桥梁下部构造施工要点及质量控制分析

跨G205国道特大桥预应力砼连续梁支架设计计算摘要本文结合汕湛高速揭博项目T18标跨G205国道特大桥工程实例，针对现浇梁支架设计进行了介绍，对考虑自重和施工荷载下支架各组成部分的强度、刚度及钢管柱的布设进行设计计算，并对支架结构相关荷载参数作了计算分析，验证了本桥支架设计符合规范要求。关键词：特大桥预应力砼连续梁支架设计计算1工程概况汕湛高速揭博项目T18标跨G205特大桥，起讫桩号为K247+164～K248+380，全长1216m，单幅桥面宽16.5m。第八联上跨国道G205，该联桥跨布置为左幅（25+33+37+34+25）、右幅（30+40+37+27+20），上部结构为单幅单箱三室等截面现浇预应力砼连续箱梁，梁高2.2m，等截面连续箱梁顶底板相互平行，腹板竖直，腹板厚为45～65cm，顶板厚25cm，底板厚22cm，悬臂端部厚为50cm，端部厚为20cm，悬臂长250cm，端横梁宽1.5m，中横梁宽3.0m。依据设计文件要求和现场实际状况该联采纳支架法现浇施工，在既有G205国道上设预留车行门洞，连续梁底至国道现有路面左幅净高7.23m、右幅净高7.59m。2支架设计方案2.1支架设计要求支架采纳碗扣式支架，整体结构必需有足够的强度、刚度、稳定性。跨G205国道部分预留车行门洞，净高不小于5.0m，单洞净宽不小于3.75m，门洞顶部设防落棚。2.2地基处理为便于支架搭设以及保证支架整体受力，对地基进行平整、换填压实、硬化处理。原地表基底为基础及下部构造施工时人工回填土，将回填土整平压实（压实度达到96%以上，地基承载力＞250Kpa），懦弱地层地段，为避开支架整体的局部受力不匀称，产生沉降，应先在其上铺设30cm片石压实，再浇注15cm厚C20混凝土的补强调平层，以确保现浇连续箱梁的整体浇注质量。地基的处理范围至少应宽出搭设支架之外1m，地基处理妥当后，应尽快修整排水设施，以免雨水浸泡。2.3支架布置及搭设支架搭设前，先按测量放线及支架搭设形式布置好底托，然后搭拼碗扣支架。第一层拼好之后，必需由现场技术人员抄平检查平整度，如高差太大，必需用底托调平。拼立杆时必需用吊线锤检查其垂直度，防止立杆偏心受力。接头部位必需用扣件连接坚固。支架搭拼时应挂线以限制调平和线型。顶托和底托外露部分最大不能超过30厘米，自由端超过30厘米长的杆件要增加水平杆锁定；底托与硬化地面之间要密贴，达到面受力，严禁形成点受力。顶托螺扣伸出长度不大于30厘米，纵向方木接头不能有空隙，且不能悬空，若有空隙用扒钉十字交叉连接，方木间用木楔塞紧，且用钉子钉牢。横向钢管间若有空隙，用粗钢筋焊接或用直扣件将两钢管连成一体。支架立杆：横桥向间距一般截面处为在翼缘板处按90cm布置，腹板处按30cm布置，底板处按60cm布置；顺桥向间距为一般截面处为90cm，横隔梁截面（即墩柱两侧3.0m范围内）为60cm。立杆上下均设可调式撑托，便于高度的调整及拆架。水平横杆依据120cm步距布置，特殊要求在离地面30cm～50cm处设置扫地杆，在支架顶部可做适当调整间距必需小于120cm。在支架上设置肯定量的剪刀撑，剪刀撑运用转角式扣件式钢管。在架体外侧四周及内部纵、横向每6m至8m由底至顶设置连续竖向剪刀撑。架体底部、顶部及竖向间隔不超过8m分别设置连续水平剪刀撑。水平剪刀撑宜在竖向剪刀撑斜杆相交平面设置如图1所示。纵向承力垫木和横向安排垫木均采纳10x10cm的方木，纵向承力垫木间距为支架横向步距，横向安排垫木间距为0.3m。支架搭设完毕后，用钢管在立杆上沿纵横向设置剪刀撑，剪刀撑设置时从顶究竟要连续，搭接头保证不小于60厘米，接头卡不少于两个，与水平横杆的夹角为45°～60°，两剪刀撑不允许自相交，要求布置在立杆两侧。为防止现浇箱梁混凝土浇注过程中边腹板侧模胀模而产生斜撑钢管和翼缘板下支架移位，需在翼缘板支架上设置斜拉钢管，斜拉钢管要深化底板下支架至少3根立杆，与立杆相交部位均要用扣件连接。

