桥梁临时施工结构的设计与计算方法

1、桥梁临时施工结构的设计与计算方法 2014.12中南大学桥梁工程系唐冕1 目录1、满堂支架计算2、墩梁式支架计算3、挂篮设计与计算（包括三角形与菱形挂篮）4、悬臂施工0#块、现浇段及合拢段计算5、钢栈桥的设计与计算6、基坑防护措施及稳定性7、围堰与施工平台的设计与检算 2 1、满堂支架计算 模板为一次使用，支架可支架现浇法主要适用于浇注孔径较少、工期不太紧的桥梁，其施工较灵活，适合于一些桥墩高度较矮（10m以下）的桥梁。支架主要采用贝雷梁、碗扣式支架、六四式军用梁等。 施工流程简单：在支架上立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土并张拉预应力钢筋、支架需设置砂箱等特殊落梁措施。3 支架可以拆卸反复使用，节

2、省部分费用。就地浇注是在支架上安装模板、绑扎及安装钢筋骨架、预留孔道，并在现场浇注混凝土与施加预应力的施工方法。近年来由于临时钢构件及万能杆件的大量使用，在一些弯桥、变宽桥等异形桥梁，或是一些边远地区的中小跨径桥梁中广泛使用。 1、满堂支架计算4算例1-1（海口某酒店景观桥-多跨35m连续梁支架） 本桥采用满堂支架法施工，通过钢管立柱、纵横梁、贝雷梁、满堂支架形成施工平台。施工平台的支架基础管桩采用直径630mm、壁厚8mm的钢管桩，横向每排8根，钢管桩中心距为33.5m；垫梁采用双I40b工字钢。P0桥台至P16桥墩支架纵梁采用贝雷梁，P16桥墩至P19桥台支架纵梁采用I56工字钢。5 满堂

3、支架算例1-1 第一联至第四联贝雷梁采用间距45cm双拼共20组，梁横截面中心线两边12组横向净间距0.8m（中心间距1.25m），翼缘两边上8组净间距为1.1m（中心间距1.55m）；第五联I56工字钢横向中心间距腹板下为0.6m，空箱底板下为1.2m，翼缘板下为1.8m。分配梁采用I20工字钢，中心距为40cm。67 分配梁顶铺12cm10cm方木，中心距60cm；方木顶搭设满堂支架为梁中部横向60cm纵向90cm竖向60cm，梁端部为横向60cm纵向60cm竖向60cm；支架顶纵向铺设10#槽钢，中心距60cm，槽钢上横向铺设1010cm方木，中心距30cm。 满堂支架算例1-1 满堂支

4、架算例1-1图1. 1 第一至四联主梁支架方案立面图（单位：m）8图1.2 第一至四联主梁支架方案侧面图（单位：mm） 满堂支架算例-19 计算依据海南省海口市海口湾灯塔大酒店景观桥施工图路桥施工计算手册（人民交通出版社）桥涵下册（人民交通出版社）钢结构设计规范（GB 50017-2003）公路桥涵地基与基础设计规范（JTD D63-2007）装配式公路钢桥多用途使用手册竹胶合板模板（JG/T 156-2004） 其他有关技术规范、规程及技术资料计算软件采用Midas Civil 软件进行计算。 满堂支架算例1-110 满堂支架算例1-1材料参数11 满堂支架算例1-1材料参数12 满堂支架算

5、例1-1材料参数13A梁端截面；B支点附近加厚截面；C典型截面 满堂支架算例1-114 满堂支架算例1-1（1）BB截面荷载计算15 满堂支架算例1-116上层枕木计算 满堂支架算例1-117 满堂支架算例1-1上层枕木计算1819弯矩图剪力图202122分配梁采用I20工字钢，中心距40cm；分配梁顶铺12cm10cm方木，中心距60cm；方木顶搭设满堂支架（横向60cm纵向90cm竖向60cm）。详见右图。梁中部下枕木计算23梁端部下枕木计算 分配梁采用I20工字钢，中心距40cm；分配梁顶铺12cm10cm方木，中心距60cm；梁端部方木顶搭设满堂支架（横向60cm纵向60cm竖向60c

