钢桁梁拼装临时支撑设计

钢桁梁拼装临时支撑设计陈恩锋【摘要】Inthispaper,thetemporarysupportschemeofthelong-spansteeltrussgirderinthefieldsegmentassemblyisdescribedindetailthroughengineeringpractice.Themechanicalcalculationofthekeybearingstructureofthesupportsystemiscarriedouttoensurethestabilityandsafetyofthesupportsystem.Theconstructionexperienceofthisprojectcanbringsomeenlightenmenttotheconstructionofothersimilarprojects.%本文通过工程实践，就大跨度钢桁梁现场节段拼装时的临时支撑方案进行详细的阐述，并对支撑系统关键承载结构进行了力学检算，确保了支撑系统的稳固及安全，希望本项目的施工经验能够给其它相似工程的施工带来一些启示.【期刊名称】《价值工程》【年(卷)，期】2018(037)006【总页数】3页(P136-138)【关键词】钢桁梁;节段拼装;临时支撑;钢管格构柱;力学检算【作者】陈恩锋【作者单位】中铁十五局集团第二工程有限公司，上海201713【正文语种】中文【中图分类】U445.40引言钢桁梁采用现场节段拼装时，为了加快施工进度及减少中间支撑的工程量，通常尽量减少分段数量，但却使得每个节段的重量变得非常大，故设置于节段间的临时支撑系统就需承受巨大的荷载。同时本项目处于上海市闵行区的闹市区内，现场道路交通繁忙，在临时支撑间内要设置通行道路，确保车辆及行人的安全顺利通行。一旦出现安全事故，将危及施工人员及市民的人生安全，造成巨大的社会影响及经济损失。因此要求所采用的临时支撑系统要具有足够的承载能力、稳定性和刚度，以承受钢桁梁的荷载，确保施工安全，在确保支撑系统具有足够承载能力及安全性能的前提下，还需考虑施工便利性和经济效益。因此，采用何种材料及形式的临时支撑系统为施工人员所需要解决的问题。图1301号~302间号墩主桁节段分段示意图（尺寸单位以毫米计）1工程概况本工程位于上海市闵行区，是虹梅南路一金海路通道工程（虹梅南路段）钢桁梁工程。本桥钢桁梁为5跨连续钢桁梁，全长5x55m=275m,为开口式钢桁梁，受力结构主要采用Q345qD钢材。本工程位于闹市区，交通比较繁忙，特别是虹梅南路与放鹤路交叉口处，车流量较大。桥梁竖向标高部分位于直线段，部分位于圆曲线范围，直线段梁段标高按竖曲线计算，圆弧段梁段头尾两点按竖曲线计算，中间直线连接，标高用铺装调整，结构分段线、横梁腹板均为铅垂。本桥主桁共分三片，两片边桁和一片中桁，边桁全高均为4.9m,上下弦杆型心距4.25m，中边桁横向间距为10m。三片桁架均采用华伦式桁式，主桁结构如图4所示。本项目采取钢桁梁下搭设临时支架，钢桁梁直接吊装就位的方法施工，为保证构件安装精度，减少桥位焊接工作量，在满足设计图纸、技术规范和《钢桁梁上部施工图设计说明》的前提下，结合现场吊装设备的配备情况，综合考虑供料、运输及批量生产等因素，将设计图中原主桁出厂节段适当调整，合并延长，以减少临时支撑点。钢桁梁桥上部分为5跨连续结构，共分为41个节段，其中301号~302号墩间主桁节段分段如图1所示。2支撑方案的选定及结构设计根据本项目桁架分节段设置及现场施工情况进行临时支撑的方案设置，且支撑要具有足够承载能力，沉降变形小，安全稳固，安装快速及经济可行性等要求。技术人员提出了万能杆件、贝雷桁架、钢管柱、钢筋混凝土多种支撑类型进行可行性研究。