悬臂浇筑连续梁O号梁段现浇模板支架施工技术方案

2023-02-12

一、工程概况

江山港特大桥全长5569.065m。其中第135~138孔跨越江山港河道, 为一联主跨 (60+2×100+60) m连续梁。主跨2x100m连续梁主墩承台尺寸为长14.2m×宽14.2m×高4m;边墩承台结构尺寸为长11.6m×宽10.6m×高3m, 圆柱型桥墩高度为13~17m。

连续梁为后张预应力钢筋混凝土单箱单室、变高度、变截面连续梁。箱梁顶宽12.0m, 箱梁底宽6.7m, 顶板厚度45cm;腹板厚50cm、80cm, 按折线变化;底板厚度由跨中的50cm按圆曲线变化至中支点梁根部的100cm, 中支点处加厚至150cm。

防护墙内侧净宽8.8m, 桥上人行道钢栏杆内侧净宽11.9m, 梁顶面宽12.0m, 桥梁建筑总宽度12.28m。

梁部全长321.5m, 计算跨度60+2x100+60m, 中支点处梁高7.85m, 跨中2m直线段及边跨9.75m直线段梁高4.85m, 中支点处梁高为7.85m, 梁高按圆曲线变化, 圆曲线半径R=377.542m, 边支座中心线至梁端0.75m。

江山港施工期汇水面积F=1946km2, 流量Q1%=4879.0m3/s, 百年水位H1%=67.14m, 施工水位H10%=65.22m, 流速V1%=3.60m/s。

O号梁段采用支架浇筑施工方案。

二、拟定模板支撑架结构

本桥O号梁段模板支撑架, 拟采用直径φ300mm、壁厚10mm螺旋焊接钢管;支撑横梁采用I45b型工字钢, 顶层横向分配梁拟采用I28b型工字钢。型钢材质均采用国标Q235钢材。抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=205MPa, 抗剪强度设计值fv=120MPa。结构如图1所示。

三、支架设计计算荷载

(一) 、计算主结构恒载

1、计算支撑段横截面积

O号梁段悬出墩身355cm, 需要计算1-1和2-2横断面面积。

1-1横断面:A1=26.96m2;2-2横断面:A2=21.80m2;

平均面积为:A=24.3843m2。

2、计算主结构荷载

混凝土重度按26KN/m3记取。

墩外支撑部分梁段重Q1=26 (A1+A2) L/2=2217KN。

(二) 、估算临时结构恒载

支架及模板临时荷载Q2=20%Q1=443KN (按主结构20%经验估算) ;

(三) 、计算人机活载

支撑部分箱梁顶面面积A=12×3.55=42.6m2。

施工人员及设备荷载标准值 (Q3) 按均布活载取1.0KN/m2;

人机活载Q3=42.6KN。

(四) 、计算混凝土灌注冲击活载

浇筑和振捣混凝土时产生的荷载标准值 (Q4) 可采用1.0KN m2。浇筑混凝土冲击荷载标准值取0.5KN/m2.Q4=21.3KN。

(五) 、荷载组合

支架上全部荷载Q=1.2 (Q1+Q2) +1.4 (Q3+Q4) =3281KN。

(六) 、计算支撑柱荷载

1、计算支撑梁段重心

如图3所示, 求得:

2、计算主结构分劈荷载

如图3所示, 2R1为墩身两个支点荷载, 2R2为支撑柱两个支点荷载。

求得:墩上单支点荷载R 1=7 8 8 K N;单根支撑柱荷载R2=853KN。

四、结构强度、刚度、稳定性验算

杆件强度安全系数K=1.3。

1、N1——支架柱支撑能力检算

支撑柱φ300mm、壁厚10mm螺旋焊管, 其截面特性:A=91cm2, 横截面惯性矩I=9584cm4。

本墩墩高14m, 支撑柱高h=13.5m。按两端铰接结构形式计算。

支撑柱支撑能力;长杆、短杆比较, 按长杆核算。

截面回转半径r=10.26cm, 长细比λ=132, 查C类特征截面, 对应长细比折减系数φ=0.42。

支撑柱允许承载力P=ψ[P]=457KN,

调整:将支撑柱高h=13.5m中间等距增设一道横联杆件与墩身约束, 支撑柱自由受压高度h=6.75m, 长细比λ=66, 查C类特征截面, 对应长细比折减系数φ=0.82。