6、m）。 24计算模型说明 根据现浇箱梁概图及模板、贝雷梁纵梁、I56工字钢纵梁布置情况，设现浇箱梁荷载均匀分布到I20工字钢分配梁上，再传递到贝雷梁或I56工字钢上。先进行横向分析建立荷载横向分配计算模型，以获得各纵梁所受荷载情况，再对贝雷梁、I56工字钢纵梁及其各自下部结构建立整体计算模型。纵、横梁及钢管桩计算分配梁工字钢分布横梁计算 支架方案采用I20工字钢做分布横梁，工字钢铺设中心间距0.4m，上方为碗扣式满堂支架，第一联至第四联工字钢搭于贝雷梁上，第五联搭于I56工字钢纵梁上。252627贝雷梁应力图：最大压应力位于腹杆处，其值为181.5Mpa。弦杆最大拉应力为111.3Mpa，横向

7、联系斜杆最大压应力为23.8Mpa。单片压应力最大值为181.5Mpaf=310Mpa 强度满足要求。腹杆最大应力180.3MPaf=310Mpa 强度满足要求。横向联系斜杆最大应力为23.9MPaf=310Mpa 强度满足要求。28贝雷梁上下弦杆应力图腹杆最大应力在处为180.3Mpaf=310Mpa强度满足要求。2930由图可见，跨中最大挠度f=18.5mmL/400=7500/400=18.75mm，刚度满足要求。31主纵梁模型计算结果，I56工字钢主纵梁最大应力值为105MpaI56工字钢主纵梁拉应力最大值为105Mpaf=205Mpa 强度满足要求。分配梁工字钢分布横梁计算32主纵梁

8、稳定计算主纵梁变形分析跨中最大挠度f=16.6mmL/400=7500/400=18.75mm，刚度满足要求。33钢管立柱在横桥向布置为3x3.5+3+3x3.5m I40b工字钢主横梁应力图34 钢管桩计算35第一至四联钢管桩反力图36第一至四联钢管立柱应力图37 钢管桩位移图地基沉降最小值2.3mm，最大值4.4mm。钢管立柱顶竖向位移最小值5.8mm，最大值11.1mm。位移值可供立模抛高参考用。38承台冲切破坏计算39承台在钢管桩作用下正应力40结论及建议4142 2、墩式梁支架计算1.工程概况以P4盖梁门洞为例 新建商丘至合肥至杭州铁路芜湖长江公铁大桥的组成部分，为公路桥接线跨越宁芜

9、、宁安铁路段桥梁工程。桥梁组合45+40+35+ 45+35m全长200m，桥梁结构采用先简支，后连续的施工工艺。其中上跨宁芜线、宁安线均采用45m跨径，桥梁宽度为36m。P4盖梁墩柱位于赤铸山路非机动车道挡墙侧边，盖梁北侧1/2位于赤铸山路非机动车道与机动车道上空，盖梁南端1/2部分与P1施工相同，盖梁北端部分在机动车道设3个门洞，机动车道3.5m的门洞、非机动车道门洞、人行道门洞。43P4盖梁立面布置图（单位：m）44P4盖梁平面布置图（单位：m）452.荷载计算4647484950515253545556侧模板计算（1）混凝土侧压力计算57585960613.门洞计算6263646566

10、6768图3.7 横梁变形图69707172737475 3.1、三角形挂篮的设计与计算1.工程概况宁安铁路青弋江特大桥（72+136+72m）四线连续梁76箱梁典型截面示意图（单位：mm）7778图1.2 挂篮布置立面图79图1.3挂篮布置正面图（单位：cm）8081挂篮结构及构件组成828384858687混凝土自重88899091底模纵梁计算工况的主要计算结果92刚度验算：93同理：得底板下纵梁的计算结果9495横梁计算外侧模滑梁计算内侧模滑梁计算结果从略96三角主桁架计算三角主桁架计算主要包括桁架主梁计算、桁架立柱计算、桁架前后斜拉带计算以及桁架支反力计算。9798精轧螺纹钢吊带计算9

