复杂工况下大跨径变截面现浇箱梁支架设计

2020-09-14 12:24:19 中国房地产业·上旬 2020年9期

【摘要】在工程实践中,现浇箱梁多采用临时支架来支撑模板进行施工,工艺也相对比较成熟,但在不少工程的现浇箱梁施工中,也发生了安全事故,造成了较大的损失。因此,现浇箱梁支架的合理设计是保证施工安全的关键,尤其是在施工环境复杂、地质条件较差的大跨径变截面现浇箱梁施工中,需对施工支架进行专门设计。

【关键词】大跨度现浇箱梁;支撑体系;设计与施工

现浇箱梁是桥梁施工中危险性较大的分项工程,现浇支架的合理设计是保证施工安全的关键。结合洪湾枢纽互通跨洪湾涌现浇箱梁跨径大、截面复杂的实际情况,采用了一种钢管贝雷与碗扣支架组合的满堂式支架进行施工,并对支架进行了分析验算。

1、现浇箱梁施工难点

(1)主跨64m现浇连续箱梁,多采用挂篮悬浇的施工工艺,但该工程桥梁的宽度变化较大,无法采用挂篮悬浇法施工。(2)工程条件复杂,淤泥质软土层厚,需在水域深厚软土地质条件下搭设模板支架,支架基础需进行专门设计,施工难度较大。(3)桥梁底部设计为1.6次抛物线变高度截面,常用的梁柱式模板支架难以适应梁底的曲线设计。(4)箱梁自重大,箱梁高度最大达4.0m,对支架承载能力要求高。预应力混凝土结构在预应力施工前,对支架的不均匀沉降较为敏感,易导致混凝土开裂。

2、支架设计与施工

2.1满堂支架布设与施工

2.1.1基础处理

根据支架布设间距以及承载荷载初步计算地基设计承载力,本现浇支架设计地基承载力不小于250kPa,地面铺设10cm厚C20混凝土进行表面封闭,并在周围设置排水沟进行排水,防止雨水渗透地基弱化承载力。

2.1.2碗扣支架搭设

支架搭设要在满足JGJ130-2011、JGJ166-2016、JTG/TF50-2011规范中碗扣支架规定要求下设计、搭设。碗扣立杆底托支撑在10cm×10cm方木上,支架按照设计布设进行搭设时,组装完两层横杆后需从纵横方向检查立杆的垂直度,如有偏差,及时调整,使横杆水平度偏差小于L/400;立杆接长采用对接扣件轴心对接,不允许采用旋转扣件接长。考虑支架的整体稳定性,支架设剪刀撑和斜撑。在纵、横向每5~6排钢管、底板部分和翼板部分支架外侧面布置斜向钢管剪刀撑,剪刀撑与地面的角度控制在45°~60°之间并相互呈之字形连为一个整体。②剪刀撑宜采用通长杆件,当必须接长使用时,宜采用对接扣件连接,也可采用搭接。支架需往一邊搭设或从中间往两边搭设,不允许从两边往中间合拢;搭设过程中应注意调整整架的垂直度不大于L/500,且不大于10cm。所有立杆均不允许悬空,支架经检查无误后,方可继续搭设。为保持支架稳定,底座和顶托螺旋长度不得大于螺杆和长度1/3,并不大于20cm。搭设前需根据具体标高计算好支架拼装高度,碗扣架搭设完成后在管顶安装顶托。使顶托伸出量一般控制在30cm以内。测量确定四个角点的顶托标高,然后拉线调整其它顶托标高。顶托标高需纵横两个方向都满足要求。

2.2门洞支架设计与施工

2.2.1门洞基础

主干道承载力高,路面为混凝土路面。本现浇门洞基础充分利用此条件,直接在原道路上浇筑14.4m×0.9m×0.7m长条形混凝土基础,基础的中心间距为11m,在条形基础上每个立柱位置预埋4块20cm×20cm×1cm钢板,预埋钢板设置锚固钢筋用于加固。

