永和大道跨线桥现浇预应力混凝土连续箱梁满堂支架设计及验算.pdf

1 1 2 桥梁结构 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 2 年9月第 9 期 永和大道跨线桥现浇预应力混凝土连续箱梁 满堂支架设计及验算 陈 泽 江 ( 广州 市市 政工程 机械 施工有 限公 司 ， 广东 广州5 1 0 0 6 1 ) 摘要： 满堂支架在桥涵施工中被广泛应用， 它具有传力明确、 工序相对简单， 节省人力设备 ， 便于施工控制等特点。 该文 以永 和大道跨线桥为例， 介绍了满堂支架的应用情况。根据永和大道跨线桥的特点， 对引桥满堂式支架进行了设计 ， 并对其强度、 刚 度和稳定性的受力进行了验算。现浇箱梁施工 中支架的选择 、 验算和布置不仅关系到施工 的进度和效益 ， 更关系到工程的质 量和安全。实践证明， 该方案是切实可行的， 并对类似工程具有参考意义。 关键词： 现浇预应力混凝土连续箱梁； 满堂支架 ； 设计 ； 验算 ； 跨线桥 中圈分类号： U 4 4 5 4 6 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 9 一 O 1 1 2 一 o 4 1 工程概况 永和大道跨线桥工程为永和大道改造工程 ， 永 和大道位于永和经济 区内 ，属于 区内的一条城 市主干道 ，线路大致呈 南北走 向 ，它南起开创大 道 ，北接永 安 大道 。该跨 线桥 设计 起 点桩 号为 Q K 5 + 4 8 0 3 6 ， 终点桩号为 Q K 5 + 7 9 4 6 4 ， 桥梁全长约 31 4 2 8 m 。 两侧 引桥 ( 第一 、 三联 ) 均为 32 5 m连续箱 梁， 梁高为 1 5 m， 悬臂长 3 m， 支点附近腹板宽采 用 0 4 5 m 0 6 5 m， 跨中腹板宽采用 0 4 5 m， 顶板 厚采用 0 2 6 m、 底板厚采用 0 2 5 m， 顶底板在支点 处均采用变高。 腹板采用斜腹板 ， 斜率为 4 ： 1 。 在每 个墩顶对应位置设 1 道 横梁 ，中横梁宽 1 8 m， 端 横梁宽 1 2 m。 现浇箱梁采用满堂支架逐孔现浇施工 。 2 满堂支架设计 2 1 支架材料选用 满堂 支架采 用 4 83 5 l n lT l 扣 件式 钢管 支 架 ， 支架高度为 2 5 m， 布置主要分 四个 区域进行 设计。 2 2 支架布置 ( 1 ) 一般 结构 区底板立杆 按 0 9 m0 9 m进 行 布置 ， 即立杆纵 向间距 0 9 m， 横 向间距 0 9 m。 纵 、 横水平 杆 ( 大 、 小横 杆 ) 间距均 为 0 9 m， 步距 1 2 m 。 ( 2 ) 墩顶 ( 梁端 ) 区长度 为 1 8 m( 1 2 m) ， 渐变 段长 0 6 m。沿桥梁方 向墩顶( 梁端 ) 区 3 0 m( 1 8 收稿 日期： 2 0 1 2 0 7 2 5 作者简介： 陈泽江( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 陕西人， 工程师， 从事路桥施工 管理 工作 。 m) 范围内立 杆按 0 6 m0 6 m进行布置 ， 即纵 向 净距 0 6 m， 横 向间距 0 6 m。纵 、 横水平杆( 大 、 小 横杆 ) 间距均为 0 6 m， 步距 1 2 m。 ( 3 ) 腹板正下方 投影 内按 照 0 6 m0 6 m布 置 ， 即纵 向净距 0 6 m， 横 向间距 0 6 m。 纵 、 横水平 杆 ( 大、 小横杆 ) 间距均为 0 6 m， 步距 1 2 m。 ( 4) 翼板立杆按 0 9 m0 9 m进行布置 ， 即立 杆纵 向间距 0 9 m， 横 向间距 0 9 m。纵 、 横水平杆 ( 大 、 小横杆 ) 间距均为 0 9 m， 步距 1 2 m。 ( 5 ) 大 、 小 楞布 置 。立 杆可 调顶 托上设 置 1 5 e m X 1 5 c m方木大楞， 间距按照立杆布置。 大楞上 铺设方 木小楞 ， 间距为 2 5 e m， 采用 1 0 e m1 0 e m 方木 。 ( 6 ) 小横杆设置在大横杆之上 ， 支架外 围四周 设剪刀撑 ，内部沿桥梁纵 向每 4排立杆搭设一 排 横向剪刀撑， 横向剪刀撑间距不大于 5 m， 支架高 度通过可调托座和可调底座调节 。 