马尾河特大桥右线20孔现浇方案

0连霍高速公路(G30)西安~宝鸡改扩建虢镇东至潘家湾段右线K304+240.500马尾河特大桥第20孔匝道模板支撑架专项施工方案编制：陈进明中铁十七局集团第二工程有限公司2013年5月25日1连霍高速公路(G30)西安~宝鸡改扩建虢镇东至潘家湾段马尾河特大桥右线第20孔匝道模板支撑架专项施工方案一、工程概况及地质水文条件马尾河特大桥为西宝高速公路改扩建工程潘家湾枢纽立交重点工程，右线中线桩号为K304+240.500，最大桥高20米，共十三联，第七、第十二联上部构造为预应力混凝土现浇箱梁，其余上部构造为预应力混凝土连续箱梁，下部构造台为柱式台、肋板台桩基础，墩为柱式墩桩基础，桥梁总长1317.5m(3×31＋30×30＋3×25＋3×31＋6×25)。右线第20孔匝道为第七联预应力混凝土现浇梁第一跨，上跨马尾河，长30m。下部构造为柱式墩桩基础，柱径1.5m，高9m/13.5m。上部结构为七箱变截面预应力钢筋混凝土箱梁，梁高1.6m，梁宽26.61m/28.28m；顶板厚0.25m，底板厚0.2m。马尾河常年有水但流量受季节性影响比较大，每年7、8、9月为雨季，河流湍急，涨水较高，雨季过后水流较小。本跨地质主要以中密卵石为主，地表层1m为Q42al+pl硬塑粉质粘土(fa0=145～165KPa,qik=45～50KPa)，1～6m为Q42al+pl稍密漂石(fa0=700～750KPa,qik=195～200KPa)，6～26m为Q42al+pl中密卵石(fa0=600～700KPa,qik=160～170KPa)。二、施工方案概况本匝道设计方案采用支架现浇施工工法。根据中华人民共和国住房和城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》“建质[2009]87号”文要求，针对本桥现浇连续箱梁模板支撑架的结构编制专项施工技术方案。本方案编制的主要内容包括支撑柱、一次横向主梁、二次纵向主梁、三次横向分布梁、临时基础及其桁联稳定结构，以大跨型钢支撑架为设计对象。本孔30m梁，扣除墩身、盖梁尺寸后支撑架长度剩余28.25m，模板支撑架跨度拟采用(820+900+900)cm三跨贝雷桁架连续梁。支撑架设计结构布置如图1所示。2图1马尾河特大桥第25孔匝道支撑架结构布置示意图本匝道现浇模板支撑架结构，计算支撑柱N1采用φ529×10mm钢管桩，其上一次横向主梁N2采用3I50b工字钢组合梁，再上纵向主梁N3采用普通型贝雷桁架梁，贝雷桁架梁之上横向分布梁N4采用I20b工字钢或3150×150mm方木。支撑柱基础采用250×250cm×125cm混凝土扩大基础。三、方案设计依据及参数1、马尾河特大桥下部结构设计图；2、马尾河特大桥上部结构设计图；3、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)；4、《钢结构设计规范》(GB50017—2003)；5、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；6、《路桥施工计算手册》7、钢材弹性模量E=2.1×105MPa；Q235钢材抗拉、抗压设计控制强度f=215Mpa，剪切强度fv=125Mpa；8、钢筋混凝土重度rc=26.5KN/m3；9、结构安全系数K=1.3，抗倾覆系数K=1.5；10、二次分配梁允许挠度[ω]=L/500(参考《桥规》推算)；11、恒载系数1.2，活载系数1.4。12、施工人员及机械活载按1KN/m2。(参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值)。13、模板重量q=3.0KN/m2。按满堂支撑架、外侧钢模板、芯模竹胶板、木框架，参考【JGJ162-2008】《建筑施工模板安全技术规范》取值。四、计算支撑架结构设计荷载根据本联连续梁的结构特征，箱梁实心高度随着空心变径变化，以致梁高相对不等，梁体重量沿桥梁纵向不均匀分布，因此造成支撑架结构设计荷载纵向分布差异较大。