此时支撑杆已经由长杆, 转变为短杆。

支撑柱允许承载力P=ψ[P]=0.82×2235=1833, >R2=853KN。安全系数K=2.1, >1.3, 不满足要求。

2、N2——I45b工字钢支撑梁荷载

(1) 、计算荷载

纵梁支撑长度3.55m, 两支点之间跨度L=3.0m。

为简化计算, 纵向分布荷载按均布荷载计算。

(2) 、纵梁承载能力

每根纵梁采用3拼I45b工字钢。2根组合梁惯性矩∑Ix=202400cm4, ∑A=666cm2, 梁长355cm, 支撑跨度300cm。

N4梁受力如图4所示, 求得N4最大弯矩值:

最大正弯矩M1=13230000kg-cm;柱顶负弯矩M2=-1397550kgcm。

最大弯曲拉应力:σ=147.1Mpa<[σ]=205Mpa, 安全系数K=1.39, 满足要求。

最大剪切应力:τ=25.6 Mpa<[τ]=120Mpa, 满足要求;

最大挠度:f=2.3mm

3、N3——横向分布工字钢梁

(1) 、计算荷载

横向分配梁N3支点跨距为580cm, 所支撑的梁段面积荷载 (平均面积) 如图5所示。

根据图5所示, 以主结构荷载计算分配梁N3的跨中最大正弯矩和支点最大负弯矩为:

跨中:Mmax=4091071kg-cm;计算荷载Mmax=6054785kgcm;

支点:Mmin=-2152029kg-cm。计算荷载Mmin=-3185003kgcm。

备注:计算荷载是主结构荷载的α=3281/2217=1.48

(2) 、拟定采用I28b工字钢, 计算所需根数n

I28b工字钢截面特征:I1=7480cm4, A1=61cm2;

弯曲应力安全系数K=1.3。

假设需要n根, 以跨中最大正弯矩为对象, 按弯曲拉应力法则推算:

取8根。布置间距La=50cm。

式中:k=1.3, y=14cm, f=205MPa。M=6054785kg-cm。

(3) 、验算N3的抗弯能力

合计惯性矩∑I x=8 I 1=5 9 8 4 0 c m 4, 合计横截面积∑A=8A1=488cm2.

最大弯曲拉应力:σ=141.7Mpa<[σ]=205Mpa, 满足要求;

最大剪切应力:τ=33.6Mpa<[τ]=120Mpa, 满足要求;

横截面是不规则的匀均布荷载, 假设跨中均布荷载q=1。

当单位均布荷载作用时:荷载简图为

其最大弯矩为:, 跨中挠度;

式中:L=300cm。I=59840cm4.

按均布荷载q=1的比例推算实际跨中挠度为:小于允许下挠度【ω】=L/500=11.6mm, 满足要求。

4、墩上牛腿承载能力

(1) 、每个支撑牛腿安装6根φ32mm精轧螺纹锚固栓。精轧螺纹标准强度[σ]=830MPa (型号PSB830) 。

每个支点抗剪切能力:T=0.7n A[τ]=1541KN大于R1=788KN, 满足要求。0.7为精轧螺纹受剪力不均衡及受拉附加系数。

(2) 、3拼I45b工字钢支撑梁与锚板焊缝能力

每个牛腿焊缝总长度L>200cm, 角焊缝焊缝高度h=20mm。

焊缝抗剪能力:T=0.75Lh[fv]=4800KN, 大于R1=488KN, 满足要求。

5、与墩身链接杆件

按照《钢结构设计规范》的计算公式, 增加水平横撑的承载能力应满足要求。

钢管支撑柱的理论承载力为Fcr=P=1833KN, 增加一道横撑, m=1。横撑支撑能力应满足F=31KN。选择直径φ80mm、壁厚5mm钢管, 其截面特征:横截面积A=11.78cm2, 截面惯性矩I=83.2cm4, 回转半径i=2.66cm, 短柱截面支撑力F=241KN, 大于F=31KN。

斜撑最长为L=650cm, 长细比λ=245, 不大于250, 满足要求。