一、工程概述
江阴市海港大道施工A标段起点位于滨江路南侧,终于规划紫金路北侧,总长5km。路线主要控制点有:滨江路、芙蓉大道、移山河。本项目采用双向六车道一级公路标准建设。本标段主要工程包括大桥3座,总长度3032.53米;中桥2座,总长度108.12米;空心板共180片;现浇箱梁共101孔。
现浇箱梁起点桩号为K0+404.636(H0#),终点桩号为K3+248.266(H89#)。箱梁标准顶面宽度为26.5m,底板宽度为17.628m,标准梁高2m,顶板厚25cm,底板标准厚度22cm,墩顶位置渐变到40cm,腹板标准厚度为40cm,墩顶位置渐变到70cm,悬臂长度3.6m,边腹板倾角为60°。根据桥梁结构形式,现浇箱梁采用型钢梁柱式支架进行施工。
标准箱梁横断面示意图
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二、型钢梁柱式支架概述 支架设计以第二联为基准进行。
第二联箱梁顶面宽度26.5m,跨径30m,标准梁高2m,桥面设计标高11.781~13.481m。
支架结构从下到上依次为:压实的地基(>165Kpa)、混凝土基础(400㎝×400㎝×50㎝)、型钢支墩(200×150H钢加工的定尺片状支架300㎝×200㎝,两片之间利用平撑、斜撑连接形成井字架单元,立杆材质为Q345)、砂筒(工作高度30cm)、横梁(HN500×200)、贝雷梁(1.5m×3m)、方木(10cm×10cm)、模板(底模为15mm竹胶板,侧模为定型钢模)。
支架搭设时首先对临时墩位置原地面进行基础处理,其上放置400cm见方、厚度50cm的C25混凝土预制块。预制块顶部安放型钢井字架单元。型钢支架顶部安放砂筒,用以落架,砂筒内装填干砂。砂筒上面放置横桥向HN500×200型钢,型钢长度26.5米(随箱梁宽度变化)。在型钢上面放置纵向321军用贝雷梁片。
贝雷梁顶面以30cm间距排布10cm×10cm方木,在方木上铺设15mm竹胶板作为底模;外模板统一采用钢木结合模板(面板为竹胶板,框架为型钢构造),单块长度3m,纵向移动时利用纵移小车人工牵引;内模采用木模。
三、型钢梁柱式支架布置
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箱梁支架纵断面示意图
跨中箱梁支架横断面示意图
墩顶箱梁支架横断面示意图
四、支架内力验算
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第二联箱梁顶面宽度26.5m,跨径30m,标准梁高2m,桥面设计标高11.781~13.481m,两边墩墩顶纵向宽度为2.8m,中墩墩顶纵向宽度为1.6m。
1、计算数据 1)底模板和方木:
0.5 KN/m2(竹胶板容重5KN/m3, 材质为落叶松的方木容重7.5KN/m3 《桥梁施工工程师手册》第171页)
2)纵向贝雷梁:1KN/m 3)钢箱1200×600:4KN/m HN500×200:0.89 KN/m 4)外侧模及内模自重:15KN/m
5)临时荷载(施工荷载及人群荷载):模板计算时按2.5KN/m2
考虑,支架计算时按1 KN/m2考虑
6)水平风荷载WK1K2K3K4W0=1.00.81.081.40550=665.3N/m2 7)混凝土比重:24 KN/m3
8)设计依据:按照正常使用极限状态进行设计,考虑荷载效应的标准组合。
2、竹胶板验算
拟选用15mm竹胶板作为底模,竹胶板下方木按中心间距30cm布设,竹胶板规格:1.22m×2.44m×15㎜。根据竹胶板生产厂家提供检验报告,静曲强度在湿状使用条件下纵向42MPa,横向31MPa,采用31MPa作为竹胶板力学性能。
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计算分析:计算宽度取0.1m,方木间距取30cm(即竹胶板计算跨径取30cm),按八等跨连续梁进行计算。(以腹板下荷载为控制标准)
均布荷载 q=(2×24+2.5)×0.1=5.1KN/m 根据MDT计算
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最大弯应力:σ= 12.93MPa<[σ] =31Mpa
15mm竹胶板满足使用要求。 3、方木验算
拟选用10㎝×10㎝方木作为底模横梁,方木按中心间距30cm布设,方木下支撑贝雷梁按1.2m间距布设。
方木规格:10cm×10cm×6m
计算分析:计算宽度取0.3m,纵梁间距取1.2m(即方木计算跨径取1.2m),按五等跨连续梁进行计算。(以腹板下荷载为控制标准)
均布荷载 q=(2×24+0.5+2.5)×0.3=15.3KN/m 根据MDT计算
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最大弯应力:σ= 13.9MPa<[σ] =14.5Mpa 满足使用要求。
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4、纵向贝雷梁验算
选用贝雷(1.5m×3m)作为纵向主梁,箱梁跨径30m,中间墩墩柱宽度1.6m,中间及墩顶临时墩牛腿支架宽度3m,则纵向主梁的实际跨径为12m,纵向贝雷梁两片一组,片与片之间间距为0.9m,组与组间距1.2m,腹板位置加密到0.9m。
4#~5#墩跨中横断面图
以4#、5#墩跨中断面为计算依据。