将承载能力、安全稳定性作为评估重点，并综合考虑技术适用性、施工简便性及经济性等几方面进行比选及优化。各种支墩类型优缺点比较如表1所示。从表1可知，钢管及钢筋混凝土支墩能够满足承载要求，并具有良好的稳定性，但钢筋混凝土现场施工及砼达到承载要求的时间长，且造价相对较高，故最终决定选用了钢管柱方案，其具有满足施工要求的承载能力、沉降变形小、牢固稳定、施工简便等诸多优势。具体的结构设计如下。2.1格构柱临时支撑构造现场的临时支撑采用四肢钢管格构柱做成，格构柱的截面尺寸为1800mmx1800mm,竖向主柱选用^180x8钢管，腹杆缀条选用①89x4的钢管，所用材料材质均为Q235B，所有连接均采用焊接连接。钢管格构柱为长度分别为4m、5.8m、7.6m等长度固定的节段，根据现场的实际需要高度，选用不同的节段进行组拼。为使得格构柱顶部受力时能均匀地传递到格构柱的各个主柱，在顶部用I25a的工字钢等材料制了做一个顶部刚性平台，与格构柱进行焊接连接。各节段格构柱对接节点采用法兰连接，这样节点处理方便装拆，螺栓可以循环利用。表1各种支墩类型优缺点比较支墩类型优点缺点万能杆件制式设备，拼装简单，施工快速。经承载验算，为满足承载能力，则墩体尺寸过大，影响了道路通行，材料来源渠道较少，租用成本相对较高。贝雷桁架制式设备，拼装简单，施工快速，材料充足，租用成本较低。经承载检算，为满足承载能力，墩体尺寸过大，影响通行。形成墩体后沉降量相对较大，刚性不足，存在一定的安全风险。钢管承载能力强，安全稳定性好，沉降量小，施工简便，柱体构造及尺寸可根据需要进行灵活调整，适应性强。需根据现场情况及承载验算结果进行结构设计及制作，工期长，造价相对较高。钢筋混凝土承载能力强，结构稳定，刚度大，基本无沉降量，柱体尺寸及高度能很好适应施工要求。施工相对复杂，施工期间对现场交通影响大，柱体砼达到承载要求的时间长，造价相对较高。2.2格构柱临时支撑基础底部与地基接触，地基要承担自上而下传递的所有荷载，因本项目竖向荷载较大，对于地基承载的要求比较高。如果仅仅以四个主柱作用于地基上，接触面积过小，对于地基局部压力过大，所以考虑在格构柱底部设置混凝土基础（直接在沥青路面上铺设），以增大地基的受力面积。混凝土基础采用30cm厚C20混凝土，长度与宽度均为2.5m。2.3桁架悬臂部分临时支撑考虑到片体桁架在拼接位置悬臂挑出部分受力较大，为防止变形，我们在悬臂挑出部分设置临时支撑，用中219x8的钢管支撑上下弦杆，以防止弦杆变形。2.4临时支撑布置本项目每跨的临时支撑布置基本类似，图2为ZX301~ZX302号墩跨临时支撑布置剖面图。3格构柱临时支撑受力计算书为了确保结构完全，需对支撑系统的承载主体结构进行力学检算，以确保施工及结构安全。经过支撑系统荷载分布进行分析得知，ZX301~ZX302号墩跨中处中桁下的支墩承受的荷载为最大。其验算如下：单侧板重G1=(10.4+1)x103x9.8x2=2.24x105No右侧中桁重G2=18.56x103x9.8=1.82x105N。左侧中桁重G2’=17.42x103x9.8=1.71x105N。3.1垫梁受力验算垫梁采用I25a双拼工字钢，取格构柱正上方一段进行计算，节段长度L=1.8m。力取最大值，则梁中间受集中力F1=1/2xG2+1/4xG1=1.47x105N。工字钢自重G=38.1x1.8x9.8x2=1344N。则支座处剪力V=0.5(F+G)=7.4x104N。跨中弯矩1344x1.8=3.33x104N・M。截面积A=2x(116x13x2+8x224)=9616mm2。惯性矩Ix=1/12x(116x2x2503-10x2243-108x2243)=9.98x107mm4。