浅谈盖梁施工方法的选择与计算

1 工程概述

灌云县龙苴大桥主桥采用跨径为62m下承式钢筋混凝土系杆拱桥, 北引桥采用5跨20m空心板, 南引桥为5跨20m现浇箱梁。主墩下部为直径2m圆形墩身、方形承台连接桩基, 引桥桥墩为桩柱式桥墩。

2方案比选

本项目原计划盖梁采用工艺较为成熟抱箍法进行施工。但主墩立柱直径较大, 在项目所属地较为罕见, 如采用抱箍法, 则需另行加工直径2m的抱箍, 既增加了成本又耽误了工期。

考虑到主桥拱肋及引桥现浇箱梁施工所用的钢管桩、贝雷及Φ48×3.0碗扣支架均已进场。本着经济、可靠的原则, 主墩盖梁最终选择钢管桩基础及贝雷支架进行施工, 且在主墩盖梁支架设计中, 综合考虑主桥拱肋施工支架的要求, 既主墩盖梁施工完毕后, 支架可继续用于主桥拱肋施工的支架;引桥盖梁采用碗扣支架法进行施工。

3支架设计

1 主墩盖梁支架设计

主墩盖梁在承台上设置的钢管桩, 立柱内侧钢管桩上顺桥向用四拼I40工字钢连接成整体, 立柱外侧钢管桩上用双拼I40工字钢连接成整体。工字钢上顺两立柱轴线上搭设双层11路贝雷梁, 贝雷上顺桥向按30cm间距铺设15cm×15cm木方, 其上再顺立柱轴向铺设8.5cm×8.5cm木方, 间距同为30cm。在15cm×15cm木方与8.5cm×8.5cm木方之间设置4cm用于卸落的木楔。8.5cm×8.5cm木方上铺设1.5cm厚竹胶板作为工作平台。详见下图:

2 引桥盖梁支架设计采用Φ48×3.0mm碗扣碗扣支架法进行施工, 支架施工前先对原地面进行夯实, 再浇筑10cm的C20混凝土进行硬化。碗扣支架横杆步距纵横向均为60cm, 立杆顶部安装可调节顶托, 立杆底部支立在支架基础上的3cm厚木垫板上, 以确保地基均衡受力。顶部顶托上垂直桥向铺15cm*15cm木方, 其上再顺桥向铺设8.5cm*8.5cm木方, 然后再铺设1.5cm竹胶板。立杆可根据实际高度采用0.6m、1.2m、1.5m灵活搭设。详见下图:

4 支架计算

4.1 主墩支架验算

1荷载计算

钢筋砼重:G1=76m3*26KN/m3=1976KN

钢模自重:G2=4t*10=40KN

竹胶板及方木重量 (木材密度按0.6t/m3考虑) :

贝雷片单片270kg, 45cm支撑架单片21kg, 90cm两组支撑架单片33kg, 90cm三组支撑片42kg, 连接销3kg/个。

施工荷载 (含人员、设备及浇筑与振捣荷载) 按20KN考虑:G5=20KN

四拼I 4 0 b工字钢 (立柱间) :G 6=7 3.8 4 K G/m*5.3m*8/1000*10=31.31KN

2支架验算

(1) 贝雷架验算

按验算最不利原则, 假定立柱轴线两侧两路贝雷片不受荷载, 荷载全部由中间两路三排双层的贝雷片均布承担, 长9m, 则q=G/l=2796.7/9=310.74KN/m。简化计算模型, 以8.1m跨的贝雷片作为简支梁验算, 最大剪力、最大弯矩及最大挠度均发生在跨中。

三排双层贝雷纵梁的弹性模量E=2.1×105 M Pa;惯性矩I=3222883.2cm4;抗弯模量W=22226.8cm3。

可见贝雷支架安全可行。

(2) 四拼工字钢验算

I40b的工字钢弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=22781cm4;截面抵抗矩W=1139cm3, 截面积为111.4cm2。

则单侧工字钢承担荷载:G单侧=2834.27/2=1417.14KN

由于单侧荷载作用点较为均匀, 可认为单侧工字钢承担均布荷载

本次仅需验算单跨安全性即可, 取左侧1.9m跨作为计算对象, 则其最大剪力、最大弯矩及最大挠度均发生在跨中:

