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托架方面论文范文集,与托架法在高墩悬臂浇注连续梁0#块的应用相关在职毕业论文开题报告

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【摘 要】 高墩连续梁采用悬臂浇注时,0#块施工是关键技术,对后期线型控制影响极大,本文结合具体工程实例,阐述了0#块托架法施工技术的要点,主要包括方案的选比确定,托架的检算及托架的施工工艺、预压方法.

【关 键 词 】 悬臂连续梁、0#块托架法施工

1.工程概况

合肥铁路枢纽南环线工程南淝河特大桥主要为跨越二十里埠河、南淝河等,其中跨越南淝河采用(60+100+60)m连续箱梁,与南淝河夹角59°,是合肥铁路枢纽南环线工程跨度最大的连续梁.本连续梁桥墩采用圆端型实体桥墩形式,主墩165#、166#高度分别为20m、19.5m,均为水中墩,主墩设二级承台,其中0#块为墩顶梁段,长14m,重896.7t,顺桥向伸出墩身范围为4.5m,等梁高长度为4m,此段梁高为7.204m.

2.方案的选定

南环线工程南淝河特大桥跨越南淝河连续梁165#、166#高度分别为20m、19.5m,均为水中墩,间距100米,施工涉及南淝河 航道,行船安全,因此连续梁采用悬臂浇注法.0#块施工方法有:支架法和托架法.支架法一般选用安全系数较高的钢管混凝土立柱为支撑系统,占地面积大,地基基础的处理和承载力要满足要求,连续梁165#、166#在水中,对地基处理成本高,涉及南淝河 航道,行船安全.因此0#块施工方法选用托架法,具有简捷,安全、符合本工程地理环境.

3.托架结构的检算

3.1 托架结构布置

由于零号块均在托架上进行施工,托架采用三角桁架,其三角桁架布置如下图3.1-1所示.

图3.1-1 三角桁架结构布置图单位:mm

根据图3.1-1可知,三角桁架纵梁采用两根45b工字钢、斜杆采用36b双拼工字钢并且在工字钢腹板两侧帮焊1cm厚的钢板,立杆采用25b双拼槽钢,并且在斜杆、立杆与纵梁相交处采用1cm厚的钢板加厚处理.整个纵梁采用两根45b双拼工字钢整体焊接而成,焊缝放置在墩中心处.横向分配梁采用32b双拼工字钢,间距60cm.小三角桁架采用20b工字钢焊接加工而成,在腹板下间距为30cm、底板下间距为60cm.三角桁架上放置10×10cm方木横向放置,间距为30cm.侧模采用挂篮侧模,预压荷载采用1.2倍梁重进行预压. 施工顺序为,浇筑墩身时先在托架支点出预埋三层加强钢筋网片,钢筋网片采用直径φ10,网格1尺寸为10×10cm,并在支点处设置1cm厚的钢板.混凝土采用两次浇筑,第一次浇筑到3.5m处,待第一次强度达到后浇筑第二次混凝土.

3.2 托架荷载计算

根据图3.1-1可知,横梁间距为60cm.在考虑模板自重、梁自重(为偏于安全计算采用壹号块最大梁高进行计算)、施工荷载、混凝土的振捣荷载和冲击荷载以及风荷载后通过3.3节荷载组合系数进行组合,则横梁上荷载计算公式如下式3-1所示.


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q=(1.2×γ×h+1.4×(Q1 +Q2+Q3+ Sk)+1.2×Q4)×b (6-3)

q=(1.2×γ×h+1.4×(Q1 +Q2+Q3+ Sk)+1.2×Q4)×b (3-1)

式中:Q1——施工人员及设备荷载标准值,4.0kPa;Q2——泵送砼产生的冲击荷载,2.0kPa;Q3——振捣砼产生的荷载,2.0kPa;Q4——模板标准荷载,0.75kPa;Sk——雪荷载,0.60kPa;γ——新浇钢筋混凝土容重,26kN/m3;b——荷载作用的有效宽度.根据图3.1-1可知道,在腹板下荷载最重,底板与翼缘板下梁较轻.

根据公式3-1,荷载组合计算如下表所示.(kN/m)

预压荷载按照梁重的1.2倍进行加载,其预压荷载计算如下表6-6所示.

表6-6 预压荷载计算表(kN/m)

注:预压荷载采用梁重1.2倍.

3.3 托架影响计算

根据图3.1-1采用有限元软件建立空间模型,其中纵梁、立柱、斜杆、横向分配梁和小三角桁架采用梁单元建立模型,其建立模型如下图3.3-1所示.

图3.3-1 三角桁架空间有限元模型图

根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行计算,其三角桁架轴应力计算结果如下图3.3-3所示

图3.3-3 三角桁架轴应力计算结果图单位:MPa

根据轴应力计算结果图3.3-3可知,最大轴应力在斜杆处σ=104.3MPa.根据《钢结构设计规范》表3.4.1-1查Q235钢的容许拉压应力为[σ]=215MPa.

