桥梁临时施工结构的设计与计算方法

桥梁临时时施工结结构的设计与与计算方方法2014.12中南大学学桥梁工工程系唐冕1目录1、满堂支支架计算算2、墩梁式式支架计计算3、挂篮设设计与计计算（包包括三角角形与菱菱形挂篮篮）4、悬臂施施工0#块、现浇浇段及合合拢段计计算5、钢栈桥桥的设计计与计算算6、基坑防防护措施施及稳定定性7、围堰与与施工平平台的设设计与检检算21、满堂支支架计算算模板为一一次使用用，支架架可支架架现浇法法主要适适用于浇浇注孔径径较少、、工期不不太紧的的桥梁，，其施工工较灵活活，适合合于一些些桥墩高高度较矮矮（10m以下）的的桥梁。。支架主主要采用用贝雷梁梁、碗扣扣式支架架、六四四式军用用梁等。。施工流程程简单：：在支架架上立模模板、绑绑扎钢筋筋、浇注注混凝土土并张拉拉预应力力钢筋、、支架需需设置砂砂箱等特特殊落梁梁措施。。3支架可以以拆卸反反复使用用，节省省部分费费用。就地浇注注是在支支架上安安装模板板、绑扎扎及安装装钢筋骨骨架、预预留孔道道，并在在现场浇浇注混凝凝土与施施加预应应力的施施工方法法。近年年来由于于临时钢钢构件及及万能杆杆件的大大量使用用，在一一些弯桥桥、变宽宽桥等异异形桥梁梁，或是是一些边边远地区区的中小小跨径桥桥梁中广广泛使用用。1、满堂支支架计算算4算例1-1（海口某某酒店景景观桥-多跨35m连续梁支支架）本桥采用用满堂支支架法施施工，通通过钢管管立柱、、纵横梁梁、贝雷雷梁、满满堂支架架形成施施工平台台。施工工平台的的支架基基础管桩桩采用直直径630mm、壁厚8mm的钢管桩桩，横向向每排8根，钢管管桩中心心距为3~3.5m；垫梁采采用双I40b工字钢。。P0桥台至P16桥墩支架架纵梁采采用贝雷雷梁，P16桥墩至P19桥台支架架纵梁采采用I56工字钢。。5满堂支架架算例1-1第一联至至第四联联贝雷梁梁采用间间距45cm双拼共20组，梁横横截面中中心线两两边12组横向净净间距0.8m（中心间间距1.25m），翼缘缘两边上上8组净间距距为1.1m（中心间间距1.55m）；第五五联I56工字钢横横向中心心间距腹腹板下为为0.6m，空箱底底板下为为1.2m，翼缘板板下为1.8m。分配梁梁采用I20工字钢，，中心距距为40cm。67分配梁顶顶铺12cm×10cm方木，中中心距60cm；方木顶顶搭设满满堂支架架为梁中中部横向向60cm×纵向90cm×竖向60cm，梁端部部为横向向60cm×纵向60cm×竖向60cm；支架顶顶纵向铺铺设10#槽钢，中中心距60cm，槽钢上上横向铺铺设10×10cm方木，中中心距30cm。满堂支架架算例1-1满堂支架架算例1-1图1.1第一至四四联主梁梁支架方方案立面面图（单单位：m）8图1.2第一至四四联主梁梁支架方方案侧面面图（单单位：mm）满堂支架架算例-19计算依据据《海南省海海口市海海口湾灯灯塔大酒酒店景观观桥施工工图》《路桥施工工计算手手册》（人民交交通出版版社）《桥涵》下册（人人民交通通出版社社）《钢结构设设计规范范》（GB50017-2003）《公路桥涵涵地基与与基础设设计规范范》（JTDD63-2007）《装配式公公路钢桥桥多用途途使用手手册》《竹胶合板板模板》（JG/T156-2004）其他有关关技术规规范、规规程及技技术资料料计算软件件采用MidasCivil软件进行行计算。。满堂支架架算例1-110满堂支架架算例1-1材料参数数11满堂支架架算例1-1材料参数数12满堂支架架算例1-1材料参数数13A—梁端截面面；B—支点附近近加厚截截面；C—典型截面面满堂支架架算例1-114满堂支架架算例1-1（1）B—B截面荷载载计算15满堂支架架算例1-116上层枕木木计算满堂支架架算例1-117满堂支架架算例1-1上层枕木木计算1819弯矩图剪力图202122分配梁采采用I20工字钢，，中心距距40cm；分配梁梁顶铺12cm×10cm方木，中中心距60cm；方木顶顶搭设满满堂支架架（横向向60cm×纵向90cm×竖向60cm）。