经验算主墩盖梁支架安全可靠, 方案可以指导实际施工。

4.2 引桥支架验算

按验算最不利原则, 选取最高的盖梁支架作为验算对象。该墩盖梁高4.04m, 支架结构采用KTZ-45可调底座+1.2m立杆+1.2m立杆+KTC-45可调托撑, 立杆纵横向间距均为0.6m。

1荷载计算

(1) 盖梁自重

每平方米荷载=553.8/ (10.6*1.65) =31.66KN/m2

碗扣支架纵横向间距均为0.6m, 则:

(2) 模板、方木的自重

模板自重 (按0.5KN/m2考虑) 为:

(3) 立杆的自重

立杆每米3.33kg/m, 平均高度按3.6m计算

经计算得到静荷载NG=NG1+NG2+NG3=11.4+0.18+0.44=12.02KN。

(4) 活荷载

(5) 荷载组合

2碗扣支架应力计算

支架采用碗扣支架为Φ48×3.0钢管, A=4.24cm2, Ix=10.8cm4, Wx=4.49 cm3, 回旋半径rx=1.595cm。

可计算钢管的最大应力值:

结论:经验算支架抗压强度满足规范、设计要求。

3立杆的稳定性计算 (不考虑风荷载)

支架采用碗扣支架为Φ48×3.0钢管, A=4.24cm2, Ix=10.8cm4, Wx=4.49 cm3, 回旋半径rx=1.595cm。

立杆最大高度1.2m, λ=L/rx=120/1.595=75<[λ]=230

查《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ166-2008) 附录E表得轴心受压杆件稳定系数ф=0.75, 则

结论:经验算拱肋支架稳定性满足规范、设计要求。

4立杆的稳定性计算 (考虑风荷载)

支架采用碗扣支架为Φ48×3.0钢管, A=4.24cm2, Ix=10.8cm4, Wx=4.49 cm3, 回旋半径rx=1.595cm。

μst----单排架无遮挡体型系数

η-----按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ166-2008) 取值0.97;

n-----支撑架相连立杆排数, 共计7排。

ωk----风荷载标准值 (KN/m2)

μz----风压高度变化系数, 按现行《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ166-2008) 附录D取值1.0;

μs----风荷载体型系数

ω0----基本风压 (k N/m2) , 按现行《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2012) 规定连云港100年重现期采用0.65 k N/m2。

Pr----风荷载作用下内外排立杆间横杆的支承力 (KN) ;

Mw----风荷载作用下单肢立杆弯矩 (KN˙m) ;

la----立杆纵距;

l0----立杆计算长度, 按《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》 (JGJ166-2008) 规定选择l0=h+2a=1.2+2*0.6=2.4m (h为立杆步距, a为立杆伸出顶层水平杆长度) ;

ωk----风荷载标准值 (KN/m2) 。

则立杆压弯承载力 (稳定性) 验算如下:

N----单肢立杆轴向力, 本次取值仍按15.94KN;

ф----轴心受压稳定系数, 取0.75

A----立杆截面面积

Mw----风荷载作用下单肢立杆弯矩 (KN˙m) ;

W----立杆抗弯模量。

结论:经验算支架抗压强度满足规范、设计要求。

5 结束语

盖梁施工的方法除本文谈到的抱箍法、支架法还有预留孔法等。最终方案的选择应根据现场的实际情况, 综合考虑安全、经济、工期等因素。方案确定后还需进行详细的计算, 才能确保方案的可靠性。

摘要：以灌云县龙苴大桥盖梁施工方法的选择与计算为例, 分析盖梁施工方案的选择应根据现场实际情况, 选取最经济、可靠的方案。重点介绍了盖梁支架的计算方法。

关键词：盖梁,支架,计算

参考文献

[1] 黄绍金, 刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].人民交通出版社, 2002

[2] 中华人民共和国住房与城乡建设部.建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范[M].2008

[3] 中华人民共和国住房与城乡建设部.建筑结构荷载规范[M].2012

[4] 周水兴, 何兆益, 邹毅松.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社, 2015