2.2.2门洞支架搭设

门洞支架采用每边4根φ600×δ8mm钢管作为承重立柱,立柱间距3.6m,高度4.24m,钢管底部焊有一块80cm×80cm×1cm钢板,与基础预埋钢板焊接在一起,并沿四周焊4块三角钢板对底座进行加固;钢管立柱之间采用槽钢十字交叉焊接支撑,钢管顶部开设32cm×16cm槽口,将承重垫梁安放在槽口内并与钢管顶部焊接固定,焊接质量应满足JTG/TF50-2011规定质量要求;垫梁采用双拼2I56工字钢,长17m;在承重梁上对应现浇箱梁腹板位置对应布设4榀贝雷梁,每个翼缘板布设1榀贝雷梁,作为承重主梁,中间4榀间距3.6m,为3片贝雷梁联结而成,承载底腹板荷载;两边为2片贝雷梁联结而成,承载翼缘板荷载,贝雷梁长15m;在贝雷梁上贝雷梁顶部布设横向I25工字钢分布梁,单根分布梁长18m,间距为1m;分布梁上铺设6mm钢板,全封闭底部空间,以保证施工时行车、行人的安全。

3、支架结构分析

3.1碗扣支架分析

荷载计算:混凝土容重26.0kN/m3,模板、支架自重2.0kN/m2,人群及机具荷载1.5kPa,混凝土倾倒荷载2.5kPa,混凝土振捣荷载2.0kPa。由于桥位处河涌水流缓慢,无船只通行,计算中流水压力、流冰压力、船只及漂浮物撞击力忽略不计,风荷载按规范计算。荷载组合系数:(1)强度验算采用基本组合,结构重要性系数取1.0,混凝土及模板支架自重分项系数取1.2,人群及机具荷载、混凝土倾倒荷载、混凝土振捣荷载等分项系数取1.4,风荷载等分项系数取1.1,组合值系数取0.8;(2)变形验算采用标准组合,混凝土及模板支架自重分项系数取1.0,不计人群及机具荷载、混凝土倾倒荷载、混凝土振捣荷载。按照从上至下的方式,分别验算底模、方木、钢管分布梁的强度及变形,均满足要求。验算碗扣支架的强度及稳定性,腹板位置单根立杆的轴力值为13.7kN~25.9kN,顶底板位置单根立杆的轴力值为21.5kN,翼板位置单根立杆的轴力值为14.7kN,均小于规范单根立杆轴力设计值30kN,碗扣支架强度及稳定性满足要求。

3.2贝雷钢管支架验算

3.2.1强度分析

贝雷钢管支架中,I14a分布梁、2HM588×300型横梁为Q235钢材,[σ]=215MPa,[]=125MPa;单片贝雷梁的容许弯矩[M]=788.2kN·m,容许剪力[Q]=245.2kN。通过软件对承载能力极限状态下的支架进行分析,计算结果如下:I14a分布梁,最大正应力σ=28.1MPa<[σ]=215MPa;最大剪应力=46.7MPa<[]=125MPa。单片贝雷梁,弯矩最大值M=407.4kN·m<[M]=788.2kN·m;最大剪力Q=242.7kN<[Q]=245.2kN。2HM588×300型主横梁,最大正应力σ=97.2MPa<[σ]=215MPa;最大剪应力=32.1MPa<[]=125MPa。根据计算结果可知,支架强度满足要求。

3.2.2刚度分析

支架使用前要进行预压,以消除非弹性变形,因此,支架变形分析时采取弹性计算法。在正常使用极限状态下,通过软件计算贝雷钢管支架的变形,各构件的最大竖向变形(挠度):I14a分布梁为1.89mm,贝雷梁为15.3mm,主横梁为4.3mm,各构件的最大竖向变形(挠度)均小于规范规定的L/400的限值,故贝雷钢管支架的刚度满足要求。

结语:

在现有路桥施工中经常遇到跨线施工的情况,既要保证安全通行,又要正常施工,通过一例单孔门洞跨径大于10m现浇支架分析验算,来为以后大跨径跨线施工提供参考经验。

参考文献:

[1]建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范JGJ166-2016[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[2]张东山,光明.现浇箱梁大跨度钢管贝雷与碗扣组合支架设计与分析[J].施工技术,2016,45(17):76-78.

[3]公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

作者简介:

郭全礼(632123198008087776),青海第六路桥建设有限公司,青海西宁。