详见见右图。。梁中部下下枕木计计算23梁端部下下枕木计计算分配梁采采用I20工字钢，，中心距距40cm；分配梁梁顶铺12cm×10cm方木，中中心距60cm；梁端部部方木顶顶搭设满满堂支架架（横向向60cm×纵向60cm×竖向60cm）。24计算模型型说明根据现浇浇箱梁概概图及模模板、贝贝雷梁纵纵梁、I56工字钢纵纵梁布置置情况，，设现浇浇箱梁荷荷载均匀匀分布到到I20工字钢分分配梁上上，再传传递到贝贝雷梁或或I56工字钢上上。先进进行横向向分析建建立荷载载横向分分配计算算模型，，以获得得各纵梁梁所受荷荷载情况况，再对对贝雷梁梁、I56工字钢纵纵梁及其其各自下下部结构构建立整整体计算算模型。。纵、横梁梁及钢管管桩计算算分配梁工工字钢分分布横梁梁计算支架方案案采用I20工字钢做做分布横横梁，工工字钢铺铺设中心心间距0.4m，上方为为碗扣式式满堂支支架，第第一联至至第四联联工字钢钢搭于贝贝雷梁上上，第五五联搭于于I56工字钢纵纵梁上。。252627贝雷梁应应力图：：最大压压应力位位于腹杆杆处，其其值为181.5Mpa。弦杆最最大拉应应力为111.3Mpa，横向联联系斜杆杆最大压压应力为为23.8Mpa。单片压应应力最大大值为181.5Mpa<f=310Mpa强度满足足要求。。腹杆最大大应力180.3MPa<f=310Mpa强度满足足要求。。横向联系系斜杆最最大应力力为23.9MPa<f=310Mpa强度满足足要求。。28贝雷梁上上下弦杆应力力图腹杆最大大应力在在处为180.3Mpa<f=310Mpa强度满足足要求。。2930由图可见见，跨中中最大挠挠度f=18.5mm<L/400=7500/400=18.75mm，刚度满满足要求求。31主纵梁模模型计算算结果，，I56工字钢主主纵梁最最大应力力值为105MpaI56工字钢主主纵梁拉拉应力最最大值为为105Mpa<f=205Mpa强度满足足要求。。分配梁工工字钢分分布横梁梁计算32主纵梁稳稳定计算算主纵梁变变形分析析跨中最大大挠度f=16.6mm<L/400=7500/400=18.75mm，刚度满满足要求求。33钢管立柱柱在横桥桥向布置置为3x3.5+3+3x3.5mI40b工字钢主主横梁应应力图34钢管桩计计算35第一至四四联钢管管桩反力力图36第一至四四联钢管管立柱应应力图37钢管桩位位移图地基沉降降最小值值2.3mm，最大值值4.4mm。钢管立立柱顶竖竖向位移移最小值值5.8mm，最大值值11.1mm。位移值值可供立立模抛高高参考用用。38承台冲切切破坏计计算39承台在钢钢管桩作作用下正正应力40结论及建建议41422、墩式梁梁支架计计算1.工程概况况—以P4盖梁门洞洞为例新建商丘丘至合肥肥至杭州州铁路芜芜湖长江江公铁大大桥的组组成部分分，为公公路桥接接线跨越越宁芜、、宁安铁铁路段桥桥梁工程程。桥梁梁组合45+40+35+45+35m全长200m，桥梁结结构采用用先简支支，后连连续的施施工工艺艺。其中中上跨宁宁芜线、、宁安线线均采用用45m跨径，桥桥梁宽度度为36m。P4盖梁墩柱柱位于赤赤铸山路路非机动动车道挡挡墙侧边边，盖梁梁北侧1/2位于赤铸铸山路非非机动车车道与机机动车道道上空，，盖梁南南端1/2部分与P1施工相同同，盖梁梁北端部部分在机机动车道道设3个门洞，，机动车车道3.5m的门洞、、非机动动车道门门洞、人人行道门门洞。43P4盖梁立面面布置图图（单位位：m）44P4盖梁平面面布置图图（单位位：m）452.荷载计算算4647484950515253545556侧模板计计算（1）混凝土侧侧压力计计算57585960613.门洞计算算62636465666768图3.7横梁变形形图697071727374753.1、三角形形挂篮的的设计与与计算1.