2 3 支架布置( 见 图 1 ) 3 荷载计算 3 1 荷载分析 根据该桥引桥现浇箱梁的结构特点 ， 在施工过 程中涉及到以下荷载形式： ( 1 ) q l 箱 梁 自重荷 载 ，新 浇 混凝 土密度 按 = 2 6 0 0 k 咖 ； ( 2 ) q 2 一箱梁 内模 、 底 模 、 内模 支撑 及外模 支 撑荷载 ， 按均布荷载计算 ， 经计算取 q 2 = 2 0 k P a ； ( 3 ) q 3 一施工人员 、施工材料和机具荷载 ， 按 均布荷载计算 ， 按 q 3 = 2 5 k P a 取值； ( 4 ) q 4 一振捣混凝 土产生 的荷载 ，按 2 0 k P a 取值； ( 5 ) q 5 一水平风荷载及其他可能产生 的荷 载 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 9 月第 9 期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构 1 1 3 立面 圈 1 5 c m 1 6 c 孤 方术大楞 诧 凝 土箱繁 2 3 1 3 训 。啊 J 于 m x 1 n 宵 木 f 加 z aic ； L l e$ 1 t 一 麓 - _l| ， 函 若 ， 、 、 - 甾 警 ) ( ， 一 一 、 - - 。 一 6 4 5 ， ， ， ， ， 封 I ， 1 立 拄 I 1 、 1 F 。、 ， I ， 。 f 7 ， f 。 f f l ， 甘 匪捌 - 弹 2 9 0 3 X6 0 3 9 0 8 X6 0 I 2 X9 0 l 盘= 擞断面圈 l = 捆匦面圈 图 1 支架布置图( 单位 ： c m) 按 0 5 k P a取值 ； ( 6 ) q 6 一支架 自重 ， 按 2 0 k P a 取值 。 3 2 荷载计算 3 2 1 箱梁 自重 q 1 根据该工程引桥现浇箱梁结构 的特点 ，现取 I v I v截 面墩 顶( 梁端 ) 和 I I I I I I 断面进行箱 梁 自 重计算 ，并对这两个代表截面下的支架体系进行 验算。 ( 1 ) I V I V断面墩顶( 梁端 ) 处 自重 q l ： 根据 I v I V断面图 ， 则 ： q 1 = W B = y X A B = 2 6 x 1 2 2 9 6 4 5 = 4 9 5 4 ( k P a ) 。 ( 2 ) I I I I I I 断面处 自重 q l ： 根据 I I I I I I 断面图 ， 则 ： q 1 = W B = y X A B = 2 6 6 7 8 6 4 5 = 2 7 3 3 ( k P a ) 。 3 2 2 钢管特性 ( 见表 1 】 表 1 钢 管截面特性 一览表 3 2 3 支架 自重 根据现场情况以 5 I n 高支架进行计算 ： q 6 = W 立杆 + w 横杆 = 2 0 ( k P a ) 。 4 钢管支架验算 4 1 墩顶( 梁端 ) 区支架验算 4 1 1 墩顶( 梁端 ) 区立杆强度验算 ( 1 ) 当横 杆步距 为 1 2 0 c m时 ， 长细 比 = l i = 1 2 0 0 1 5 7 8 = 7 6 0 5 ， 得 = 0 6 8 9 ， 支架钢管极限抗压 强度取 o r = 2 1 5 M P a 。立杆可承受的允许最大竖向 荷载为 ： N】 = 中A or =0 6 8 94 8 92 1 5 = 7 2 4 3 8 N = 7 2 4 4 ( k N) 。 ( 2 ) 立杆纵横 向间距 6 0 c m X 6 0 a m， 梁高 1 5 i n 。 立杆投影区面积上均不荷载为： N = 1 2 ( q l + q 2 + q 6 ) + 1 4 X( q 3 + q 4 + q 5 ) 】 X 0 6 0 6 =【 1 2 X( 4 9 5 4 + 2 0 + 2 0 ) + 1 4 X( 2 5 + 2 0 + 0 5 ) X 0 6 X 0 6 = 2 5 6 5 k N 【 N = 7 2 4 4 k N。 安全 系数 k = 【 N 】 ， N= 7 2 4 4 1 2 5 6 5 = 2 8 2 1 - 3 。 ( 3 ) 经过验算 ， 说明立杆满足强度要求 。 4 1 2 墩顶( 梁端 ) 区立杆稳定性验算 ( 1 ) 模板支架 的稳定性计算公式 为 ： N ( XA) + M f 式中： M w 计算立杆段有风荷载设计值产生的 弯矩， 根据 建筑结构荷载规范 计算 为 0 0 9 6 k N m； f - 一 钢材抗压强度设计值 ， f = 2 0 5 MP a 。 则 ： N ( X A) + M w W = 2 5 6 5 X 1 0 0 0 ( 0 8 2 9 X 4 8 9 ) + O 0 9 61 0 0 0 1 5 0 8 = 8 2 1 7 ( MP a ) f = 2 0 5 MP a 。 ( 2 ) 经过验算 ， 说 明立杆满足稳定性要求 。 4 1 3 横向水平杆( 小横杆) 验算 ( 1 ) 钢管立柱的纵向间距为 0 6 m， 横向间距为 0 6 m， 因此小横杆计算跨径 1 = 0 6 m 。 ( 2 ) 在顺 桥 向的混 凝土 重量 为 ： g l = X A1 X 0 6 = 2 6 X 1 5 X 1 X 0 6 = 2 3 4 0 ( k N m) 。 箱梁模板 自重 ， 施工人员、 施工材料和机具荷 载 和振 捣混凝 土产 生 的荷 载分别 取 值为 q 2 ， q 3 ， q 4 。则 g 2 = ( q 2 + q 3 + q 4 ) X 0 6 = ( 2 0 + 2 5 + 2 0 ) X 0 6 = 3 9 0 ( k N m) 。 横桥 向作用在小横杆 的均布荷载为 ： g = g l + g 2 = 2 3 4 0 + 3 9 0 = 2 7 3 0( k N m) 。 弯 曲 强 度 ： 13 = g 1 2 l O W= 2 7 3 0 X 6 0 0 6 0 0 ( 1 0 X 5 0 7 8 1 0 ) = 1 9 3 5 4 ( MP a ) 盯 = 2 1 5 MP a 。 抗弯刚度 ： f = q P ( 1 5 0 E I ) - ：2 7 3 0 6 0 0 4 ( 1 5 0 X 2 1 1 0 X 1 2 1 51 0 ) = 0 9 2 ( r n m) f 】 = 3 mm。 ( 3 ) 经验算 ， 小横杆满足强度 、 刚度要求 。 4 1 4 纵 向水 平杆( 大横杆 ) 验算 ( 1 ) 此区段立杆纵 向间距 为 0 6 m， 因此大横杆 的计算跨径为0 6 m， 按照三跨连续梁进行计算。 ( 2 ) 由小横杆传递的集中力 F = g l X 0 5 = 2 7 3 0 X 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 4 桥梁结构 城市道桥与防洪 2 0 1 2 年9 月第9 期 0 6 X 0 5 = 8 1 9 ( k N) 。 用小横杆传递 的最大反力 ，在最不利位置布 置 ，计算其 最大 弯矩值 Mm a x = O 2 F 1 = 0 2 X 8 1 9 X 0 6 = 0 4 9 ( k N m) 。 弯 曲强度 ： o= M m a x W= O 4 9 X 1 0 6 ( 5 0 7 8 1 0 3 ) = 1 9 3 O O MP a 1 3 。 ( 2 ) 经过验算 ， 说明立杆满足强度要求 。 4 2 2 一般结构区立杆稳定性验算 ( 1 ) 模 板支架 的稳 定性计 算公 式为 ： N ( 中 X A) + Mw f 式中： M w 计算立杆段有风荷载设计值产生的 弯矩 ， 根据 建筑结构荷载规范 计算 为 0 0 9 6 k N m； f -一钢材抗压强度设计值 ， f = 2 0 5 MP a 。 贝 0 ： N ( c I , A) + Mw W = 3 6 1 2 X 1 0 0 0 ( 0 8 2 9 x 4 8 9 ) + 0 0 9 6 X 1 0 0 0 5 0 8 = 1 0 8 0 0 ( MP a ) f - 2 0 5 MP a 。 ( 2 ) 经过验算 ， 说 明立杆满足稳定性要求 。 4 2 3 纵 、 横 向水平杆( 大 、 小横杆 ) 验算 按照墩顶( 梁端 ) 区支架验算中纵 、 横向水平 杆验 算的方法 ， 验算得一般结构 区纵 、 横 向水平杆 ( 大、 小横杆) 强度和刚度均满足要求。 