图1支架布置断面图3支架检算3.1荷载分析1、钢筋砼梁体自重，在计算时，仅需考虑第一次浇注底板和腹板砼，取钢筋砼自重26KN/㎡，按最不利状况计算。腹板部位（取梁高为1.7m部位）：1.223×1×2.6/（0.9×1）=3.533t/㎡非腹板部位：0.47×1×2.6/（2.55×1）=0.479t/㎡中横梁部位:19.55×2×2.6/（11.5×2）=4.439t/㎡2、模板方木自重0.05t/㎡3、施工人员及施工设备自重0.25t/㎡，振捣砼时对水平模板冲击力0.2t/㎡,合计0.45t/㎡。4、风荷载标准值计算：由于支架高度小于8m，因此可忽视风荷载。5、支架自重计算取腹板部位柱网0.9m×0.9m，非腹板部位柱网0.9m×0.45m，端梁和中横梁板下柱网0.3m×0.6m，步距1.2m，支架高度7.5m，计算每根立杆承受的自重Φ48×3.5mm钢管重量为3.8Kg/m，直角扣件重量为1.35Kg/只,转向扣件重量为1.49Kg/只,对接扣件重量为1.88Kg/只。立杆：自重3.8×7.5=28.5Kg，扣件自重1.35×6+1.49=9.59Kg水平杆（腹板部位）：自重3.8×(0.45+0.9)×4=20.52Kg，扣件自重1.35×4=5.4Kg水平杆（非腹板部位）：自重3.8×(0.9+0.9)×4=27.36Kg，扣件自重1.35×4=5.4Kg水平杆（中横梁板下）：自重3.8×(0.3+0.6)×4=13.68Kg，扣件自重1.35×4=5.4Kg剪刀撑：自重3.8×(0.9+0.9+2)/COS45°=20.42Kg，扣件自重1.49×6=8.9Kg综上计算结果,支架高度按7.5m,单根立杆支架体系产生的自重轴向力:腹板部位：28.5+9.59+20.52+5.4+20.42+8.9=93.33Kg非腹板部位：28.5+9.59+27.36+5.4+20.42+8.9=100.17Kg中横梁板下：28.5+9.59+13.68+5.4+20.42+8.9=86.49Kg3.2立杆计算立杆平面布置非腹板部位：单杆承载面积0.9×0.9=0.81㎡腹板部位:单杆承载面积0.9×0.45=0.405㎡中横梁部位:单杆承载面积0.3×0.6=0.18㎡立杆轴向荷载计算由于可忽视风荷载，因此不组合风荷载的单杆轴向力计算值：N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4ΣNQk非腹板部位:N=1.2[(0.479+0.05)×0.81+0.10]+1.4×0.45×0.81=1.144T腹板部位:N=1.2[(3.533+0.05)×0.405+0.093]+1.4×0.45×0.405=2.108T中横梁部位:N=1.2[(4.439+0.05)×0.18+0.087]+1.4×0.45×0.18=1.187T立杆稳定性验算支架稳定系数ψ确定立杆计算长度l0=h+2a=1200+2×100=1400mmh—支架立杆的步距a—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。立杆回转半径：I==/4=15.78mm长细比:λ=l0/r=1400/15.78=88.7查《建筑施工扣件式钢管脚手架平安技术规范》附录C表C得ψ=0.67钢管截面积:A=4.89×102mm2立杆受力：fmax=N/(ψA)=21.08×103/(0.67×4.89×102)=64.3N/mm2立杆稳定系数:K=[f]/f=205/64.3=3.2，立杆稳定性满意要求。3.3扣件抗滑承载力验算查《建筑施工扣件式钢管脚手架平安技术规范》表5.1.7,直角扣件和旋转扣件的抗滑承载力设计值均为8KN。依据上面支架立杆轴向荷载计算，在不同工况下，最大荷载值为21.08KN，接近于3扣件设计值8×3=24KN,因此在施工中须留意立杆在采纳搭接时必需大于个3旋转扣件。3.4横向安排方木和纵向承力方木检算横向安排方木采纳10cm×10cm×200cm方木，非腹板部位：跨长90cm,间距40cm；腹板部位：跨长45cm,间距40cm；端梁和中横梁部位：跨长45cm,间距40cm；纵向承力方木采纳10cm×10cm×200cm方木，非腹板部位：跨长90cm,间距90cm；腹板部位：跨长90cm,间距45cm；端梁和中横梁部位：跨长45cm,间距45cm；横向安排方木检算横向安排方木依据三跨连续梁计算，截面力学参数为:截面反抗矩W=10×102/6=166.67cm3；截面惯性矩I=10×103/12=833.33cm4；1、荷载的计算：(1)筋混凝土板自重(kN/m)：非腹板部位：q1=4.79×0.4=1.916kN/m腹板部位：q1=35.33×0.4=14.132kN/m端梁和中横梁部位：q1=44.39×0.4=17.756kN/m(2)模板(采纳18mm竹胶板)的自重线荷载(kN/m)：q2=0.5kN/m(3)活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载(kN/m)：q3=(2.5+2)×0.4=1.8kN/m由此方木荷载计算值:

q=1.2×(q1+q2)+1.4q3=1.2×(1.196+0.5)+1.4×1.8=5.419kN/m（非腹板部位）=1.2×(14.132+0.5)+1.4×1.8=20.078kN/m（腹板部位）=1.2×(17.756+0.5)+1.4×1.8=24.427kN/m（端梁和中横梁部位）2、强度计算：最大弯矩:Mmax=0.08×ql2=0.08×5.419×0.92=0.351KN.m（非腹板部位）Mmax=0.08×ql2=0.08×20.078×0.452=0.325KN.m（腹板部位）Mmax=0.08×ql2=0.08×24.427×0.452=0.396KN.m（端梁和中横梁部位）截面应力σmax=0.396×106/(166.67×103)=2.38N/mm2横向安排方木的计算强度小于木方允许强度12.0N/mm2,满意要求。3、抗剪计算最大剪力:Q=0.6ql=0.6×24.427×0.45=6.595KN截面抗剪强度必需满意:T=3Q/2bh<[T]截面抗剪强度计算值

T=3×6595/(2×100×100)=0.99N/mm2截面抗剪强度设计值

[T]=1.30N/mm2横向安排方木的抗剪强度计算满意要求。4、挠度计算计算公式如下:f=0.677ql4/100EI=0.677×5.419×9004/(100×9000×8333334)=0.321mm（非腹板部位）=0.677×14.132×4504/(100×9000×8333334)=0.052mm（腹板部位）=0.677×17.756×4504/(100×9000×8333334)=0.067mm（端梁和中横梁部位）方木的最大挠度小于900/400=2.25mm或450/400=1.125mm,均满意要求。纵向承力方木的计算截面反抗矩W=10×102/6=166.67cm3；截面惯性矩I=10×103/12=833.33cm4；依据简支梁计算