工程概况况—宁安铁路路青弋江江特大桥桥（72+136+72m）四线连连续梁76箱梁典型型截面示示意图（（单位：：mm）7778图1.2挂篮布置置立面图图79图1.3挂篮布置置正面图图（单位位：cm）8081挂篮结构构及构件件组成828384858687混凝土自自重88899091底模纵梁梁计算工况Ⅰ的主要计计算结果果92刚度验算算：93同理：得得底板下下纵梁的的计算结结果9495横梁计算算外侧模滑滑梁计算算内侧模滑梁梁计算结果从略略96三角主桁桁架计算算三角主桁桁架计算算主要包包括桁架架主梁计计算、桁桁架立柱柱计算、、桁架前前后斜拉拉带计算算以及桁桁架支反反力计算算。9798精轧螺纹纹钢吊带带计算99工况Ⅱ计算结果果及分析析从略挂篮局部部受力计计算挂篮局部部受力验验算主要要包括主主桁架杆杆件连接接验算、、轨道行行走系统统局部受受力验算算、上前前横梁及及前斜拉拉带与主主梁连接接局部受受力验算算。三角主桁桁架杆件件连接验验算节点验算算轨道行走走系统局局部验算算上前横梁梁、主梁梁连接局局部验算算100101宁安铁路路某大桥桥—（40.6+64+40.6）m三跨预应应力混凝凝土连续续梁，全全长145.2m，合拢段段为2m，边跨现现浇段长长7.6m，梁底下缘按按二次抛物线线变化。箱梁梁断面为单箱箱单室直腹板板断面。箱梁梁顶宽12.2m，底宽6m，翼缘板宽3.1m，根部梁高5.2m，腹板厚90cm~45cm，底板厚度为为73cm~44cm，悬浇段顶板板厚度37cm。承台及桩基基础采用C40混凝土，墩身身采用C35混凝土，支承承垫石及主梁梁采用C50混凝土。0号梁段长8m，1～2号梁段长3m，3～8号梁段长3.5m，合拢段梁段段长2.0m，边跨现浇段段长7.6m，悬臂最重梁梁段为1号梁段(127t)。该桥的施工方方案为平衡悬悬臂现浇施工工。根据箱梁梁结构特点及及设计要求，，采用菱形挂挂篮进行箱梁梁悬臂浇筑施施工。按照施施工过程中挂挂篮所承受的的最不利荷载载对挂篮进行行验算。3.2菱形挂篮设计计与计算工程概况102图3.1挂篮布置立面面图（单位：：mm）菱形挂篮总重重为43.9t（包括模板系系统），由主主桁承重系统统、底篮系统统、行走及锚锚固系统、模模板及调整系系统和附属系系统（操作平平台、爬梯、、栏杆等）组组成。图3.2挂篮布置A-A断面图（单位位：mm）103图3.3挂篮布置B-B断面图（单位位：mm）图3.4挂篮布置平面面图（单位：：mm）104挂篮结构说明明105106107108109图3.5工况Ⅰ空间计算模型型110图3.6工况Ⅱ空间计算模型型111工况Ⅰ计算结果及分分析底模纵梁计算算腹板下纵梁计计算腹板下纵梁最最大正应力为为腹板下纵梁跨跨中最大相对对位移为，其最大实际位移为15.3mm，小于20mm，其刚度满足足规范要求。。112底板下纵梁最最大正应力为为,其强度满足规规范要求。腹板下纵梁跨跨中最大相对对位移为，其最大实际际位移为15.6mm，小于20mm，其刚度满足足规范要求。113前下横梁最大大正应力为,其强度满足规规范要求。由计算结果可可得前下横梁梁跨中最大相相对位移为:，其最大实际际位移为15.6mm，小于20mm，其刚度满足足规范要求。。后下横梁、前前上横梁的计计算结果从略略。114内外侧模滑梁梁及导梁计算算外侧模滑梁最最大正应力为为,其强度满足规规范要求。由计算结果可可得外侧模滑滑梁最大实际际位移为:，其最大实际际位移为9.6mm，小于20mm，其刚度满足足规范要求。。115外侧模导梁最最大正应力为为,其强度满足规规范要求。由计算结果可可得外侧模导导梁最大位移移为:，其最大实际际位移为8.4mm，小于20mm，其刚度满足足规范要求。。内模滑梁的计计算结果从略略。116主桁架变形最最大值为，其刚度满足足规范要求。单榀主桁架后后锚点反力分分别为174.1kN、85.2kN，前支点反力力分别为718.4kN、629.1kN。117118工况Ⅱ的计算结果从从略。119120挂篮行走时的的横梁、内外外滑梁及吊杆杆拉力计算从从略。