N仁+19.17t ； NA +75t ； N2=-31.5t ； N4= -106.07t(3) 、构件选材及其截面特性：(1 )、(3)杆件选用228b组合结构，截面参数为：A = 45.62cm2，g = 35.81Kg/m，lx= 5118.4cm1， VX=365.6cmi3， i x = 10.59cm, ly = 241.5cm4， iy = 2.3cm, Z0 = 2.02cm，斜杆(2 )、( 4 )杆选用222b组合结构，截面特征为：

11、 A=36.24cm,g=28.45kg/m，lx=2571.3cnf，WX=233.8cm3，i x= 8.42cm, Iy = 176.5cm4, i y=2.21cm，Z0 = 2.03cm。(4) 、强度检算：二力杆强度检算：由于在所有杆件中(4)号杆件受力最大，且截面积最小，所 以只需对(4)号杆件检算即可。Nmax.-maxAmin4106.07 10272.48 102 2=146.34N / mm : 215N / mm对拉杆32j高强精轧螺纹钢的检算： 单根拉杆承受的最大拉力等于 N3= 18.75t ,N3max 二475丄0233.25N / mm2 :：: 525N /

12、 mm2803.84 4单根拉杆承受的最大剪力为：Qax= 18.75t ,:-J max4Q _ 75 10A 803.84 42 2=233.25N / mm : 304N / mm对连接角钢的检算：连接角钢采用L125X 14，单块角钢承受的最大拉力为单根 拉杆所受的最大剪力QnaxQmaxC max =An418.75 103336.7-40 142 2=67.53N / mm : 215N / mm(5)、受压杆件长细比检算：只需对(4)杆检算即可2.12绕定轴x的长细比:ix8.42 10= 25.2 ： = 100绕虚轴y的长细比：按绕虚轴稳定确定分肢轴线间距C和杆截面高h按等稳

13、定原入oy=入x,可求 入y和iy。入x= 25.2分肢长细比 入oy100mm 由于 Xy= 22.6 ,书=0.961 , Ng a= 106.07 X 104/0.961 X 72.48X 102= 152.28N/mmc/40 =4.375mm 取 hbXt b= 70X 6,相邻缀板中心距 11 = l 01+hb, l 01 = X oyX1 = 12X 21.1 = 253.2,l 1 = 253.2+70 = 423.2mm;缀板刚度和等分肢线刚度比值：目山=恥阳70辿迪4= 76满足。h/c 1.765 10 /423.2C检算缀板强度：弯距 Mb1 = VL1/2 = 9.

14、17 X 403.2/2 = 1848.67KN剪力 Vb1 = VL1/L = 9.17 X 403.2/189.4 = 19.52KN(T = 6 Mb1/t bhb2= 6X 1848.67 X 103/6 X 1702= 63.97f = 215KNt = 1.5 Vb1/ tbhb= 1.5 X 19.52 X 103/ (6X 170)= 28.7N/mnf2= 125 N/mrhD缀板焊缝计算：采用三面周围角钢焊缝，计算时偏于安全地只取端部纵向焊缝，Lw200mm焊脚尺寸hf(Mb1 )2 (业)2 二丄(6Mb1 )2 - ( Vb1)2-BfWfvAf. 1.50.7hfhb

15、2v0.7hfhb7= J15(36 1848.67 100.7hf 1702319.52 100.7hf 200, w2=468.89/h ff =160N /mm（焊条为E43hf =2.9，用 4mm（6）、结点焊缝强度检算A、对于A结点即（1）与（2）号杆焊接为对接，焊厚t为9mm焊长Lw= 277.2-10 = 267.2mm.51 .891 .894251042510267 .29251 .982404 .82419 .1910/ mm 2 :2二 185 N / mm2 Lwt239 .9 N / mm22404 .8wfv2/ mm对于B结点，（2）号杆与角钢之间采用角焊形式,

16、焊缝高度hf = 10mmw_ 兰fL 4 0.7hf LwLw_4 0.7hffLw431.5 10二 52.5mm取 Lw = 100mm（7）、A、D点竖向位移计算:A点的竖向位移计算采用单位力法:（图1）A -N2 N2 L2EA1EA20.7 10 215 4N1 二 0.77N2 = 1.264419.17 0. 77 101. 1531. 5 1.26 101.8932 +32 = 0.59mm210 1091.24 10210 1072.48 10D点竖向位移的计算:N3 = 1, N4.N3 N3 L3丄D =EA3N4 N4 L4EA41 75 1.5 104. 2 106

