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客专80m下承式钢桁结合梁施工支架设计.doc

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客专 80 下承式钢桁 结合 施工 支架 设计
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1客运专线 80m 下承式钢桁结合梁施工支架设计中铁十七局集团第一工程有限公司 陈晋波摘 要:本文以福厦铁路木兰溪特大桥 80m 下承式钢桁结合梁的支架设计与搭设施工为例,对支架的设计思路以及搭设步骤进行了简要叙述,通过详细的计算模拟,保证了钢桁梁的整体施工要求,验证了方案的可行性,可以作为以后累似工程的借鉴。关键词:钢桁组合梁 支架 设计与搭设 1.前言随着铁路客运专线的大力发展,建设标准的不断提高,桥梁跨度的不断增大,为了满足现场实际施工的需要以及考虑到未来的规划要求,福厦客专在与未来规划的高速扩建发生立体交叉时采用了 80m 的大跨钢桁组合梁进行跨越,而且跨越范围内全为鱼塘和泥田,这就给实际施工带来了不小的困难。2.工程概述福厦铁路 ZD-1 标段木兰溪特大桥 80M 双线下承式钢桁结合梁工程为无竖杆整体节点平行弦三角桁架下承式钢桁结合梁,主要结构分主桁上弦、下弦、腹杆,横梁(含端横梁、主横梁和次横梁),桥门架、横联、上平纵联。桁架桥横向以桥纵轴线对称,纵向以桥横轴线对称。主桁跨度为80m,全长 82m,桁高 11.5m,横桥向支座中心距为 15m,桥面桁宽 15m,挡碴墙内侧净宽 9m,桥面板总宽 13.96m。主桁节点采用整体节点形式,工程总量约 1388.973 吨。为即将开工的高速公路扩建工程预留通道,拟采用钢管桩支架施工。3.支架施工方案3.1 地基处理要搭设支架,必须解决施工范围内的地基承载能力。基础处理分两部分进行,由于施工地段地处鱼塘及泥田一带,根据施工需要确定处理范围,首先挖掉表层烂泥,然后用河卵石进行铺底,铺底完成后再用砂砾土填筑,在进行填方作业时应挖好台阶,逐层夯实。3.2 支架搭设首先施工支架基础。根据现场实际情况,决定采用钢管桩基础,根据支架设计要求及考虑到稳定性,支架基础采用 4 根直径 530mm 的钢管,钢管桩之间横向尺寸为 2000mm,纵向尺寸为1600mm,钢管桩基础施工的步骤为:基础放样→打钢管桩 →焊接垫梁。具体为采用振动锤将钢管2桩击打入地下,待钢管桩打到设计深度后,在桩顶焊接垫梁。支架进行施工。按照钢桁梁拼装支墩的设计位置,拼装支墩(每个拼装支墩由支架和支架基础组成)的平均设计承载力为 150t。支架也采用钢管,考虑到支架与支架基础的对应,每个支架由 4根直径 500mm 钢管组成。具体为在支架基础垫梁上焊接横向间距 2000mm,纵向间距 1600mm 的钢管支架,钢管支架之间用剪刀撑连接,最后在钢管架顶端焊接上垫梁。拼梁支墩设计图如下:3.3 支架预拱度在拼装支墩上施工钢桁梁时,支架要发生一定的下沉和挠度,为保证支架上部结构各部位标高能达到设计要求,在钢管支架上垫梁顶面设置 4 台 50 吨千斤顶,以设置预拱度。预拱度设置从以下几方面考虑:(1)由结构自重和活载一半所引起的弹性变形;(2)支架承载后接头部位以及钢管压缩产生的非弹性变形;(3)支架承受施工荷载引起的弹性变形;Φ3(4)支架基础在承载后的非弹性沉陷。4.支架设计4.1 荷载及其组合详 细 数 据 见 下 表 ( 一 ) 、 ( 三 ) 、 ( 二) 、 ( 四 ) 、 ( 五 ) 弦 杆 杆 件 统 计 表 ( 一 ) 序 号 杆 件 号 主 尺 寸 数 量 单 件 重 kg 总 重 kg 孔 数 1 X1zy 310×356×7460 各 2 1710 70840 2 2 zy 18703086960 各 2 17820 71280 3 X3 zy 1870×3042×960 各 2 2523.7 9094.8 4 4 zy 18702972960 各 2 2467.9 98591.6 5 X5 zy 170×2952×70 各 1 18627.9 3725.8 6 6 zy 1703289260 各 2 16352.6 65410.4 7 X7 zy 170×2658×960 各 2 14951.8 59807.2 8 8 zy 1702632960 各 2 18410.5 73642 9 X9 zy 170×2542×460 各 2 1974.2 47896.8 10 10 zy 94013505320 2 802. 17604. 总 数 : 36件 总 重 : 63243 腹 杆 杆 件 统 计 表 ( 二 ) 序 号 杆 件 号 主 尺 寸 数 量 单 件 重 kg 总 重 kg 孔 数 1 F1 zy 130×1634×7450 各 2 10296.79 4187.16 2 F2zy 798101060 4 10978.2 43914.86 3 F3 zy 798×901060 4 8219.56 3287.26 4 F4 zy 798801060 4 8591.8 3467.91 5 F5 zy 798×701060 各 2 6847.24 2738.95 6 F6 zy 7987801060 4 653.6 2654. 