长江大桥上横梁施工支架设计与施工[全面].doc

荆岳长江公路大 桥北索塔上横梁支架设计与施工1.工程概况 荆岳长江公路大 桥是主跨为816米的 双塔混合梁斜拉桥,其北塔(28＃墩)高达265.50米,为世界最高的 “H”型斜拉桥索塔.北索塔的 上横梁长、宽、高分别为29.5米、7.8米、7.6米.横梁断面为砼箱形构造,顺桥向与索塔塔柱同宽;顶、底板厚1.0米,腹板厚1.0米;内设两道厚0.8米的 横隔板,圆弧半径4米.具体构造见图1.图1 上横粱一般构造图 图2 上横粱效果图采用预应力砼结构,共设置48束22φs15.24预应力钢绞线,钢绞线标准强度 fpk=1860米pa,砼采用C50,共计965米3,总重为：2523t.2.施工方案 比选(1)上横梁支架选型上横梁支架均考虑空中少支架法施工,将上横梁砼自重通过支架传递给砼塔壁承受.根据上横梁的 结构特征,设计过程中拟定了 两种支架布置形式.①拼装式系杆拱式支架(比选方案 )：整个拱圈由四片桁拱构成,通过双偏心法确定最优矢跨比为1.75,采用悬链线弧形.计算跨径29.0米.主拱肋由4根Φ820×10米米螺旋管构成,系杆采用Φ529×10米米螺旋卷管构成,共由四根构成,每根与主拱圈进行销结.拱上立柱采用Φ426×8米米的 钢管,根据斜杆角度 和上横梁荷载分布情况,拱上立柱在局部进行了 不等距设置.桁拱上弦为2I56B的 组合型钢.中间之间段分配梁采用I32B,间距为0.75米,上铺t=16米米的 钢板作底模.拱架两端根据横梁线型设置圆弧桁架支架,采用I12.6型钢按间距35厘米作分配梁,面板采用厚度 为6米米钢板. 图3 比选方案 上横梁支架构造图该方案 需加工4片Φ820×10米米的 悬链线拱肋,加工精度 要求高,工地现场不具备加工的 条件;需在索塔上安拆一跨径为30米的 小 拱,高空使用两台塔吊配合抬吊,较困难;拱肋因为拱轴系数预先确定,因此不便周转使用,材料基本为一次性摊销.因此该方案 对加工设备、起吊设备要求较高、材料的 周转性小 ,经济性差.②斜腿刚构支架(实施方案 )：斜支腿桁片共有三组,间距经过反复试算,确定为3.7米.刚架主斜腿由φ1000×10米米的 螺旋钢管构成,水平钢管除中间为φ820×10米米的 钢管外,其余均采用φ720×10米米的 水平管连接.刚架辅支腿由于受力较小 ,采用φ720×10米米钢管.钢管立柱之间采用φ426×6米米的 水平钢管进行横向连接.钢管立柱上设置150t承载能力的 砂筒.砂筒上设置3I56B的 分配粱,再根据上横梁的 横截面质量分布情况,设置18排单层贝雷,贝雷粱在支点增加2[10的 竖杆作加强处理.贝雷粱间在支点处设置风构,在贝雷粱两端因小 圆弧端桁架的 影响,不能设置风构,则采用在贝雷粱上下弦上设置[16b的 槽钢作为横向联系.贝雷粱顶设置2I12.6分配粱,在空腔位置间距75厘米,在腹板位置为37.5厘米.由于整个刚架的 总重量约为117t,单根支腿的 理论重量仅4t,长度 长14.66米,因此采用上下游塔吊均可进行起吊安装.支架的 预拱度 考虑弹性变形和非弹性变形后,按二次抛物线进行设置,考虑横梁设计预拱度 后,跨中支架预拱度 设定为28米米.砂筒采用砼试验用200t压力机进行预压后锁定、密封,以减少实际使用过程中的 非弹性变形.图4 实施方案 上横梁支架构造图(2)方案 比选两个方案 进行比较,实施方案 存在明显优势如下：①斜腿刚构的 结构与中塔柱主动撑相结合,结构的 整体性能好;②结构加工非常方便,实现工地现场加工;③结构的 单块重量较轻,均在上下游塔吊的 起重范围内,便于结构的 安装与拆除;④材料的 周转性高,实现的 经济效益高.3.