黄延高速裢达沟特大桥#墩#段施工托架设计

黄延高速裢达沟特大桥1、5#墩0#段施工托架设计摘要：本文对单肢0#段托架进行详细理论计算，主要受力构件采用贝雷架拼装，安装、拆卸方便，并采用ANSYS对牛腿托架系统进行稳定性分析。关键词：单肢0#段托架贝雷架设计一、工程概述黄延高速公路裢达沟特大桥位于陕西省黄陵县太贤乡北村村北，横跨裢达沟河谷，全桥长854.5m，中心桩号为K178+836.75。主桥为预应力砼刚构连续箱梁桥，跨径组合为83+4×148+83米。本桥共有0#段10块，其中1、5#墩0#段墩身为单肢薄壁空心墩，墩高分别为47m和36m，墩身尺寸为5×6.5m；0#块长11.0m，底板宽6.5m，顶板宽12.0m，高为8.0m。0#块采用施工托架现浇混凝土，两侧悬臂浇注长度均达到3.0m，施工难度极大。二、方案比选刚构桥0#段施工托架的形式很多，一般较为普遍采用以下几种形式：在墩顶预埋型钢作为托架，但预埋型钢有以下缺点①型钢使用量大，成本高；②型钢托架要在高空进行焊接组装，质量难于保证，且安全风险较大；③托架拆除要用氧炔焰进行气割，作业难度很大，同时气割还易损伤墩身砼，埋入砼的型钢面封闭处理较难，易锈蚀后影响墩身外观。采用牛腿和万能杆件组合形成托架，但万能杆件有如下不足①由于受吊装能力的影响，不能形成整体架子吊装，只能在墩顶悬拼，作业难度大，安全性差，时间长；②架子拆除时只能单件拆除吊下，施工非常困难。采用牛腿和贝雷架组合形成托架，能有效避免以上两种方案的缺点，并有如下优点①贝雷架为周转料具，施工成本低；②贝雷架可以在地面拼装成型，整体吊装就位，安装方便，减少空中作业时间；③托架拆除时，贝雷架可采用卷扬机整体吊装下落，拆卸方便；④在墩身上预留牛腿插口，牛腿拆除后封闭简单。通过方案比选，决定采用牛腿和贝雷架组合设计托架。三、托架设计1、托架应满足的条件①托架必须有足够的强度和刚度，并形成空间稳定的整体；②构造和制作简单，装拆方便，要能增加周转次数；③托架上要设置落架设备，便于拆除托架。2、托架的结构设计对托架进行施工图设计，主要施工图如下：本牛腿托架第一次现浇砼用钢材23吨，第二次现浇砼用钢材15吨，0#段托架共计用钢材38吨。3、托架受力计算牛腿托架系统一次施工完成，而现浇部分的混凝土分两步浇注：第一步：先浇注0#块0～3.0m高度的混凝土;第二步：后浇注0#块3.0～8.0m高度的混凝土。3.1、计算参数取值说明①钢筋砼容重：26KN/m3②砼超灌系数：1.05③动载系数：1.2④模板及支架自重：取0.2倍砼重⑤施工人员和施工机具荷载：2.5KN/m2⑥挠度容许值：l/400⑦Q235钢：E＝2.1×105MPa[σ]＝205MPa[σw]＝205MPa[τ]＝120Mpa⑧单排单层贝雷架：[M]＝788.2KN·m[Q]＝245.2KN⑨双排单层贝雷架：[M]＝1576.4KN·m[Q]＝490.5KN3.2、第一次现浇混凝土计算第一次浇注高度为0～3.0m，对于墩身正上方的混凝土重量直接作用于主墩墩身上，设计托架时不予考虑，因此只计算两边悬臂的部分，悬臂长度为3.0m，取纵向单位长度l=1.0m。3.2.1、荷载计算沿桥梁纵向截取1m计算荷载，则有：3.2.2、底模计算底模采用墩身大块钢模，纵向每沿米2根[10背杠。计算得：（计算图示见上页）最大挠度fmax=1.0mm<mm最大弯矩Mmax=11.5kN·m最大剪力Qmax=54.3kN支座反力RA=54.3kNRB=77.3kNRC=48.4kN则<[σw]＝205MPa<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa满足《钢结构设计规范》要求,底模采用墩身大块钢模可行。3.2.3、底模纵向分配梁2[10计算采用模板竖向背杠作为纵向分配梁，每根背杠由2根[10组成,在RB处受力最大。