4 2 4 结论 一 般结构 区立杆 、 大 、 小横杆 满足强度 、 刚度 及稳定性要求 。 5 方木验算 5 1 墩顶区底模下横桥 向方木( 小楞 ) 验算 5 1 1 受力分析 小楞采用 1 0(3 m x 1 0 e m方木。按墩顶截 面处 1 8 m范围内进行受力分析 ， 方木横桥 向跨度 L = 6 0 e m进行验算 ， 受力简图如 图 2所示。 图 2 横桥方 向方 木( 小楞 ) 受力简图 5 1 2 方木间距计算 方 木 材 质 为 杉 木 ， 【 ow 】 = 1 1 MP a ， 盯 T 】 ： 1 7 MPa。 E= 9 0 0 0 MPa。 q = ( q 1 + q 2 + q 3 + q 4 ) X B = ( 4 9 5 4 + 2 0 + 2 5 + 2 0 ) X 1 8 = 1 0 0 8 7 ( k N m) M= q L Z 8 = I O 0 8 70 6O 6 8 = 4 5 4 ( k N m) W= ( b X h z ) ， 6 = ( 0 1 X 0 1 X 0 1 ) 6 = 0 0 0 0 1 6 7 m 贝 0 ： n = M( w 17 w 】 ) = 4 5 4 ( 0 0 0 0 1 ：6 7 x 1 1 0 0 0 X 0 8 ) = 3 O 9 ( 取整数 n = 4根 ) d = B ( n 一 1 ) = 1 8 3 = 0 6 ( m) 注： 0 - 8 为方木的不均匀折减系数。 经计 算 ，方木间距小于 0 6 m均可 以满足要 求 ， 实际施工 中为满足底模板受力要求 ， 方 木间距 d取 0 2 5 m。则 n = 8根。 5 1 3 方木挠度验算 方木的惯性矩 ： I = ( b h ) 1 2 = ( 0 1 X 0 1 3 ) 1 2 = 8 3 31 0 ( m 4 ) 。 则方木最大挠度 ： F m a x = ( 5 3 8 4 )【 ( q L 4 ) ( E I ) ： ( 5 3 8 4 )X ( 1 0 0 8 70 6 4 ) ( 8 91 0 8 3 31 0 0 8 ) = 3 51 0 ( m) 1 4 0 0 = 0 6 4 0 0 = 1 5 X 1 0 。 ( m) 。 挠度验 算满足要求 。 5 1 4 方木抗剪验算 盯 = ( 1 2 ) ( q L) ( n A) = ( 1 2 ) X( 1 0 0 8 7 X 0 6 ) ( 80 1 X 0 1 X 0 8 ) = 0 4 7 3 M P a 【 下 = 1 7 MP a 。 抗剪验算满足要求 。 5 1 5 结论 横桥向方木( 小楞) 满足强度和刚度要求。 5 2 墩顶区立杆顶托上顺桥向方木( 大楞 ) 验算 5 2 1 受力简图( 见 图 3) 图 3 顺桥 方木( 大楞 ) 受力简 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 9月第 9 期 城 市道桥 与防洪 桥梁结构 1 1 5 5 2 2 方木间距 要求。 立杆 可调顶 托上 设置 1 5 c m1 5 e m 方木 大 楞 ， 间距按 照立杆布置 。 5 2 3 方木抗弯计算 P = L q n = L( q l + q 2 + q 3 + q 4 ) B n = 0 6( 4 9 5 4 + 2 0 + 2 5 + 2 0 ) 1 8 8 = 7 5 7 ( k N) Mm a x = ( a l + a 2 ) p = ( 0 3 + 0 0 5 ) 7 5 7 = 2 6 5 ( k N m) W= ( b h ) 6 ： ( 0 1 50 1 5 ) 6 = 5 61 0 ( I 13 。 ) 。 8= Mm a x W= 2 6 5 ( 5 6 x 1 0 _ 4 ) = 4 7 4 ( MP a ) 8 w 】 = 1 1 MP a。抗弯验算满足要求。 5 2 4 方木抗剪计算 V ma x = 3 P 2 = ( 37 5 7 ) 2 = 1 1 3 6 ( k N) 仃 下 = ( 3 2 ) V ma x A = ( 3 2 )1 1 3 6 ( 0 1 5 0 1 5 ) = O 7 5 7( MP a ) 叮下】 = 1 7 MP a 。抗剪验算满 足要求 。 