反扣轮验算从从略。1211224、0#块、现浇段及及合拢段计算算123124临时锚固布置置125126127128129130I25b工字钢横梁计算横梁弯矩图I25b工字钢横梁横梁上的弯曲曲正应力最大大值。1312I40a工字钢纵梁纵梁上的弯曲曲正应力最大大值，满足要求。。钢管立柱及混混凝土基础计计算从略1321331341351361371381391401411424.2边跨直线现浇浇段支架检算算分别计算腹板板，底板及翼翼缘板的截面面面积，均取取半个箱梁的的截面，分成成四部分位置腹板位置(p1)底板位置(p2)翼缘板位置(p3)荷载值72.837.613.0施工人员、机具、堆料等（q1）振捣混凝土(q2)倾倒混凝土冲击荷载(q3)2.02.02.0位置腹板位置(p1)底板位置(p2)翼缘板位置(p3)荷载值96.053.724.2恒载活载荷载组合143144145146位置腹板底板翼缘板计算跨度l(m)0.30.60.9集中荷载值P(KN)11.526.424.32最大弯矩值M()0.8751.3081.523最大剪力值Q(KN)7.786.5410.8最大挠度f（mm）0.10.280.97容许挠度[f]（mm）0.751.52.25横向方木计算算1471481491501511525、钢栈桥的设计计与计算工程概况153154主梁联结系结结构图全桥计算模型型155墩号自重（KN）二期衡载（KN）车道荷载（最大）（KN）车道荷载（最小）（KN）车辆荷载（最大）（KN）车辆荷载（最小）（KN）组合值（KN）0#40.50116.57897.71-92.41811.45-83.861054.781#左侧77.00222.281756.17-812.561659.61-746.832055.45右侧36.54105.091612.95-910.011486.83-804.151754.592#左侧45.90132.191612.36-831.961468.10-694.361790.45右侧51.94149.731614.94-816.671458.47-697.571816.613#左侧47.45136.751585.07-791.501451.97-661.921769.27右侧57.96167.011564.49-754.281403.82-678.031789.454#左侧71.99207.441430.87-440.921289.72-306.281710.30右侧-6.86-18.72763.59-468.40487.95-357.28738.01合计422.421218.412838.2-5918.811518.0-5030.314479.0支座内力表（（半桥）156第一跨跨中处处上弦杆最大大压应力为159.7MPa，1#支点处的最大大拉应力为113.9MPa。第一跨跨中处处下弦杆的最最大拉应力为为168.2MPa，1#支点处的最大大压应力为-113.9MPa。157158159

第一跨第二跨第三跨第四跨静活载竖向位移27.818.418.116.6挠跨比1/6471/9781/9951/1084主梁竖向位移移表1601611621631646、基坑的防护护与稳定6.1深基坑的基本本概念包括稳定性验验算、结构内内力计算和变变形计算稳定性验算是指分析土体体或土体与围围护结构一起起保持稳定性性的能力，包包括整体稳定定性、重力式式挡墙的抗倾倾覆稳定及抗抗滑移稳定、、坑底抗隆起起稳定和抗渗渗流稳定等，，基坑工程设设计必须同时时满足这几个个方面的稳定定性。结构内力计算算为结构设计提提供内力值，，包括弯矩、、剪力等，不不同体系的围围护结构，其其内力计算的的方法是不同同的；由于围围护结构常常常是多次超静静定的，计算算内力时需要要对具体围护护结构进行简简化，不同的的简化方法得得到的内力不不会相同，需需要根据工程程经验加以判判断；变形计算的目的则是为为了减少对环环境的影响，，控制环境质质量，变形计计算内容包括括围护结构的的侧向位移、、坑外地面的的沉降和坑底底隆起等项目目。