1根[10：Ix=198cm4Wx=39.7cm3计算图示如下:计算得：最大挠度fmax=0.2mm<mm最大剪力Qmax=33.8kN支座反力R1=16.0KNR2=59.6KNR3=48.9KNR4=50.2KNR5=57.2KN<[σw]＝205MPa<[τ]＝120Mpa满足《钢结构设计规范》要求,分配梁采用2根10号槽钢，间距为130cm可行。3.2.4、横向贝雷架计算单排单层单片贝雷架参数：[M]=788.2kN·m[Q]=245.2kNIx=250497.2cm4Wx=3578.5cm3由前面计算可知：位于R2点处受力最大,计算图示如下:计算得：最大挠度fmax=1.9mm<mm最大弯矩Mmax=199.4kN.m<[M]=788.2kN.m最大剪力Qmax=138.7kN<[Q]=245.2kN支座反力Rx=138.7kN横向贝雷架满足《贝雷架使用手册》要求，横向分配大梁采用单排单层单片贝雷架可行，施工时将两单排单片贝雷架用支撑架相连以增加稳定性，实际构成了一组双排贝雷架，托架共有六组双排贝雷架，间距为130cm。3.2.5、纵向贝雷架计算双排单层贝雷架参数：[M]=1576.4kN·m[Q]=490.5kNIx=500994.4cm4Wx=7157.1cm3计算图示如下::计算得：最大挠度fmmax=0.1mm<<mm最大弯矩Mmmax=1175.66kN..m<[[M]=11576..4kNN.m最大剪力Qmmax=2295.11kN<<[Q]]=4900.5kNN支座反力RRy=2455.0kNNRz=2955.1kNN纵向贝雷架满足足《贝雷架架使用手册册》要求，纵纵向承重大大梁采用双双排单层贝贝雷架可行行，施工时时将两单排排单片贝雷雷架用缀条条相连以减减少大梁的的横向宽度度，大梁宽宽度为36ccm，托架架共有两组组纵向双排排单层贝雷雷架。3.2.6、斜斜撑系受力力计算1）斜撑计算采用2根20a槽钢作为为斜向支撑撑，断面示示意图如下下：斜向支撑角度为为，有：长细比：查表得：斜撑满足《钢结结构设计规规范》要求求。2）斜撑牛腿计算算采用两块钢板焊焊接于墩身身预埋钢板板上，利用用焊缝受力力，计算图图示如下：：焊缝计算：h==240mmd==30mmmm3换算应力计算：：斜撑牛腿满足《钢钢结构设计计规范》要要求。3.2.7、砂砂筒计算砂筒计算算参数：筒壁钢板允许应应力：筒壁钢板厚：砂筒内半径：砂的内摩擦角：：计算图示见右图图:砂筒能承受的正正压力:砂筒满足施工承承载力要求求。3.2.8、牛牛腿计算根据上述计算结结果，支座座反力Ry=2455kN，采用2块牛腿钢钢板共同承承受245kkN，平均每每块钢板受受力为122..5kN，通过精精轧螺纹钢钢施加拉力力P来平衡支支座反力产产生的力矩矩。计算图图示如下：：建立平衡方程式式：X方向：Rb-P=0Y方向：Ra–1222.5==0对O点求矩：解得：Raa=1222.5kNP=Rbb=885.755kN1)牛腿钢板计算（图图中虚线处处为薄弱面面）a、不考虑精轧螺螺纹钢受力力kN.mQ=1222.5kkNmm4mm3d=30mmm<[σw]＝205MPaa<[τ]＝120Mpaa换算应力计算：：b、考考虑精轧螺螺纹钢受力力此时薄弱弱面只承受受剪切力Q=1222.5kN。<[τ]＝120Mpaa牛腿钢板板满足《钢钢结构设计计规范》要要求。2)焊缝受力计算两块牛腿腿钢板间距距为36ccm，中间间采用钢板板焊接连接接，钢板厚厚为30mmm，宽为为330mmm，长为为400mmm。焊缝计算算参数：Q==85.775KNNh==30mmmd==390mmmm4mm3焊缝满足足《钢结构构设计规范范》要求。3)墩身砼C40局局部承压检检算(钢板盒底底板厚为55mm)墩身砼CC40满足《砼砼结构设计计规范》要要求。