σ=104.3MPa<[σ]=215MPa,则三角桁架轴应力满足施工使用的要求. 根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行计算,最大剪应力在小三角桁架上τ=99.3MPa.根据《钢结构设计规范》表3.4.1-1查Q235钢的容许剪应力

为125MPa.τ=99.3MPa<[τ]=125MPa,则三角桁架抗剪强度满足施工使用的要求.

根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行

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计算,在荷载作用下最大弯曲应力在横梁与斜杆接触处为σ=199.5MPa.根据《钢结构设计规范》表3.4.1-1查Q235钢的容许弯曲应力为[σ]=215MPa.σ=199.5MPa<[σ]=215MPa,则三角桁架抗弯强度满足施工使用的要求.

根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行计算,在荷载作用下最大应力在横向与纵梁交点处最大组合应力σ=206.04MPa.根据《钢结构设计规范》表3.4.1-1查Q235钢的容许应力值为[σ]=215MPa.σ=206.04MPa<[σ]=215MPa,则三角桁架强度满足施工使用的要求.

根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行计算,在小三角桁架悬臂端有最大变形f1=64.0mm,主三角桁架悬臂端部有最大变形f2=23.96mm,主三角桁架纵梁与斜杆相交处最大变形f3=5.3mm,根据以上计算数据可知,控制点为三角桁架与斜杆相交处 f3=5.3mm<[f]=L/400=3200/350≈9.14mm则其整个三角桁架刚度满足施工使用的要求. 3.4 托架支点计算

支点预埋到墩身上既斜杆支点预埋在墩身里,为防止支点变形破坏混凝土结构,因此墩上开50×70cm深5cm的窗口.在支点处预埋50×50cm钢板,并在钢板下埋置三层网格10×10cm且直径10mm钢丝网片增加混凝土局部抗压强度,其三角桁架斜杆支点结构布置如下图

图3.4-1三角桁架支点埋置图单位:cm

根据图3.3-1建立的空间有限元模型进行计算,

在纵梁作用在墩身上最大竖向作用力F1=1223.6kN(两根纵梁间距10cm,之间焊接钢板40×20cm),斜杆作用在墩身上最大竖向作用力F2=2574.9kN,最大水平作用力F3=1708.6kN,支点处最大应力计算如下所示. σ1=F1/A=1223.6×10-3/(0.4×0.2)=15.295MPa σ2=F2/A=2574.9×10-3/(0.5×0.5)=10.3MPa

由于墩身混凝土采用C35混凝土,根据《混凝土结构设计规范》表4.1.4

可知,C35混凝土的轴心抗压强度设计值为16.7MPa,根据以上结算结果可知,σmax=σ1=15.14MPa<[σ]=16.7MPa,则抗压强度满足使用使用要求,为增加混凝土的局部抗压强度因此支点处必须配置钢筋,配置φ10钢筋间距为10×10cm.为了防止钢管柱应力集中造成条形基础破坏,因此设加强钢筋.

4.托架施工工艺

4.1 托架搭设

主墩165#、166#墩高分别为20m、19.5m,根据墩身高及现场情况,采用托架施工0#梁块,将竖向荷载传递墩身上.

由于0#块顺桥向伸出墩身范围达4.5m,因此顺桥向采用纵向托架,桥墩纵桥向大小里程两侧各布置两个三角托架,托架布置与梁体腹板正中.

托架结构设计为:双并45b工字钢横梁埋于墩顶内部大小里程各悬挑6m,36b工字钢双并斜撑和25b槽钢双并竖杆支承横梁.同侧横梁之间采用14a槽钢剪刀撑连接,增强整体稳定性.

托架安装:施工墩身时预埋上横梁与墩顶混凝土内,同时预埋斜撑与墩身混凝土内并预留混凝土外50cm长(用于安装斜撑接长).搭设支架操作平台搭设托架,先将预埋的斜撑接长到上横杆设计支点焊接牢固,再安装竖杆及剪刀撑完成托架搭设.

焊接托架时要求焊缝满足设计要求,斜撑接长时要破口焊同时工字钢腹板两侧加钢板帮焊.横梁在斜撑和竖杆支撑点及斜撑在竖杆支点位置要用加劲板加强.

4.2 模板安装

托架安装完成后在托架横梁上横桥向铺设32b工字钢双拼的分配横梁,间距60cm,分配梁与横梁之间要焊接牢固.分配梁上纵桥向铺设20b工字钢制成的小桁架,间距在腹板下30cm、底板下60cm,小桁架之间采用6#槽钢连接,增强桁架的整体稳定性.

在纵向小桁架上铺设一层横桥向10cm×10cm的方木,间距30cm;再在横向方木上铺设一层1.8cm厚的优质竹胶板作箱梁底模即可.墩顶等高梁段部分先按间距72cm布置纵桥向40b工字钢,再在工字钢上按间距50cm铺设横桥向15cm×15cm的方木,接着在横桥向方木上按间距25cm铺设纵桥向10cm×10cm的方木,最后在纵桥向方木上铺设1.8cm厚的优质竹胶板做底模板即可.