5 2 5 方木挠度计算 方 木 的 惯 性 矩 I = ( b h ) 1 2 = ( 0 1 50 1 5 3 ) 1 2 = 4 21 0 5 ( i n ) 。 则方木的最大挠度 ： F m a x = p L 3 ( 4 8 E I ) + a P ( 3 L 2 _ 4 a 2 ) 2 4 E I = 7 5 7 0 6 3 ( 4 891 0 6 4 21 0 _ 5 ) + 0 0 57 5 7( 3 0 6 2 _ 4O 0 5 2 ) ( 2 491 0 4 21 0 1 ： 1 3 51 0 - 4 ( m) 1 4 0 0 = 0 6 4 0 0 = 1 51 0 ( m) 。 5 2 6 结论 墩顶 区立杆顶托上顺 桥 向方木 ( 大楞 ) 满足强 度和刚度要求 。 5 3 小结 按照上述验算方法 ， 对 一般结构区的纵 、 横 向 方木( 大 、 小楞 ) 进行验算 ， 结果均满足强度和刚度 6 地基承载力验算 用机械清除表层耕质 土 、 有机 土和淤泥 ， 整平 并压实 ， 保证地基密实度达到 9 3 以上。然后铺筑 1 5 c m水泥稳定石屑 ，上层浇筑 1 0 c mC 1 5混凝土 硬化。处理后地基承载力达到 2 0 0 k P a以上。支架 地基外两侧设置 5 0 a m5 0 e m临时排水沟。 墩顶 ( 梁端 ) 区为最不利 荷载 区 ， 以此 区域立 杆地基承载力进行验算 。按 P = N ( a + 2 h ) z 计算。 式中 ： N 为支架单根立杆传至基础顶面轴心力 ； a为立杆底座边长 a = 1 5 c m； h 水泥混凝土与水泥稳定石屑厚度之和。 则 ： P = N ( a + 2 h ) = 2 5 6 5 ( 0 1 5 + 20 2 5 ) 2 = 6 0 7 1 ( k P a ) ， 取安 全系数 为 1 5 ， 则 P = 6 0 7 11 5 = 9 1 0 7 ( k P a ) f k = 2 0 0 k P a 。 经过计算 ， 处理后 的地基满足承载力的要求 。 7 总结 通过对 引桥满 堂式支架 的强度 、刚度和稳定 性验算 ， 证明以上支架满足强度 、 刚度和稳定性的 要求 ， 并使现场施 工得 以顺利进行 ， 保证 了工程的 安全 、 质量和进度 。 参 考文献 1 】 周水兴， 何兆益， 邹毅松， 等编著 路桥施工计算手册【 M 】 北京 ： 人 民交通 出版社 2 】 交通 部第一公路 工程总公 司 公路桥 涵施工 手册【 M】 北京 ： 人 民 交通 出版 社 【 3 建筑结 构荷载规 范【 S ( 上接 第 1 1 1页 ) 数值方法， 分析了季节性河流桥梁施工临时结构在 不同设计状态下的抗洪性能 ， 并比较了不同布置形 式钢管桩基础在水流力作用下的结构响应。 从钢管 桩的强度 、 稳定性和桩顶侧 向位移结果发现 ， 斜 桩 布置形式在抵抗以水流力为主的侧 向力最为有效 ， 而直桩布置形式的效果最差， 钢管应力水平和桩顶 侧 向位移指标远高于斜桩布置形式 。可见 ， 在位于 深水区的单排双柱式钢管桩不宜采用直桩布置形 式 。而对于直 +斜桩组合布置形式 ， 各设计状态下 钢管应力、 稳定性和桩顶侧向位移均介于前两种方 案之间， 并满足设计要求。可见 ， 在施工条件受限 时， 可采用直 + 斜桩组合布置形式钢管桩。 参考 文献 【 1 】 严正庭 ， 等 最 新钢结 构实 用设计 手册 【 M】 南 宁 ： 广西科 学技 术 出版社 【 2 】黄绍 金 ， 刘 陌生 装 配式公 路钢桥 多用 途使 作手册 【 M 北 京 ： 人 民交通 出版 社 【 3 】刖 2 1 5 9 8 ， 港 口工 程荷载规 范【 S 】 【 4 】董锋 ， 杨富发 江肇 高速公路 西江特 大桥 季节性 河流桥 梁施 工 临时结构设 计 【 J 公 路交 通科技 ( 应 用技 术版 ) ， 2 0 1 0 ， ( 1 1 ) ： 2 8 4 2 8 6 【 5 】 覃勇刚 杭州湾跨海大桥南岸超长栈桥设计研究【 D 南京 ： 东 南 大学 ， 2 0 0 6 【 6 】 李学民 杭州湾大桥南岸超长找桥设计参数选取与结构方案 研究【 D 】 成都 ： 西南交通大学， 2 0 0 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m