4)精轧螺纹钢受力力计算精轧螺纹钢参数数：A==804..24777mm2精轧螺纹钢受力力满足施工工要求。3.3、第二次次现浇混凝凝土计算第二次浇注高度度为3.0～8.0mm，处于已已浇好的槽槽形梁正上上方混凝土土重量直接接作用于槽槽形梁上，设计托托架时不予予考虑，因因此只计算算两边翼缘缘板部分，悬悬臂长度为为2.755m，取纵向单单位长度l=1.0m。图示示如下:3.3.1、荷荷载计算沿桥梁纵向截取取1m计算算荷载，则则有：3.3.2、底底模计算底模采用组合钢钢模板，尺尺寸为。计算得（图示见见上页）：：最大挠度fmmax=0.2mm<mm最大弯矩Mmmax=11.1kkN.m最大剪力Qmmax=88.8kNN支座反力RR1=12..2kNNR2=16..0kNNRR3=12..0kNNR4=5.22kN则<<底模满足《钢钢结构设计计规范》要要求。3.3.3、φφ48×3钢管架计计算在R11点处受力力最大，钢钢管间距为为80×1220cm，大大横杆步距距为1.55m。钢管长细比：查表得纵向弯曲曲系数：φ1=00.5211钢管立杆容许轴轴向力计算算:而φ48×3钢管立立杆容许荷荷载为26.88KN因此,立杆轴向力取::=266.8KNN每根钢管立立杆承受轴轴向力计算算:钢管满足《建筑筑施工扣件件式钢管脚脚手架安全全技术规范范》要求。3.3.4、II28a纵向向分配梁计计算采用4根I28a作为纵向向分配梁。1根I28a：Ix==71144.14cm4Wxx=508..153cm3计算图示如下::计算得：最大挠度fmmax=8.9mm<<mm最大弯矩Mmmax=449.9kN.mm最大剪力Qmmax=338.4kN支座反力RRa=38..4KN<<分配梁满足《钢钢结构设计计规范》要要求。3.3.5、横横向贝雷架架计算单排单层单片贝贝雷架参数数：[M]=7888.2kkN.m[Q]==245..2kNIx=250497..2cmm4WWx=35788.5ccm3计算图示如如下:计算得：最大挠度fmmax=2.5mmm<mmm最大弯矩Mmmax=1127.88kN..m<[[M]=7788.22kN..m最大剪力Qmmax=1127.88kN<[Q]]=2455.2kkN支座反力RRx=1277.8kkN横向贝雷架满足足《贝雷架架使用手册册》要求。可以看出，第二二次浇注相相对第一次次浇注荷载载计算值很很小，对横横向贝雷架架以下的托托架可以不不进行验算算。3.3.6、槽槽形梁上满满堂支架计计算墩顶满堂架采用用φ48×3钢管，间间距为100××120ccm，大横横杆步距为为1.5mm。钢管长细比：查表得纵向弯曲曲系数：φ1=00.5211钢管立杆容许轴轴向力计算算:而φ488×3钢管立杆杆容许荷载载为26.88KN因此,立杆轴向力取::=266.8KNN最大荷载计算::每根钢管立杆承承受轴向力力计算:钢管满足《建筑筑施工扣件件式钢管脚脚手架安全全技术规范范》要求。四、用ANSYYS计算分析析托架1、Y轴轴位移图2、X轴位移图Z轴位移图由ANSSYS计算结果果可知，托托架在施工工荷载作用用下是安全全、稳定的的。五、托架静荷载载试验在承台上锚固精精轧螺纹钢钢，托架上上布置八台台千斤顶，中中间用钢绞绞线连接作作为传力钢钢筋，通过过对千斤顶顶加载反压压托架上的的分配梁，从从而达到了了对托架预预压的目的的。加载时利用八台台千斤顶按按设计荷载载值进行逐逐级、同步步的缓慢对对称加载，以以此检验验验证托架设设计的结构构稳定性，确确保托架的的施工安全全，同时可可消除托架架非弹性变变形，并采采用水准仪仪测量托架架在加载过过程中的弹弹性变形，测测得平均变变形量为110.3mmm，其中中弹性变形形平均为88.8mmm，非弹性性变形平均均为1.55mm，充分说明明托架的预