11、9工况计算结果及分析从略挂篮局部受力计算挂篮局部受力验算主要包括主桁架杆件连接验算、轨道行走系统局部受力验算、上前横梁及前斜拉带与主梁连接局部受力验算。三角主桁架杆件连接验算节点验算轨道行走系统局部验算上前横梁、主梁连接局部验算100101 宁安铁路某大桥（40.6+64+40.6）m三跨预应力混凝土连续梁，全长145.2m，合拢段为2m，边跨现浇段长7.6m，梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽12.2m，底宽6m，翼缘板宽3.1m，根部梁高5.2m，腹板厚90cm45cm，底板厚度为73cm44cm，悬浇段顶板厚度37cm。承台及桩基础采用C40混凝土，墩身采用

12、C35混凝土，支承垫石及主梁采用C50混凝土。 0号梁段长8 m，12号梁段长3m，38号梁段长3.5m，合拢段梁段长2.0 m，边跨现浇段长7.6 m，悬臂最重梁段为1号梁段(127t)。 该桥的施工方案为平衡悬臂现浇施工。根据箱梁结构特点及设计要求，采用菱形挂篮进行箱梁悬臂浇筑施工。按照施工过程中挂篮所承受的最不利荷载对挂篮进行验算。3.2 菱形挂篮设计与计算工程概况102图3.1 挂篮布置立面图（单位：mm）菱形挂篮总重为43.9t（包括模板系统），由主桁承重系统、底篮系统、行走及锚固系统、模板及调整系统和附属系统（操作平台、爬梯、栏杆等）组成。图3.2挂篮布置A-A断面图（单位：mm）

13、103图3.3 挂篮布置B-B断面图（单位：mm）图3.4 挂篮布置平面图（单位：mm）104挂篮结构说明105106107108109图3.5 工况空间计算模型110图3.6 工况空间计算模型111工况计算结果及分析底模纵梁计算 腹板下纵梁计算腹板下纵梁最大正应力为腹板下纵梁跨中最大相对位移为，其最大实际位移为15.3mm，小于20mm，其刚度满足规范要求。112底板下纵梁最大正应力为,其强度满足规范要求。腹板下纵梁跨中最大相对位移为，其最大实际位移为15.6mm，小于20mm，其刚度满足规范要求。113前下横梁最大正应力为,其强度满足规范要求。由计算结果可得前下横梁跨中最大相对位移为:，其

14、最大实际位移为15.6mm，小于20mm，其刚度满足规范要求。后下横梁、前上横梁的计算结果从略。114内外侧模滑梁及导梁计算外侧模滑梁最大正应力为,其强度满足规范要求。由计算结果可得外侧模滑梁最大实际位移为:，其最大实际位移为9.6mm，小于20mm，其刚度满足规范要求。115外侧模导梁最大正应力为,其强度满足规范要求。由计算结果可得外侧模导梁最大位移为:，其最大实际位移为8.4mm，小于20mm，其刚度满足规范要求。内模滑梁的计算结果从略。116主桁架变形最大值为，其刚度满足规范要求。单榀主桁架后锚点反力分别为174.1kN、85.2kN，前支点反力分别为718.4kN、629.1kN。11

15、7118工况的计算结果从略。119120挂篮行走时的横梁、内外滑梁及吊杆拉力计算从略。反扣轮验算从略。1211224 、0#块、现浇段及合拢段计算123124临时锚固布置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正应力最大值。1312I40a工字钢纵梁 纵梁上的弯曲正应力最大值，满足要求。钢管立柱及混凝土基础计算从略1321331341351361371381391401411424.2边跨直线现浇段支架检算分别计算腹板，底板及翼缘板的截面面积，均取半个箱梁的截面，分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

16、.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147148149150151152 5、钢栈桥的设计与计算工程概况15315

17、4主梁联结系结构图全桥计算模型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51.94149.731614.9

18、4-816.671458.47-697.571816.613#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第一跨跨中处上弦杆最大压应力为15

19、9.7MPa，1#支点处的最大拉应力为113.9MPa。第一跨跨中处下弦杆的最大拉应力为168.2MPa，1#支点处的最大压应力为-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主梁竖向位移表160161162163164 6、基坑的防护与稳定6.1 深基坑的基本概念包括稳定性验算、结构内力计算和变形计算 稳定性验算是指分析土体或土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、重力式挡墙的抗倾覆稳定及抗滑移稳定、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定等，基坑工程设计必须同时满足这几个方面的稳定性