0#块侧模板采用定型钢模,外用钢桁架支固内用对拉拉杆固定.0#块外模板总长14.2m,模板竖肋采用10cm×1cm扁钢,横肋采用I10工字钢,间距为50cm×50cm.连接法兰采用<75×75×8mm的角钢,φ20mm连接螺栓间距为30cm,面板为8mmQ235钢板.为避免砼浇注浇注时侧模向外侧滑移,造成跑模,侧模加固充分利用箱梁腹板通气孔,沿梁体横截面穿与内模支架作对拉,横隔板处预埋PVC管,内穿φ25mm拉杆的方式加固,背杆采用双拼[14b槽钢.

内模支架采用满堂支架,支架设计成水平方向和竖直方向均可调节长度,以适应梁高和腹板厚度变化的需要,并通过松紧可调底顶托将内模支撑牢固.纵肋采用10cm×10cm方木和2根φ4.8m钢管,其间距为60cm,横肋和竖肋采用10cm×10cm方木,间距为30cm.

5.托架预压

5.1 预压目的及预压荷载

托架预压的目的是消除支架及模板的塑性变形,同时得到托架及模板较真实的弹性变形值.以此作为控制底模高程预抬量的依据,从而保证梁底的线形.梁体跨中预拱度(为跨中预拱度值;为静载下梁体跨中挠度值;为对应位置支架及地基弹性压缩值;为对应位置支架及地基非弹性压缩值.).


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对于任意位置处的预拱度布置如下:(为任意处拱度值;为静载下梁体对应处挠度值;为对应位置托架弹性压缩值;为对应位置托架非弹性压缩值.)其中由计算式(L为跨径;x为任意点到跨中的横向距离).

0#块托架、底模板拼装完毕后,对托架进行预压.由于0#块采用两次浇筑的方法,所以托架承受的荷载不能考虑全部的梁重,在预压时预压重量是对应位置第一次浇筑梁自重的1.2倍,用砂袋和钢筋堆载.预压荷载为梁重的1.2倍且位置对应分布,其中顶板砼重量直接传送到底板上.隔墙处荷载比较集中荷载位于墩顶.堆载时要按照单位横断面荷载分布情况进行堆放,以便能真正模拟砼荷载,达到预压的目的,荷载具体分布情况如图5.1-1.

图5.1-1 0#块梁重荷载分布图

5.2 观测点布置

预压前在托架底设沉降观测点,每个托架顶截面设置5个观测点,分别位于左翼缘、左腹板中、底板中、右腹板中和右翼缘板.墩顶部分布置中截面3个观测点,大小里程截面各布置2个观测点.采用人工配合吊车吊装砂袋和钢筋至梁体底模上,按计算荷载的60%、90%、120%分级进行人工配合机械堆码整齐,观测时间定在预压加载前、加载60%后、加载90%后、加载120%二十四小时后、卸载50%后、卸载完后,随即画出荷载与沉降量曲线图,以此计算支架弹性变形值和塑性变形值,托架弹性变形量可作为模板预抛高值之一.通过托架预压,可以得出托架的非弹性值(消除非弹性变形)及弹性变形值;卸载后,根据观测到的托架的弹性变形值,结合设计给定的施工阶段图中提供的挠度值最终确定梁体施工的底模高程,重新调整模板和检查支架,正式进行箱梁施工.

在箱梁底模上布置测点,用强度和硬度较高、直顺的细铁丝铅垂挂在观测点上,地下设点,钉铁钉并用红油漆标注,铁丝下面吊垂球并对中铁钉.

5.3 水准基点的观测

高程系统采用设计提供的高程系统,以CPI点为起算工程点,在施工范围以外坚固稳定处,埋设水准基点,点位设置长久牢固的标志,每一个月全网校正一次,水准基点高程变化值最大为0.2mm,说明水准基点是稳定的.

5.4 沉降观测

在支架未施加预压荷载前实施第一次观测,对铅垂丝钢尺上标记标高测量,测出各点的初始值H0并记录入表格.而后匀速加载;加载一次观测一次,每一次加载结束后立即进行观测各测量点的标高值H1、H2,并做好相应的记录,当连续两次观测读数不变后,间隔2小时才能继续加载,直至加载完成,达到设计1.2倍受压荷载.当全部加载完成后观测一次,每12小时观测一次,直至沉降稳定后进行卸载,并记录卸载之前的最后一次观测标高值H3,卸载一半测量并记录H4,卸载完后再进行最后一次观测记录标高值H5.相应测点的弹性变形值等于H5-H3,非弹性变形值等于H0-H5.

6.结束语

通过实际施工,托架法较好解决了南淝河特大桥跨南淝河连续梁主墩0号块的施工,既安全又能保质量,满足结构要求,施工成本较低.在工程建设中可进行推广应用.

参考文献

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[1] 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)

[2] 《路桥施工计算手册》周水兴主编(人民交通出版社)

[3] 《机械设计手册》(新编软件版)2008

[4] 计算软件Midas/civil7.8.1、理正系列软件

参考文献:

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