为满足结构设计计算方便、快捷需要，将上述非均匀线性荷载按支架支撑跨度进行局部区域条块分割，再按等面积法进行跨度换算满足荷载平均来计算，促使非均匀线性荷载的计算值与实际值差异更小，以达到支架结构安全、可靠。选取支撑位置后计算箱梁横断面积荷载，支撑点的计算横截面积位置如图1所示。4(一)、计算箱梁结构横断面面积箱梁结构恒载计算横断面面积如图2所示。图2箱梁结构恒载计算横断面示意图(单位:cm)各个横断面计算面积：A-A’=36.8m2；A-A=24.9m2；B-B=16.7m2。(二)、计算支撑架结构设计荷载1、A’至A段①、结构恒载：g1=(A-A/)×rc=975KN/m；②、支架重量：g2=15%g1=146KN/m(按结构恒载15%估算)；③、模板重量：g3=3.0×B=82KN/m；B全面宽取27.3m；④、活载：g4=1.0×B=27KN/m；⑤、荷载组合：q1=1.2(g1+g2+g3)+1.4g4=1481KN/m。设计荷载放大系数：K=1.52。2、(A-A)至(B-B)段①、结构恒载：g1=0.5[(A-A)+(B-B)]×rc=551KN/m；②、支架重量：g2=15%g1=83KN/m(按结构恒载15%估算)；5③、模板重量：g3=3.0×B=82KN/m；B全面宽取27.3m；④、活载：g4=1.0×B=27KN/m；⑤、荷载组合：q2=1.2(g1+g2+g3)+1.4g4=897KN/m。设计荷载放大系数：K=1.63。3、(B-B)段①、结构恒载：g1=(B-B)×rc=443KN/m；②、支架重量：g2=15%g1=66KN/m(按结构恒载15%估算)；③、模板重量：g3=3.0×B=82KN/m；B全面宽取27.3m；④、活载：g4=1.0×B=27KN/m；⑤、荷载组合：q3=1.2(g1+g2+g3)+1.4g4=747KN/m。设计荷载放大系数：K=1.69。(三)、绘制结构荷载简图1、支撑架实际荷载示意图——图3。2、支撑架区域条块分割及等面积跨度换算荷载示意图——图4。6五、支撑架结构内力计算1、求支座反力及弯矩以图4荷载为基准，根据静力计算公式计算各点支反力及弯矩如下：R1=747×1.59+747×9.41×0.4=3999KN；R2=747×9.41×0.6+747×9×0.5=7579KN；R3=747×9×0.5+747×10.36×0.6=8005KN；R4=747×10.36×0.4+747×1.38=4126KN。ML1=0.08×747×9.412=5292KN·mML2=0.025×747×92=1513KN·mML3=0.08×747×10.362=6414KN·mM1=-0.5×747×1.592=-944KN·mM2=-0.05×747×9.412-0.05×747×92=-6333KN·mM3=-0.05×747×92-0.05×747×10.362=-7034KN·mM4=-0.5×747×1.382=-711KN·m2、绘制结构内力简图——计算剪力及弯矩图5支撑架贝雷梁内力计算简图73、结构内力汇总表设计内力maxmin支反力(KN)R3=8005弯矩(KN-m)6414-7034剪力(KN)4644-4218六、支撑架结构设计1、支撑柱N1杆件1.1、选择支撑柱尺寸中孔支撑架R3处截面支撑分担的荷载最大8005KN，以其为设计对象，其它支撑柱参照此柱施工。每一横截面计划支撑5点，按等荷载分布设置，每一支撑柱分担支撑荷载为R=(R3)/4=1601KN。支撑柱拟采用直径Φ529mm、壁厚10mm钢管桩，其截面几何特征为：横截面积A=163cm2，横截面惯性矩I=54919cm4，回转半径i=18.35cm。支撑架安装高度安装以20号墩墩顶系梁底平齐为准，支撑柱最大受压高度约h=12m，受压长细比λ=65，属于短压杆，稳定系数ψ=0.71。支撑柱允许承压力：[][]2372,RAKN大于分担荷载R=1601KN,安全系数1.48，满足要求。