17、.07 2.12 104323厂=2.6mm210 1091.24 10210 1091.24 10四、0#节段满堂支架施工方案1、扣式脚手架概述：根据梁济运河特大桥的特点，本桥0#节段大部分位于承台的正上 方，只有极少部分翼板处在承台正上方以外，这样为使用脚手架提供 了良好的支撑基础，因此采用满堂腕扣式脚手架支撑是一种交好的0#5cm5x2cm 。O_U3OQIXnMy30X460X2&30X8165cm, C25。15cmC25180cm20b。1。 。 。 。2。C2 5。3。60cm,。4。 。 。 。5cm。25cm 。C40。1cm。方案。腕扣式满堂支架受力明确，刚度较大，沉降量较

18、小，拆装方便。支架顶部采用方木满布承力，局部变形小，线形易于控制。底模采用5cm厚平板钢模平装而成。内、外模采用组合钢模，用角钢 或槽钢焊接成支架支撑。该支撑系统大部分直接架设在承台上，小部分支撑需地基硬化后架设在硬化层上，具体布置见附图。支架材料采用 Q235 钢，（T =215Mpa, t =0.58=125Mpa,E=2.1 x 105Mpa。2、荷 载 分 析 ：支 架 所 受 荷载 包括 新 浇 混 凝 土梁 体 自 重 （45T/m ）,内外 模板 及 其 筐架重（0.5T/m）,支架自重（5T/ m）,计算荷载按区段内的1.5倍， 所以支架所承受的总荷载为：Nz=1.5（ 450

19、x 6.2+50x 6.2+5x 45+6.2x 1 3.5x 7.5=1 785.98KN）。3、立 杆截面 性质：A=600mm 2 ,l=240000mm4 , r2=l/A , r=20mm , 长细比入=l/r=900/20=45,查表得书=0.929 ,考虑偏心影响取书=0.5 ,贝U杆件零界 承载力 Ncr=（T A 书=215 X 600 x 0.5 x 10-3=64.5KN 。比较 厂家提 供 其承 载 力 为 30KN ， 检验 杆 件 合 格， 取 单 根 杆 件 承 载 力 30KN 。4、立 杆承载 力检算 ：检算时，为了偏于安全，将总荷载全部分配腹板处的杆件中，即

20、单根杆件所受的力为：Nd=1785.98/174=10.26KN 2/3 X C= 2/3 X 291.2 = 194.13mm 厚度 tb c/40 = 291.2/40 =7.28mm 取 hbx tb= 200X 8;相邻缀板中心距I 1 = l o什hb= 330+200= 530mrp具体布置如下图:缀板刚度和等分肢线刚度比值：3满足Ulb/c _ 2 X (8 X 200 / 12) / 248.2= 862 6 li/c 一 2.64 106/530-. 检算缀板强度：弯距 Mb1 = VL1/2 = 7.7 X 530/2 = 2040.5KN剪力 Vb1 = VL1/L =

21、7.7 X 530/291.2 = 14.01KN(T = 6 Mb1/t bhb2= 6X 204.5 X 103/8 X 20& = 38.26f =215KNt = 1.5 Vb1/ t bhb= 1.5 X 14.01 X 103/ (8X 200)= 13.13N/mn 2.3，用 6mmG焊缝长度计算：结点各构件焊接使用周围角焊，为了便于安全，只考虑恻角焊缝;计算Lw如下:N0.7hf LwLw 一 0.7hffLW取 hf = 10mma (1)杆与A点角焊长度：4Lw1 _72 北 478.4mm0.7 汉 10 汉 215 7 汉 215单个焊缝的长度 L1478.4/4 =

22、 119.6mm 取 L1= 15cmb (3)号杆与(1) (2)杆之间采用对接焊，焊长为槽钢高度，在竖向起支撑作 用不必检算；4c (1) (3)号杆角焊的单条焊缝长度：L6 - 76.36也 127mm，取L6= 15cm7汉215汉4d （7）、（8）、（9）不受力，焊接牢固即可4e (10)号杆的单条焊缝长度：Li。_ 75 10124.58mm，取 Lio= 15cm (11)7x215x4号杆与（10）之间采用对接焊，焊缝厚度tw为10mm焊缝长度:Lw = 36、2 = 50.9cm取 50cm04Nnxcos45 75x10 x0.707 .f2Lwtw2 汉 500 汇10