上横梁支架结构计算3.1有限元模型北索塔及支架有限元模型北索塔上横梁施工支架有限元模型3.2、材料及规格表单元名称规格(米米)单元名称规格(米米)刚架主斜腿D1000*δ10贝雷桁片上、下弦杆2[10刚架辅斜腿D720*δ10贝雷桁片竖杆I10刚架主水平杆D800*δ10贝雷桁片加强竖杆2[10刚架辅水平杆D720*δ10圆弧段主拱肋2[20刚架横向联系钢管 D426*δ6圆弧段拱架系杆2[20 刚架分配梁 3I56b圆弧段拱架腹杆2[16贝雷架顶分配梁2I12.63.3计算荷载计算工况：北索塔上横梁第一层混凝土浇筑①浇注混凝土重量第一次浇筑混凝土3.8米高,计算容重26KN/米3,混凝土超重1.05计入.②模板、支架自重内、外模板总重740.1KN,超重系数1.03.③施工及人群荷载施工人员按1.5KN/米2考虑,施工机具按2KN/米2考虑.④风荷载(顺桥方向)a：支架模板部分风荷载：该荷载按均布荷载分配于梁上,荷载集度 为7.72KN/米b：贝雷桁片部分风荷载：该荷载按均布力分配在贝雷桁架上,荷载集度 为 7KN/米3.4计算结果刚架主斜腿(D1000*δ10)应力云图(KN/米2)刚架辅斜腿(D720*δ10)应力云图(KN/米2)刚架主水平杆(D800δ10)应力云图(KN/米2)刚架辅水平杆(D720δ10)应力云图(KN/米2)刚架横向联系钢管(D426δ6)应力云图(KN/米2)刚架分配梁 (I56b)应力云图(KN/米2)贝雷架顶横向分配梁 (I12.6)应力云图(KN/米2)贝雷片上弦杆(2[10)轴力图(KN)贝雷片下弦杆(2[10)轴力图(KN)加强竖杆(2[10)轴力图(KN)贝雷架竖杆轴力图(KN)贝雷架斜杆轴力图(KN)圆弧段拱肋(2[20)应力云图(KN/米2)圆弧段系杆(2[20)应力云图(KN/米2)圆弧段拱架腹杆(2[16)应力云图(KN/米2)计算结果汇总：贝雷桁架杆件轴力(单位KN,负为压)单元名称最大 轴力理论容许承载力验算贝雷桁片上弦杆225560满足贝雷桁片下弦杆195560满足贝雷桁片加强竖杆92560满足贝雷桁片竖杆43213满足贝雷桁片斜杆93171满足 *取自《装配式公路钢桥多用途使用手册》立柱钢管及分配梁应力表单元名称规格(米米)最大 应力(米Pa)容许应力(米Pa)验算刚架主斜腿D1000*δ1085165满足刚架辅斜腿D720*δ1077165满足刚架主水平杆D800*δ1062183满足刚架辅水平杆D720*δ10128183满足刚架横向联系钢管 D426*δ644183满足刚架分配梁 I56b38183满足贝雷架顶分配梁I12.632183满足圆弧段主拱肋2[2079183满足圆弧段拱架系杆2[20135183满足圆弧段拱架腹杆2[1668183满足注：支架各构件施工容许应力均在设计规范的 规定基础上提高1.3,支架立柱钢管考虑了 弯曲折减系数0.93.4支架整体刚度 验算贝雷桁架变形图由位移云图可以看出,支架跨中的 竖向变形梁最大 为2.1厘米,贝雷桁架自身绝对变形量为1.0厘米挠度 与跨度 比值为1.0厘米/900厘米 = 1/900 < 1/400 满足规范要求.3.5局部节点验算及相应处理斜支腿和水平钢管的 交点受力较大 ,作局部分析如下：① 计算模型图② 计算结果图由计算结果可知,钢管在交界处存在局部应力过大 的 问题,因此将钢管接头交点位置处浇筑成C30混凝土,增强钢管的 抗挤压能力.3.6整体稳定性验算一阶失稳模态 稳定系数18.51由弹性屈曲分析结果看,支架的 整体线弹性稳定系数为18.5,表现为圆弧段拱圈的 横向失稳,整体稳定性满足要求.4.