P=Q=0.6ql=0.6×5.419×0.9=2.926KN（非腹板部位）

P=Q=0.6ql=0.6×14.132×0.45=3.816KN（腹板部位）

P=Q=0.6ql=0.6×17.756×0.45=4.794KN（端梁和中横梁部位）最大弯矩（受力如右图示）

Mmax=PL/4=3.816×0.9/4=0.859kN.m（腹板部位）截面应力σ=0.859×106/(166670)=5.15N/mm2<[σ]=12.0N/mm2,满意要求。最大变形

fmax=PL3/(48EI)=4.91×103×9003/(48×9000×8333340)=0.77mm纵向承力方木的最大挠度小于900/400=2.25mm,满意要求。3.5预留门洞纵向工字钢梁受力计算受力简图依据预留门洞净要求，预留门洞钢管柱混凝土基础宽1.0m，基础间净距4.0m，G205国道与汕湛高速右夹角为145.3。，计算跨径为6.08m，为了确保行车道净空，采纳I45a工字钢跨越行车道支撑钢管支架，其受力简图如下：荷载分析依据前述计算结果可得：q=20.078kN/m；（腹板部位）q=5.419kN/m；（非腹板部位）受力计算Mmax=1/8ql2=0.125×20.078×6.082=92.78KN.m（腹板部位）Mmax=1/8ql2=0.125×5.419×6.082=25.04KN.m（非腹板部位）腹板下工字钢梁所需截面矩：W=Mmax/［σ］=92.78×107/205=4525854mm3≈4526cm3经计算2I45a工字钢上下叠合截面矩W=5597cm3＞4526cm3满意要求。腹板下工字钢梁所需截面矩：W=Mmax/［σ］=25.04×107/205=1221463mm3≈1222cm3经计算I45a工字钢截面矩W=1430cm3＞1222cm3满意要求。Q=0.6ql=0.6×20.078×6.08=73.24KN（腹板部位）Q=0.6ql=0.6×5.419×6.08=19.77KN（非腹板部位）τmax=(Qmax*S)/(Ix*b)=22.5MPa＜［τ］=110MPa，满意要求最大变形fmax=1.5ql4/100EI=8.8mm＜［f］=l/400=15.2mm，满意要求故在预留车行门洞纵向采纳I45a工字钢，横向间距腹板下为4×30cm,非腹板下间距为60cm,其中腹板下采纳两片I45a工字钢叠合，非腹板下采纳单层I45a工字钢。3.6钢管桩立柱顶部横桥向安排梁受力计算受力简图由于在每道腹板位置均设φ630×8mm钢管桩立柱，且在钢管桩立柱顶端设承托，将腹板下纵向I45a工字钢所承受的力干脆传给钢管桩立柱，故钢管桩立柱顶部横桥向安排梁受力仅考虑非腹板位置传递的力。经分析中间排横桥向安排梁受力最大。其受力简图如下：荷载分析依据前面计算结果可知，横向安排梁承受的荷载为q=41.1KN/m。受力计算经有限元软件分析计算，结果如下：弯矩计算结果剪力计算结果从计算结果可知：最大剪力Mmax=93.2KN安排梁所需截面矩：W=Mmax/［σ］=66.1×107/205=3224390mm3≈3224cm3经计算2I36a工字钢上下叠合截面矩W=4085cm3＞3224cm3满意要求。τmax=(Qmax*S)/(Ix*b)=41.9MPa＜［τ］=110MPa，满意要求最大变形fmax=0.6ql4/100EI=8.9mm＜［f］=l/400=10.5mm，满意要求故钢管桩立柱顶部横桥向安排梁采纳2I36a工字钢叠合，其各项参数满意要求。3.7竖向钢管桩立柱计算荷载分析每根φ600×6mm管桩承受竖向荷载：以与中间排4.2m和4.5m跨共用的中间钢管桩为检算对象:受力最大钢管桩顶部集中荷载为178.79+292.96+39.12+6.65=517.52KN受力检算按轴心受压柱进行计算。剪刀撑顶端距柱顶0.25m，则l0=h+2a=4+2x0.25=4.5m管桩计算长度l0=4500mm立杆回转半径：i=/4=210.02mm长细比:λ=l0/i=4500/210.02=21.42焊接钢管属b类截面，查表得稳定系数φ=0.964钢管截面积:A=3.14×(360000-345744)/4=11190.96mm2管桩压应力：N/A=517.52×103/11190.96=46.24MPaψ[σ]=0.964×140=134.96MPaN/A=46.24MPa<ψ[σ]=134.96MPa，钢管桩稳定性满意要求。3.8条形基础计算