23、2 2=53.03N / mm :二=215N/mmH挠度计算：计算B结点和C结点的挠度即可，方法采用单位荷载法。计算简图如下:B厂(2)(3)(4)250250(8)D(9)(5)边托（图3）a、B点的竖向位移计算:在qB =1作用下各杆轴力为：N1 2 2二 N2 二 N4 =0;N3 二-1; N51 2 ;N622 2N3 N3 L3E A3N5 N5 L5N6 N6 L6+ + E AsE A2476.36 1035.353厂一24.4mm20610 x121.710206103 h 57.76汽102699.765 104b、C点的竖向位移计算：在qc =1作用下各杆轴力为：N1

24、二 N7 二 1；瓦=o；N7 二一策2；Ni Ni LiN2 N2 L2丄 N4 N4 L4 /2Ns NsLs;.c 二E AiE A2E AEAs=0.007m = 7mm360 1399.15410432 U206 103 121.78 10六、5#墩现浇段满堂支架施工方案1、碗扣式脚手架概述:根据梁济运河特大桥的特点，本桥现浇段施工采用腕扣式脚手架 支撑。腕扣式满堂支架受力明确，刚度较大，沉降量较小，拆装方便。 支架顶部采用方木满布承力，局部变形小，线形易于控制。底模采用 5cm厚平板钢模平装而成。内、外模采用组合钢模，用角钢或槽钢焊 接成支架支撑。该支撑系统由石灰稳定土硬化地基，混

25、凝土条带，腕扣式脚手架 几个主要受力部分组成。其布置简图见图1所示。支架材料采用Q235 钢，(T =215Mpa， t =0.58 c =125Mpa，E=2.1 x 105 Mpa。V :III 1111 mi -1 |i 111 11| *h Jf |川 II 計 I 珂II H I I I V /|“Illia1i if I 1*1 I Fhs. til I- U |M 1 ioi Iffei.r44iihi|!i-I|r !r i i fl I *|. | I#2、荷载设计值分析：考虑下面两种受力情况，分配到每根杆件中，取荷载较大值进行 支架设计布置。a.荷载考虑支架预压重量Gy （

26、取1.2倍梁自重），支架自重Gz（4.74Kg/m），模板自重 Gm （ 0.6KN/m2），施工活荷载 Gh （取 5KN/m2），平均分配到每根杆件中。G1=1.2（ Gy+Gz+Gm） +1.4G h/270=1.2 X （ 1.2 X 252.4+13.4 X 10X 0.06+20 ） +1.4 X 9.93 X 13/270=2.14T=21.4KNb.考虑腹板处荷载局部集中影响，其局部受力情况如图21 Hl1 1 1 H M *r/jfqi=2.6 X 2.566 X 0.6=4T/m， q2=2.6 X 0.65 X 0.6=1.01T/m,q3=0.06 X 0.6=0.03

27、6T/m， q4=0.5 X 0.6=0.3Tm， Q5=4.7 X 30 宁1000=0.14TG2=1.2 X ( 0.3 qi+0.45 q2+0.75q 3) +1.4 X 0.75q 4+ 1.2 X Q5=1.2 X (0.3 X 4+0.45 X 1.01+0.75 X 0.036 )+1.4 X 0.75 X 0.3+1.2 X0.14=2.5T=25KN取较大值作为单根立杆控制荷载G=25KN 。3、立杆截面性质：A=600mm 2 ， l=240000mm 4 ， r2=|/A ， r=20mm ，长细比入 =l/r=900/20=45，查表得书=0.929 ，考虑偏心影

28、响取书=0.5，则杆件零界承载力 Ncr=(T A 书=215 X 600 X 0.5 X 10-3=64.5KN。比较厂家提供其承载力为30KN，检验杆件合格，取单根杆件承载力30KN。4、立杆承载力检算:考虑风荷载影响，取 Wf = 0.7KN/m2，F = 0.7 X 9.93 X 2.566=17.8KN， 形成对支架底部弯矩M f = 17.8 X 11.5 = 205KN.m，其对最外行杆件轴力 影响值为Nf=4Mf/bn （ b为支架布置宽度15.6m，n为单排杆件数量为 15 根）,Nf = 4 X 205 宁 15 宁 15.6 = 3.5KN。 N = G1 +Nf = 2

29、5 + 3.5 = 28.5K N 30KN （满足承载力要求）5、支 架底混 凝土条 带承 载力检算 ：支架底座尺寸为0.15m x 0.15m ,其受压应力c =N/A=1.26Mpac =7.9Mpa （满足承载力要求）。6、地 基承载 力检算 ：由 于 本 地 区 是 粉 沙 性 黏 土 ， 压 缩 性 较 大 ， 通 过 加 入 8% 石 灰 进 行 改 良， 改 良深 度 为 40cm ， 取 c =180KPa， 混 凝 土条 带 尺 寸 宽 度为30cm ， 深 度 为 20cm ， 混凝土 刚性角 450， 条 带满 足 刚性 角 要求 ， 以 均布荷载考虑地基承载力。a.