20、。 结构内力计算为结构设计提供内力值，包括弯矩、剪力等，不同体系的围护结构，其内力计算的方法是不同的；由于围护结构常常是多次超静定的，计算内力时需要对具体围护结构进行简化，不同的简化方法得到的内力不会相同，需要根据工程经验加以判断； 变形计算的目的则是为了减少对环境的影响，控制环境质量，变形计算内容包括围护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。165整体稳定性边坡稳定性计算重力式围护结构的整体稳定性计算抗倾覆、抗水平滑动稳定性抗渗透破坏稳定性边坡稳定性验算：假定滑动面为圆弧，用条分法进行计算。不考虑土条间的作用力，最小安全系数为最危险滑动面。重力式围护结构的整体稳定性：应考虑两种破坏

21、模式，一种是滑动面通过挡墙的底部；另一种考虑圆弧切墙的整体稳定性，验算时需计算切墙阻力所产生的抗滑作用，即墙的抗剪强度所产生的抗滑力矩。锚杆支护体系的整体稳定性土钉墙的稳定性分析基本原理可分为极限平衡法和有限元法，但实用的大多为极限平衡法。极限平衡法的关键是如何确定破裂面的形状，有些方法建立在圆弧滑动的假定基础上考虑土钉的抗力，其安全系数的计算公式和边坡稳定的计算公式类似，只是加上土钉力的作用。166验算围护结构抗倾覆稳定性的前提是需要确知围护结构的转点位置，在工程设计时为了简化的目的通常假定围护结构绕其前趾转动，得到相应的计算公式。土钉墙的浅层破坏抗隆起稳定性：如果坑底发生过大的隆起，将会导

22、致墙后地面下沉，影响环境安全。但抗隆起稳定性验算的方法很多，基本假定和思路不完全一样，计算的结果也就相差比较大。一般常用的方法，如地基承载力验算、踢脚稳定性验算、剪力平衡验算等。地基承载力验算踢脚稳定性验算：（即土压力平衡验算）剪力平衡验算抗渗透破坏稳定性：主要表现为管涌、流土（俗称流砂）和突涌。这三种渗透破坏的机理是不同的，但在一些书籍中，将流土的验算叫作管涌验算，混淆了概念。管涌是指在渗透水流作用下，土中细粒在粗粒所形成的孔隙通道中被移动，流失，土的孔隙不断扩大，渗流量也随之加大，最终导致土体内形成贯通的渗流通道，土体发生破坏的现象。而流土则是指在向上的渗流水流作用下，表层局部范围的土体和

23、土颗粒同时发生悬浮、移动的现象。167围护结构内力计算：主要是为了确定结构截面尺寸和配筋。重力式围护结构：其截面尺寸通过稳定性验算确定后，尚需对结构体的强度进行校验。板式围护结构：又称为板墙式或板桩式围护结构，包括分离式排桩、密排式排桩、板桩和地下连续墙等围护结构的型式。内容包括悬臂式、撑锚式两大类，从计算方法分可分为极限平衡法、有限元法两种，在有限元法中又可分为杆件系统有限元法和连续介质有限元法。基坑变形估算对环境的影响主要是基坑的变形，围护结构的水平位移和坑底的隆起变形过大，会引发墙后地面的下陷、相邻建筑物和地下管线的变形或开裂。因此必须估算基坑的变形，将变形控制在允许的范围内。但围护结构

24、的变形计算比承载能力计算更为复杂，通常需要作许多简化假定才能求得变形值。重力式围护结构水平位移计算：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168 7、围堰的设计与施工双壁钢围堰 刚度大，能承受向内向外的压力，结构相对稳定，也能为顶部施工平台提供支撑条件，但相对费用比较昂贵，回收率不高。如某大桥桥址处10m范围内全部为淤泥质粘土，标高变更后降低，这就增加了围堰高度，一次投入资金比较大，且其主墩位于主航道，航运比较繁忙，钢围堰的就位、安装非常困难。钢管桩锁口围堰钢管桩围堰纵向刚度比较大，而且施工中也容易使钢管下打到地层中，但锁口封水比较难，安全系数不大。如本工程承台底标高在淤泥下3.5m左右，锁口在淤泥层中，不易封水。工程概况长江口某大桥的围堰设计方案169钢板