1.2、布置支撑柱间距选取中间段有代表性的B—B横断面面积为基准，计算横断面荷载。整个横断面面积A=167243cm2，5点支撑，每点支撑面积为A1=33449cm2。按每份面积A1划界限，再求每份面积重心线，即支撑点位置。利用面积矩平衡法则求得支撑点布置间距为：(348+512+512+512+512+348)cm，其横断面荷载分布图及支撑点位置如图6所示。8图6标准横断面荷载示意图(单位:cm)2、一次横向分布主梁N22.1、N2主梁内力对应支撑点R3处N2横梁受载最大，以此处N2横梁为计算对象，其余N2横梁按此标准施工。N2横梁承受的最大荷载为R3=8005KN，依据图6计算N2横梁结构内力图，如图7所示。图7支撑架横梁N2内力计算简图2.2、N2主梁结构设计图7可知主梁最大弯矩Mmax=1085KN-m，最大剪力Tmax=873KN。一次横向主梁N2采用I50b工字钢梁，材质为Q235钢材。其几何特征指标为：横截面积A=129cm2,竖向惯性矩Ix=48556cm4,Ix/Sx=42.3cm，d=14mm。设计强度控制值[f]=215MPa,剪应力[fv]=125MPa。①、求所需根数n9由应力法求得：xnIyMmaxmax≤[f]=215MPa,n≥2.6根，取3根。②、剪力验算最大剪应力：)/(maxmaxSxIxndT=49.1MPa,安全系数K﹥1.3，满足要求。③、检算弯曲挠度N2横梁正弯矩远小于负弯矩，故验算外悬臂的下挠度。其外悬臂弯矩M=-1085KN-m，悬臂长L=348cm。假设外悬臂段作用单位荷载，其最大挠度：)(8141xnIEqL=5.99×10-3cm；单位荷载下的最大弯矩：弯矩2121qLM=6.06KN·m；由位移相似比例关系求得：PPMM11=10.7mm,稍大于允许扰度L/400=8.7mm，虽不满足要求，但根据施工经验，实际扰度均小于计算扰度，可以使用。3、二次纵向分布主梁N3纵向分布梁N3采用普通型贝雷桁架梁，最大弯矩Mmax=6414KN-m，最小弯矩Mmin=-7034KN-m，最大剪力Tmax=4644KN。①、贝雷桁架梁的物理几何指标贝雷桁架物理几何指标(根据交计发[1998]23号文)型号几何特性容许内力单排单层不加强型Ix(cm4)W(cm3)弯矩(kN·m)剪力(kN)250497.23578.5788.2245.210②、以抗剪能力计算所需贝雷梁数量n(片)所需贝雷桁架片数n=Tmax÷[T]=19(片)，为布置方便，取n=30排。公式中：[T]—为单排贝雷桁架梁抗剪能力，245.2KN/(排)。③、检算抗弯能力30排普通型贝雷桁架梁的总抵抗弯矩为：ΣM=n[M]=23646KN-m,大于最大负弯矩Mmax=-7034KN-m，满足要求。公式中：[M]—为单排贝雷桁架梁的抵抗弯矩内力，788.2KN-m/排。④、验算下弯挠度本支撑架在两边孔段下弯矩最大，最大弯矩为Mmax=6414KN-m，利用弯曲位移相似关系计算。假设在边孔L=900cm区间内作用一单位荷载q=1。则：单位荷载下的最大弯矩：M1=q(L2)/8=10.1KN·m；单位荷载下跌最大挠度)(384541xnIEqL=0.54×10-3cm；由位移相似比例求得：max11MMP=3.4mm。远小于允许弯曲挠度[ω]=L/500=19.5mm，满足要求。⑤、布置间距按照等面积分配法布置贝雷桁架间距，再以贝雷桁架的标准横撑尺寸进行微调，以确保每片贝雷桁架梁均匀受载。以箱梁横断面代表性的B—B横断面面积为计算基准，按图6横断面荷载图进行计算。贝雷片实际布置数量远大于计算数量，因七箱箱梁荷载较为特殊，采用贝雷桁架标准横撑较难布设，且受工期影响，不宜再加工60cm间距的11横撑，采用既有规格的标准横撑进行布设，共计设置贝雷片30片。整个横断面面积A=167243cm2，30片贝雷片支撑，每点支撑面积A1=5575cm2。每两排采用标准横撑连接，形成稳定的桁架体系，贝雷桁架标准横撑采用45cm、90c