30、石灰稳定土承载力检算：c =28.5 - 0.3 - 0.6=158 180 （满足承 载力要求） .b. 40cm 以 下黏土 承 载力 检算 ： 取单根杆件影 响宽 度为 60cm ， c = 28.5 - 0.6 - 0.6 = 79Kpa 100KPa （由 设计图纸中查得）（满 足承载 力 要 求 ）。7、补 充说明 ：为 减小承 台边 缘地基土不 均匀沉 降， 满 布 87cm 宽条 带， 并 加密 纵 向 斜 撑；支 架 周 围 挖 好 排 水 沟 ， 防 止 石 灰 稳 定 土 受 雨 水 浸 泡 降 低 承 载 力 ；墩身倒角处可 先铺设 塑料 薄膜再 浇注 65cm 宽度条

31、 带；现浇段 底 模合拢处可先向上调高 20mm， 墩 身处调 高 4mm， 卸载 后 ， 根据 实际预压测得数据调节。具体布置情况见图1 所示。七、主桥边跨现浇段施工方案1、方案概述由于 8号墩位于运河中，给边跨现浇段施工带来不便，无法使用满堂法施工，因 此建议采用如下施工方案： 8 号墩端采用五个钢筒支撑，钢筒底端与承台采用地脚螺 栓连接，钢筒与钢筒之间通过槽钢或角钢交叉连接，使其成为一个稳定整体，另端位 于水中，使用震动下沉钢筒桩，中间部分架设贝雷架，结构示意图如下：8#。m10248I tn15cm。0 420。2 。10cmX10cmL125X14mm。1001.。100cm。3.。

32、20. 5。50cm。2.。0430*5072、打入桩数目及其布置，打入深度H的确定荷载分析：钢筒所承受的荷载新浇混凝土自重 25.42T/m；内外模及工字钢梁、 贝雷架、筐架重5T/m ;浇注振捣混凝土、施工机具堆放、人员等施工荷载（合计7.5KN /m2 ）。桩数的确定：打入桩选用外径为 50cm的钢护筒，纵向设两排，桩中心距均为 200cm,横向设五排，桩中心距均为 230cm,且关于桥中心线对称。 单桩所受作用力：P = 252.402 5 10 7.5 心 20.1045汉10 汇1.5 d30.9mm 215汇兀汉0.5汉10 二 402902 = 20.14T10汉220 根据容

33、许承载力确定钢筒的最小厚度 dmin：由P : U（安全系数取1.5）A420.1045 103: 1.5 0.5 d 102:215N / mm考虑施工及刚度、震动锤的冲击作用，取 d= 5mm。打入桩深度h的确定：主要根据桩周土的极限摩擦阻力fi及桩尖土的极限承载力R与桩承受的荷载的平衡确定由地质勘测报告可知地质分布极限摩擦阻力fi和容许承载力R。计算hmin时桩承受的荷载考虑1.6的安全系数即：P= = 30.22T,计算式如下：P W afiliARa）2P:桩的承载力（KN）;U :桩身截面周长（m；|i：各土层厚度（m）,见下表；A :桩底支撑面积（m2）;a, a：震动沉桩对各土层周摩擦阻力和桩底承压力的影响系数，砂土取1.1，粘土取 0.6;fi :桩周土的极限摩擦力（见下表）；Ra：容许承载力（见下表）地质受力层特征表层号层厚（m岩性状态密度极限摩擦阻力（KPa）容许承载力（KPa）11.6填筑土20.4亚砂土稍密2010032.5粘土软塑可塑2512044.40亚粘土偶见小径姜石和贝壳碎片可塑3014052.40亚粘土，粉粒含量高偶见小径姜石和贝壳碎片可塑硬塑3515064.30亚粘土，含姜石粒径 0.52.0cm含量