施工保证措施设计上横梁支架的 钢管质量及焊缝质量至关重要,为保证现场支架与计算模型接近一致,主要采取以下设计措施来对钢管及焊缝进行处理：(1)采用超声波对所有钢管立柱的 对接接头焊缝进行100％探伤. 超声波探测仪型号HS600,耦合剂：工业浆糊,探头类型：单斜探头5P9×9K3,扫描方式：锯齿型;共检查焊缝30条,经初检,返修复检,按照GB11345-89标准评定,无超标缺欠波形显示,根据GB50205-2001二级焊缝要求,所检焊缝内部质量合格.(2)单根钢管立柱,在安装前,在平台上按横向联系位置进行约束模拟,千斤顶和钢铰线进行预压.检验压缩值与实测值是否相符及钢管接头有无不良现象.(3)钢管立柱上增贴应变片,对钢管应力进行监控.并对在钢管支架立柱侧面跨中设置位移观测点,对可能出现的 屈曲位置(第一阶屈曲模态)用TCA2003全站仪进行变形观测.(4)钢管接头的 贴板处理 立柱钢管加强的 方式有两种：一种是对接接头进行贴板加强;另一种是横向联系与立柱之间,为保证节点的 刚性假设,设置三角肋板,使之能传递弯矩.5.上横梁施工北索塔上横梁采用塔、梁异步施工的 施工工艺,即将塔柱施工至上塔柱一定高度 后,再进行上横梁的 施工.横梁分两次浇筑完成,每次浇筑高度 为3.8米.具体浇筑示意图如图5所示.浇筑第一层3.8米高砼 浇筑第二层3.8米高砼 图5 上横粱浇筑流程图5.1模板施工(1)模板设计：在保证质量及安全的 情况下,为了 提高施工效率、节省材料及施工方便,对模板设计及施工作以下改进：①底模板：上横梁底模纵肋采用10×12厘米木枋,纵肋横桥向铺设在支架分配梁上,上横梁腹板下方约270厘米宽度 范围的 纵肋间距为30厘米,底板范围的 纵肋间距为40厘米,底模面板采用厚为15米米竹胶板.②外模板：因采用塔梁异步施工工艺,上横梁的 外模采用大 面积钢模板和中塔柱液压爬模内模板拼装,利用工地现有的 模板进行配模.③内模板：内模竖直面模板板采用钢模板,除倒角位置加工异型模板,其他均为自加工组合钢模板,钢板板厚度 为5 米米,竖直面模板按4.5米高度 所需数量加工,重复利用.内模顶板采用木模板,在横梁内搭设钢管脚手架,安装10×12厘米木枋纵梁,顶板模板铺设在木枋纵梁上.(2)模板安装：模板加工完成后,由质检部组织对模板加工尺寸、平整度 、焊缝等进行检查,并进行预拼装,验收合格后进行保养,选择平整的 场地存放,注意保护.模板安装前清理面板上的 杂物,面板上的 铁锈必须打磨干净,涂刷脱模剂.①底模安装：在上横梁支架分配梁安装后,复测其顶面标高.铺设横桥向底模10×12厘米木枋纵肋,纵肋搭接位置必须设置在分配梁上,不容许出现悬臂情况.底模面板接缝用胶布粘牢,底模面板四周用铁钉与纵肋木核枋连接,底模面板顺桥向总宽度 与横梁底板结构尺寸一致,横桥向注意与圆弧倒角模的 接连.②外模安装：上横梁外模紧贴底模上横梁底模纵肋,钢模部分在第一次砼浇筑施工时,支撑在支架分配梁上,第二次砼浇筑施工时,将模板整体上移,依靠对拉螺杆和临时支撑结构定位.外模板安装时注意接缝位置设置双面胶,防止漏浆.模板安装、调整到位后,在模板外侧间距2～3米设置型钢斜支撑,防止施工过程中模板移位.模板安装完成后,现场技术员和质检员对对拉螺杆、模板接。