Iy=1/12x(250x2323-224x1083-224x1083)=2.13x108mm4。面积矩S=116x2x13x118.5+2x8x112x56=457748mm3。截面抵抗矩=7.98x105mm3。梁的正应力=39.7N/mm2<[a]=215N/mm2o梁的剪应力=42N/mm2<[T]=125N/mm2。对于梁的稳定性，有h/b0=250/116=2.16<6。且L1/b0=1800/116=15.5<95。可知梁的稳定性满足要求，不需另行计算。3.2钢管受力验算所受集中力F2=1/4xG1/2=0.25x2.24x0.5x105=2.8x104N。截面积A=1.31x104mm2。惯性矩(4264-4064)=2.8x108mm4。回转半径=146mm。长细比=52v［入］=150。根据入x查得中=0.9094。则应力=2.35N/mm2＜［a］=215N/mm2o3.3格构柱受力验算单肢面积A1=4321mm2。单肢面积(1804-1644)=1.6x107mm4o单肢回转半径=61mm。整个格构柱截面积A=4A1=1.7x104mm2。整个截面的惯性矩Ix=4(Ix1+l02xA1)=4x(1.6x107+9002x4321)=1.4x1010mm4。Iy=Ix=1.4x1010mm4。整个截面的回转半径907mm。整个截面的长细比=7.32v［入］=150。缀条为中89x4钢管，面积A2=1.06x103mm2，回转半径i2=30mm。则=25.7v［入］=150。查得中=9506。①工况一：格构柱两侧都受力，4个支点受力较均匀。所受合力N=1/4x2G1+1/2x(G2+G2’)=2.9x105N。整体验算=17.9N/mm2＜［o］=215N/mm2。单肢截面的稳定性验算：图2ZX301~ZX302号墩跨临时支撑布置剖面图(尺寸单位以毫米计)单肢自有长度l1=2000mm。单肢长细比=33v[入]=150查得中=0.9249。缀条验算：作用在柱上的剪力V==4.3x104N。缀条内力缀条长细比查得啊=0.6012。折减系数=0.6+0.0015x93x1=0.67。则=47N/mm2<[a]=0.67x215=144N/mm2o满足条件。②工况二：格构柱单侧受力（另一侧梁面板还未安装）。受力N=1/4xG1+1/2xG2=1.47x105N。将力平移至结构轴心处，则产生弯矩。Mx=NxL/2=1.47x105x0.9=1.3x105N。受拉临界力=5x108N,则=4.5x108N。截面抵抗矩=1.56x107mm3。等效弯矩系数Pmx取1.0,主柱稳定验算=18.4N/mm2<[a]=215N/mm2o缀条验算同前。3.4格构柱下基础受力验算基础底面的压力：由于基础下的地基为老路面，因此地基承载力可取120kN/m2，满足受力要求。柱下独立基础的受冲切承载力应满足：Ft<0.7&npftamh0基础尺寸2.5x2.5m，高度300mm邛np取1.0。C20混凝土抗拉强度ft=1.10N/mm2。冲切破坏锥体最不利一侧计算长度am=(at+ab)/2=1.96m。有效高度h0=h-as=0.21m。则0.7Bnpftamh0=0.7x1.0x1.10x106x1.96x0.21=3.2x105N。Ft=piAl=2.9x105-2.52x0.819=0.38x105N<3.2x105No受冲切承载力应满足。Vs<0.7phsftA0o计算可得受剪切承载力截面高度影响系数Phs为1.0。A0=350x2500=875000mm2,则0.7BhsftA0=0.7x1.0x1.1x875000=6.7x105N>2.9x105N。基础的冲切、剪切承载力均满足要求。4结束语本项目钢桁架拼装采用