桥梁盖梁施工中几种支撑方法的分析
1钢抱箍支撑法 1.1设计原理
钢抱箍的设计原理是在墩柱的适当部位安装钢抱箍,利用高强螺栓拉紧钢抱箍,依靠钢抱箍与墩柱之间的静摩擦力承受支撑托架自身、盖梁模板、钢筋混凝土及施工荷载。由于盖梁的全部施工荷载均由钢抱箍承受,所以钢抱箍与混凝土柱之间的摩擦力是否能承受以上荷载,是确定钢抱箍是否能够安全使用的关键,抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积,即 f=μN
式中, f为抱箍与墩柱间的最大静摩擦力; N为抱箍与墩柱间的正压力;μ为抱箍与墩柱间的静摩擦系数。 1.2结构形式
钢抱箍的结构形式采用两个半圆形的钢板,通过连接板上的螺栓连接在一起,使钢板与墩身紧密贴合,能够承受相应的重量而不产生变形。安装时可在抱箍与墩柱之间夹一层土工布,起到增加摩擦力和保护墩柱的作用。 1.3设计计算
此设计计算以襄十高速公路鄢家垭高架桥为例。该桥全长381. m,桥面总宽2×12.25 m,桥跨设计为19×20 m,桥面采用20 m后张法板梁,先简支后连续。墩设计为双柱墩,立柱直径1.2m,最高墩9.07m,帽梁最重68 t。 1.3.1荷载 1)盖梁重
1.4m×10.9m×1.8m×2.5 t/m3=68.67 t 2)盖梁模板及工字钢等支撑系统总重6.5 t 3)施工时产生的附加荷载系数取1.3 1.3.2连接螺栓的选择(见图1)
选用m²0摩擦型的高强螺栓,其设计预拉力: P=110 kN (见《建筑钢结构设计手册》)选用螺栓数 n≥N/P= 2 280 /110=20.7,取n=24 即每侧用12个m²0高强螺栓拉紧抱箍。 1.3.3钢板的选择
抱箍主要受高强螺栓的拉紧力N 设计须: N/A≤[σ]
A≥N/ [σ] = 1 140 /70=67 cm²
拟选用12 mm普通Q235钢板,设抱箍高60 cm,其面积A=60×1.2=72 cm²>67 cm² 1.3.4焊缝设计与计算
焊缝设计长度如图1,采用J422普通焊条连续满焊,焊缝焊角高hf=8mm,验算其强度。 1)焊缝1、2、3、4、5受弯矩和剪力作用,如图1。 Ifx=0.7×0.8×(603/12+4×29.5×302)= 20 294 cm4 W=Ifx/ (d/2) = 20 294 /30=676.5 cm M=PL/2=GL/8=958×0.4/8=47.9 kN.m Q=P/2=G/8=119.75 kN
σw=M/W =47.9/676.5=70.8MPa< [σ]=160MPa 总荷载G=1.3×(6.5 t+68.67 t)×9.8kN/t=958 kN 钢抱箍与砼墩柱的静摩擦系数: f=0.42 钢抱箍压紧墩柱后产生的静摩擦力: F=fN 若满足施工要求,须F≥G
即N≥G/f=958/0.42= 2 280 kN
τ=Q/A=119.75/ {0.7×0.8×(60+29.5×4)} =12MPa< [τ] =135MPa 故焊缝1、2、3、4、5强度满足设计荷载要求。 2)焊缝6、7、8、9强度验算 焊缝6、7、8、9受高强螺栓拉力作用 N=12×110= 1 320 kN
σ=N/A= 1 320 / (0.7×0.8×4×39.5) =149.2MPa< [σ] =160MPa 故焊缝6、7、8、9强度满足设计荷载要求。 1.3.5钢抱箍的加工
1)为使抱箍受力良好,必须使其周长小于墩柱周长2 cm。
2)为保证抱箍与墩柱全面积接触且产生足够的静摩擦力,加工抱箍时注意其失圆率不超过1mm。(安装时可在抱箍与墩柱之间夹一层土工布,起到增加摩擦力和保护墩柱的作用)。 3)严格按照有关规范施焊,确保焊缝质量。 1.4总结
1.4.1钢抱箍施工法的优点
1)采用钢抱箍支撑施工,对地基承载力没有要求。
2)适应性强,施工简便,节省人工,周转材料少,且能缩短工期,经济效益显著。
3)在盖梁施工中下部仍可通行,不占地面工作面,现场易于清理,材料不易丢失,便于现场管理。 1.4.2钢抱箍施工法的缺点
对非圆形墩柱,不适合使用钢抱箍支撑法,而且钢抱箍与墩柱之间的摩擦系数的取值难以掌握,它随墩柱表面的平整度或粗糙度而变化,施工时易发生抱箍滑脱事故,支架能承受的荷载不高。 1.4.3钢抱箍施工法的适用条件
抱箍法适用性强,不论水中岸上,只要是圆形墩柱就可采用,尤其是在高墩施工或水中施工过程中其优越性更加明显。 1.4.4钢抱箍施工法的改进
在使用钢抱箍托架支撑方法时,为预防施工荷载过大造成钢板箍滑脱,宜采用高强度螺栓和双螺母拧紧抱箍,也可以采用两层抱箍互相支撑的方法,或在抱箍底部预埋钢筋,以加强支撑。但预埋的钢筋在使用后应切割,做好墩柱外观处理。 2 Y型桥墩支撑设计及施工