165整体稳定性边坡稳定性计算重力式围护结结构的整体稳定性性计算抗倾覆、抗水水平滑动稳定性抗渗透破坏稳定性边坡稳定性验验算：假定滑滑动面为圆弧弧，用条分法法进行计算。。不考虑土条条间的作用力力，最小安全全系数为最危危险滑动面。。重力式围护结结构的整体稳稳定性：应考考虑两种破坏坏模式，一种种是滑动面通通过挡墙的底底部；另一种种考虑圆弧切切墙的整体稳稳定性，验算算时需计算切切墙阻力所产产生的抗滑作作用，即墙的的抗剪强度所所产生的抗滑滑力矩。锚杆支护体系系的整体稳定性性土钉墙的稳定性分析析基本原理可分分为极限平衡衡法和有限元元法，但实用用的大多为极极限平衡法。。极限平衡法法的关键是如如何确定破裂裂面的形状，，有些方法建建立在圆弧滑滑动的假定基基础上考虑土土钉的抗力，，其安全系数数的计算公式式和边坡稳定定的计算公式式类似，只是是加上土钉力力的作用。166验算围护结构抗倾倾覆稳定性的前提是需要要确知围护结结构的转点位位置，在工程程设计时为了了简化的目的的通常假定围围护结构绕其其前趾转动，，得到相应的的计算公式。。土钉墙的浅层层破坏抗隆起稳定性性：如果坑底发发生过大的隆隆起，将会导导致墙后地面面下沉，影响响环境安全。。但抗隆起稳稳定性验算的的方法很多，，基本假定和和思路不完全全一样，计算算的结果也就就相差比较大大。一般常用用的方法，如如地基承载力力验算、踢脚脚稳定性验算算、剪力平衡衡验算等。地基承载力验算踢脚稳定性验算：（即土土压力平衡验验算）剪力平衡验算算抗渗透破坏稳定性：主要要表现为管涌涌、流土（俗俗称流砂）和和突涌。这三三种渗透破坏坏的机理是不不同的，但在在一些书籍中中，将流土的的验算叫作管管涌验算，混混淆了概念。。管涌是指在渗透水水流作用下，，土中细粒在在粗粒所形成成的孔隙通道道中被移动，，流失，土的的孔隙不断扩扩大，渗流量量也随之加大大，最终导致致土体内形成成贯通的渗流流通道，土体体发生破坏的的现象。而流土则是指在向上上的渗流水流流作用下，表表层局部范围围的土体和土土颗粒同时发发生悬浮、移移动的现象。。167围护结构内力力计算：主要是为了了确定结构截截面尺寸和配配筋。重力式围护结构：其其截面尺寸通通过稳定性验验算确定后，，尚需对结构构体的强度进进行校验。板式围护结构：又又称为板墙式式或板桩式围围护结构，包包括分离式排排桩、密排式式排桩、板桩桩和地下连续续墙等围护结结构的型式。。内容包括悬悬臂式、撑锚锚式两大类，，从计算方法法分可分为极极限平衡法、、有限元法两两种，在有限限元法中又可可分为杆件系系统有限元法法和连续介质质有限元法。。基坑变形估算算对环境的影响响主要是基坑坑的变形，围围护结构的水水平位移和坑坑底的隆起变变形过大，会会引发墙后地地面的下陷、、相邻建筑物物和地下管线线的变形或开开裂。因此必必须估算基坑坑的变形，将将变形控制在在允许的范围围内。但围护护结构的变形形计算比承载载能力计算更更为复杂，通通常需要作许许多简化假定定才能求得变变形值。重力式围护结结构水平位移计算：悬臂支护桩桩顶位移计算地表沉陷量计算坑底隆起变形计算1687、围堰的设计计与施工双壁钢围堰刚度大，能承承受向内向外外的压力，结结构相对稳定定，也能为顶顶部施工平台台提供支撑条条件，但相对对费用比较昂昂贵，回收率率不高。如某大桥桥址址处10m范围内全部为为淤泥质粘土土，标高变更更后降低，这这就增加了围围堰高度，一一次投入资金金比较大，且且其主墩位于于主航道，航航运比较繁忙忙，钢围堰的的就位、安装装非常困难。。钢管桩锁口围围堰钢管桩围堰纵纵向刚度比较较大，而且施施工中也容易易使钢管下打打到地层中，，但锁口封水水比较难，安安全系数不大大。如本工程程承台底标高高在淤泥下3.5m左右，锁口在在淤泥层中，，不易封水。。工程概况—长江口某大桥桥的围堰设计计方