7 F7 zy 798×7201060 4 5080.14 20320.5 8 F8 zy 7987201060 4 419.8 167.9 总 数 : 32件 总 重 : 24308 44.1.1 荷载(1)钢桁梁自重荷载: P1=14047 KN(2)人和机具荷载(均布荷载取 2.5KN/m2):P2=80m ×15m×2.5KN/m2=3000 KN(3)钢管支架荷载(直径 500mm,单根长 11m,32 根,钢管壁厚 0.01m)P3=32×11m×3.14×0.50m×0.01m×7800kg/m3=431.1 KN(4)钢管桩自重荷载(32 根,单根钢管桩暂以 15m 计,钢管壁厚 0.01m)P4=32×15m×3.14×0.53m×0.01m×7800kg/m3=623.1 KN4.1.2 荷载组合恒载的分项系数取 1.2,活载的分项系数取 1.4。则荷载组合如下:P=1.2×(P1+P3+P4)+ 1. 4×P2=1.2×(14047+431.1+623.1)+ 1. 4×3000=22321.4 KN4.2 钢管桩检算4.2.1 钢管桩强度验算按最不利位置计算每个支墩承载力为:上 平 纵 联 杆 件 统 计 表 ( 三 ) 序 号 杆 件 号 主 尺 寸 数 量 单 件 重 kg 总 重 kg 孔 数 1 L1 50×601560 7 3907.21 27350.4 2 2 50607180 14 1850.1 25907.14 3 L3 50×6012360 8 3185.6 2548.46 总 数 : 29件 总 重 : 7842 桥 门 架 、 横 联 杆 件 统 计 表 ( 四 ) 序 号 杆 件 号 主 尺 寸 数 量 单 件 重 kg 总 重 kg 孔 数 1 Q1 60×3273×1402 2 7201.52 1403. 2 2 60341405 2 5614.2 128.4 总 数 : 4件 总 重 : 25631.47 横 梁 杆 件 统 计 表 ( 五 ) 序 号 杆 件 号 主 尺 寸 数 量 单 件 重 kg 总 重 kg 孔 数 1 H1 10×150×960 2 9180.16 18360.3 2 2 10150120 7 154.9 7802.1 3 H3 480×150×1320 24 4297.6 103142. 总 数 : 3件 总 重 : 19584. 节 点 板 制 孔 92块 , 填 板 396块 , 剪 力 钉 7.94t, 高 栓 ( M24) 8.t, 高 栓 ( M30) 。 522321.4 KN÷8=2790.2 KN每个支墩采用 4 根直径为 530mm 的钢管作为基础,每根钢管承受力为:2790.2 KN÷8=697.5 KN基础地质为粉质粘土,桩周极限摩阻应力为 40KPa,桩尖承载应力为 150KPa,桩尖承载应力为:150KPa×3.14×(0.53m/2 ) 2=33 KN每根桩需进入粉质粘土深度为:(697.5KN--33KN)÷(40KPa×3.14×0.53m ) =10 m为防止支架下沉,实际施工过程中钢管桩打入地基的深度为 15m,可以满足承载力要求,而且每个支墩在 4 根钢管桩都打入地基后进行配重 300t 的预压,每天对支架进行沉降观测,连续观测15 天。确认支架没有发生沉降后开始上部结构的施工。4.2.2 检算钢管桩稳定性通过计算和查询钢管桩各参数如下:A=16328 mm2 I=552090500 mm4 E=200 GPa φ=0.943 l=15mi=(I/A)1/2=183.9 mmλ=μl/i=2×15×10 3mm/183.9mm=163σ=P/A=697.5 KN/16328 mm 2 =42.7 MPaσcr=π 2E/λ 2=3.142×200 GPa/1632=74.2 MPa取安全系数 K=1.5则 1.5σ=1.5*42.7=64.1 MPa<φσcr=【σ】=70 MPa所以,整体稳定性满足要求。4.2.3 检算钢管支架稳定性取最高支墩 H=11m 进行检算,考虑到一个支墩不同立柱受力不均匀性,通过计算和查询钢管支架各参数如下:A=15386 mm2 I=461964650 mm4 E=200 GPa φ=0.943 l=11mi=(I/A)1/2=173.3 mmλ=μl/i=2×11×10 3mm/173.3mm=127σ=P/A=697.5 KN/15386 mm 2 =45.3 MPaσcr=π 2E/λ 2=3.142×200 GPa/1272=122.2 MPa6取安全系数 K=1.5则 1.5σ=1.5*45.3=68 MPa<φσcr=【σ】=115.2MPa所以,整体稳定性满足要求。5.结束语根据上述验算结果最终确定了支架的施工方案,将钢桁梁的荷载通过钢管支架和钢管桩基础传递到地基上,其支架的强度、刚度和稳定性均符合要求,从而保证了钢桁梁的正常拼装。结合施工实践,此支架方案针对性强,在软基中非常适用,可为以后同类型施工环境提供参考。
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