现以襄十高速公路K386+460张家院高架桥为例。
该桥全长605.58 m,桥面总宽2×12.25 m,桥跨设计为3×30+3×30+4×30+6×30+4×30m,桥面采用T梁先简支后形成连续刚构。1#~6#墩设计为双柱墩, 7#~19#墩设计为Y型墩,最高墩37.05m,帽梁最重80 t。 2.1设计原理
Y型部位托架的设计原理是在墩柱的适当部位预留合适尺寸的螺栓孔,利用穿入墩柱内的圆钢(剪切力)承受支撑托架自身、盖梁模板、钢筋混凝土及施工荷载。可以根据荷载的大小计算选择圆钢的直径、根数和种类(荷载大也可以采用合金圆钢)。 2.2 Y型墩身砼施工
Y型墩直墩部位,采用翻模施工工艺,一次立模并浇注7.5~9m,砼采用泵送,根据施工规范和具体施工经验要求,泵送砼配合比坍落度为16~18 cm。施工过程中应严格控制,以免造成堵管或砼强度不够;浇筑时还应控制其浇筑速度。根据该桥桥墩模板的设计及该配合比砼初凝时间计算,砼浇筑速度应控制在2m/h以内,否则可能造成跑模,振捣时尤应注意振捣时间,不可过长或过短,以免造成离析或混凝土不密实。 2.3 Y型部位托架设计
该桥的特点之一是桥墩高,如采用钢管或其它形式的满堂脚手架对Y型墩V型部位进行施工,不但工序烦多,还需要大量的周转材料,且不容易控制V型部位的角度,为了更好地保证工程质量和控制施工成本,设计如图2 V型部位支撑托架(见图2)。
2.4 V型部位支撑托架有关计算 2.4.1荷载
模板及支架重5.688 t 钢筋及砼重40.46 t
施工时产生的附加荷载系数取1.3
托架上最大荷载G=1.3×(5.688+40.46)×9.8=587.9 kN 2.4.2托架有关杆件受力
在V形底部1.3m处预留三个υ60mm的孔,后穿υ50mmm圆钢,计算时只考虑简支,圆钢受剪力。 τ=Q/A = (587.9×103) / (4×3.14×252) =74.9N/mm²< [τ] =125N/mm² 取C1B1分析受力(见图3)。
2.5 Y形部位支撑托架及模板安装
V形部位托架安装时,首先将υ50mm圆钢穿好,再将杆件5吊至安装部位拼装,并装拉筋固定;之后安装V形部位模板、横带及槽钢,与杆件5用结点板联结;再将杆件4与杆件1、杆件2用结点板联结;再将杆件3与杆件2、杆件4用结点板联结;最后拧紧各螺栓。
由于杆件5 (即[30槽钢)每根长12m,不易从脚手架的空当穿过吊至施工部位,故将每对[30槽钢中之一根从中截断,另一根三等分,在施工部位用厚1.2 cm结点板拼装。 2.6 Y形部位砼施工
V形部位砼浇筑除应注意浇筑速度≤2m/h外,还应注意两个V杈部位应均衡浇筑,本桥采用每边轮流浇筑50 cm,两边互替进行,以保证V形部位模板及支撑托架受力均衡,避免在施工过程中发生模板倾翻、胀模、构造物跑位等现象。 2.7帽梁施工
该桥帽梁的支撑托架同第一节的预留圆钢支撑法基本相似,采用4根υ50圆钢支撑, Y型部位每边各预留一个υ60mm预留孔洞,横梁采用[32槽钢(见图4),计算略。
2.8测量
测量是施工中很重要的环节,尤其是对于Y形高桥墩,本桥施工主要在以下几个阶段做好测量工作:
1)直墩柱段,每7.5~9.0 m立好模板后,需复测其平面位置及垂直度,轴线偏差控制在2 cm以内,但在最后一段,即接V形部位的一端模板轴线偏差须控制在1 cm以内,以保证V形部位模板的平面位置准确。
2)为保证支撑托架受力良好,预留υ60mm孔洞时必须经测量抄平,确保预留孔在同一水平位置。 3)支立好V形部位模板及支撑托架后,必须测量其轴线及标高,并及时调整,确保位置及标高准确。 4)支立帽梁模板及其支撑托架时,一定要经测量控制好坡度。 2.9总结
随着设计理论和施工水平的日趋完善,桥梁建设向大跨径、宽桥幅、高强度的方向发展,依靠传统的施工工艺已经不能满足某些现代桥梁建设的要求, Y型墩的支架翻模施工、帽梁支撑托架施工都是在这种大背景下发展而来的。 2.9.1 Y型墩支架翻模施工法的优点
本法不仅具有抱箍施工法的优点,同时还具有以下优点:
1)与抱箍施工法相比,随着穿入圆钢直径的增大,它显著提高了承载能力。
2)由于支撑托架的材料采用铰接,对结构物外观形状和角度的适应性强,能够保证结构物的外部尺寸满足设计要求,有效地保证工程质量。
3)只要在托架设计荷载范围内正确使用,周转次数可以达到30次甚至更多。 2.9.2 Y型墩支架翻模施工法的缺点需要吊装机械配合安装。
2.9.3 Y型墩支架翻模施工法的适用条件本法适用于除截面为椭圆、圆形外的各种形式以及外观尺寸、倾角略有变化的结构物。同一工程范围内,相似结构物数量越多,总体施工速度的提高和施工成本的降低效应越明显。实践证明,本法具有较广阔的施工应用前景。