计算分析:计算宽度取1m(平均宽度),按简支梁进行计算。(以底板平均荷载进行验算,腹板位置进行加密布设)
跨中断面箱梁截面面积为21.45m2,砼自比重按ρ=24KN/m3来计算,箱梁底板宽度为17.6m,则纵向每延米箱梁自重平均荷载为:29.2KN/m2。
均布荷载q=(29.2+0.5+1+2.5)×1=33.2KN/m
则最大弯矩:M=(1/8 )ql2=(1/8)×33.2×122=597.6KN.m 最大剪力:Q=ql/2=33.2×12/2=199.2KN 贝雷梁的力学特性为:
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容许弯矩[M]=975 KN.m 容许剪力[Q]=245 KN M=597.6KN. m〈[M]=975 KN.m Q=199.2KN〈[Q]=245 KN
纵向主梁选用贝雷梁满足使用要求。 5、横梁验算 1)跨中位置横梁验算
拟选用HN500X200型钢作为横梁,箱梁跨径30m,每跨墩顶、跨中共布设4根横梁,则每根横梁的计算宽度取7.5m。
对主线桥4#~5#跨中进行横梁验算。
底板范围均布荷载 q1=(25.3+0.5)×7.5=193.5KN/m 翼缘部分均布荷载 q2=(11.4+0.5)×7.5=89.3KN/m 贝雷荷载 q3=7.5KN/m 模板荷载 q4=7.5KN/m 经MDT计算:
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最大弯应力 :σ=111.8MPa<1.3[σ] =188.5Mpa满足要求。(临时结构容许应力提高1.3倍系数)
跨中横梁选用HN500×200满足使用要求。 2)墩柱位置下横梁验算
墩柱位置采用两层横梁结构,承台顶采用120×60cm钢箱作为底横梁,横梁顶按照跨中布置设置型钢支架。故墩柱位置仅需对下横梁进行验算即可。
下横梁为120×60cm钢箱,由跨中横梁验算可知,下横梁受型钢支架支腿的反力作用,受力计算如下:
根据MDT计算
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最大弯应力 :σ=M/W=148.9MPa<1.3[σ] =188.5Mpa满足要求。 墩顶下横梁选用钢箱满足使用要求。 上横梁设置同跨中横梁,受力满足要求。 6、竖向支撑验算(稳定性验算)
根据横梁验算的支点反力,可知立柱需提供的最大支反力为626000KN,200×150H(Q345)钢作为立柱,四根立柱之间设置连接,支架立柱无自由长度。
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则立柱的压应力σ=N/A=626×103/39.76=157.4MPa<1.3[σ] =234Mpa
满足要求。
7、地基承载力验算(稳定性验算) (1)墩顶位置
墩顶位置钢管直接支撑在承台顶面,故承载力无需进行验算。 (2)跨中位置
由横梁验算可知,单根型钢立柱最大支反力为626KN,保留一定的安全系数,取650KN。
a、地势平坦地段
支架基础采用C25钢筋混凝土预制块,每临时墩四根支腿下采用6块1.5m×3m的预制块,基础布置如下图,
则地基承载力为
P=F/A=650×4×103÷6000÷5500=78.8KPa,取80KPa
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考虑到预制块的吊装周转方便,预制块内利用圆钢设置吊鼻。 b、沟塘地段
其中第五联、第十四联、第二十七联箱梁跨中支架位于池塘位置,采用常规方式处理基础,处理深度过大,效果难以保证,故采取打设素混凝土钻孔桩的方式来进行地基处理,桩径0.6m,桩长25m。每个支墩下打设两根素混凝土桩。单桩容许承载力为130t。
以41#墩位置处地质情况进行计算。
计算公式:
P1n1.5UiliAm00k22(h3)
i1式中:
P—单桩轴向受压容许承载力
U—桩的周长
l—桩在局部冲刷线以下的长度
A—桩底截面面积
n—土的层数
li—局部冲刷线以下各层土的厚度
i—与li对应的各土层与桩壁的极限摩阻力
0—桩尖处的容许承载力
h—桩尖埋置深度
k2—地基土容许承载力随深度的修正系数 2—桩尖以上土的容重
—修正系数
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m0—清底系数
则:
P13.140.6(5.5252359.540860)1.53.140.320.70.722401.01.34(253)138t
满足地基承载力需求。
地质参数表
序1 2 3 4 5 6 7 8 9 111111土层1-1 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-4 4-1 4-2 4-3 5 6-1A 6-2 6-4 土层类别 杂填土 粉质粘土 淤泥质粉质粉土 粉土夹粉质粘土 粉土夹粉质粉质粘土 粉细砂 粉细砂 粉砂夹粉土 粉土夹粉质粉质粘土 粉质粘土 粉质粘土夹桩尖容许承/ 130 80 90 110 220 140 180 160 240 140 100 200 180 140 桩侧摩/ 30 20 25 28 55 35 50 40 60 35 25 55 50 35
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