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轻轨线桥工程跨路施工支架的设计

时间:2010-05-22 10:09来源:未知 作者:刘莹 点击:
 

 1  工程概况

    天津市区至滨海新区快速轨道交通工程K15 +23115~K16 + 316.5 段为现浇预应力混凝土连续箱梁,梁长主要为3 ×25 m ,梁宽819 m。箱梁横截面为单箱单室结构,梁高1.5 m ,顶板厚25 cm ,底板厚20 cm ,标准腹板厚40 cm。梁体混凝土强度为C50。本作业段位于古河床上,地基由原排水沟回填杂土形成,承载力较差。施工区域人口密度较大,主桥需跨越三条繁忙的交通路口。

    2  跨路施工支架构造

    工程中三处过路口地段,居住人口密集,来往车辆较多,为方便群众出行,必须保证道路通畅。根据交通部门要求,路口设计宽度为5 m ,高度≮4.5 m。根据现场实际情况,结合以往施工经验,决定在路口处搭设“龙门”,其余部分采用碗扣满堂支架。支立支架前需对原地面进行硬化处理,处理方法分龙门立柱基础和普通支撑基础两部分。龙门立柱采用独立基础,挖深550 mm,就地拌制灰土夯实,施作C10 混凝土垫层,垫层上施作C20 混凝土基础,并安放好预埋件。普通支撑基础处理采用换填工业废渣、碎石和灰土并垫放方木。基础处理完成后,分别搭设龙门和碗扣支架。龙门宽5 m ,高4.5 m ,垂直主桥轴线方向分为两跨,每跨4 m。龙门立柱采用薄壁钢管,立柱上用工字钢作为横梁,横梁与立柱、立柱与基础预埋件之间均以焊接形式连接。横梁上等距离架设10 根工字钢作为纵梁,纵梁上安放纵横两层方木。碗扣支架采用φ48 钢管,按市政工程施工规范中有关脚手架施工的要求搭设,竖向步距1.2 m ,平面步距60/90 cm×60/90 cm。跨路口处施工支架布置见图1。
 
跨路施工支架布置图

跨路施工支架布置图

    此方案能够满足交通部门关于路口通行的要求,施工简便,支架易装易卸。但由于地基承载力差,必须先对地基进行硬化处理,一次性投入费用较高,因此只在三处跨路施工时采用。

    3  施工支架检算

    3.1  检算荷载取值

    支架所受恒载为钢筋混凝土梁体的自重,活载(包括支架与模板自重) 按恒载的25 %考虑,设计安全系数按1.2 计。每联三跨梁体C50 混凝土用量368.42m3 ,钢筋混凝土重度26.0 kN/m3 。由此得每联支架承受钢筋混凝土梁体恒载为368.42 m3 ×26.0 kN/m3 = 9 578.92 kN :
每跨支架计算荷载为(9 578.92 kN ×1.25) ÷3 ×1.2 = 4 789.46 kN。

    3.2  顺桥向5 m跨钢梁设计及检算

    龙门支架沿主桥轴线方向共等距布置10 根钢梁,与垂直轴线方向的钢梁焊接在一起,梁上均布单向荷载,在检算时按简支梁计算。为确保施工安全,考虑荷载由中间8 根钢梁承担,则每根钢梁承受的线荷载设计值q = (4 789.46 kN ÷25 m) ÷8 = 23.95 kN/m ,由此计算钢梁截面弯矩和截面抵抗矩为:

    Mmax = ql2/8 = 23195 ×52 ÷8 = 74184 kN·m:

    W = Mmax /f= 74.84 ×106 N·mm/(215 N/mm2 ) =348.09 cm3

    与工字钢截面特性表中所列标准值进行比较,初步确定选用I25a 型工字钢,WI25a = 401.9 cm3 。虽然钢梁强度满足要求,但钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比l1/b1 = 43.10 ,大于不需计算整体稳定性的最大l1/b1 值(13) ,因此需检算钢梁的整体稳定性。根据钢梁的跨度和选型情况,查钢梁稳定系数表并经转换计算求得该I25a 钢梁的整体稳定系数φ′= 0.643。考虑此系数后,钢梁受压截面抵抗矩为:

    W = Mmax/φ′f = 74.84 ×106/(0..643 ×215) =541.36 cm3 > 401.9 cm3 = WI25a

    因此,钢梁的整体稳定性不能满足要求,需重新考虑钢梁选型。对照截面特性表中所列标准值,确定选用I32a 型工字钢,此时钢梁整体稳定性经计算可以满足要求。

    计算钢梁的挠度为:

    ωmax = 5 ql4/384 EI = 5 ×23.95 kN/m ×( 5 m) 4 ÷(384 ×2.06 ×105 N/mm2 ×11 076 cm4 = 0.85 cm < [ω]= 500 cm/250 = 2 cm ,刚度满足要求。

    钢梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比l2/h= 3.13 , 小于需计算局部稳定的最小l2/h 值( 13 = 13) ,满足钢梁的局部稳定要求。

    由此可见,沿桥轴线方向5 m 跨钢梁选用I32a 型工字钢,其强度、刚度和稳定性均可满足要求。

    3.3  横桥向4 m跨钢梁设计及检算

    龙门支架垂直主桥轴线方向的钢梁所受荷载由上部钢梁传递下来,受力点较多(10 个) 且均匀分布在上翼缘,故可按简支梁均布单向荷载考虑。钢梁承受的线荷载设计值q = [ (4 789.46 kN ÷25 m ×5 m)/2 ] ÷8m = 59.87 kN/m。

    按3.2 节方法计算,垂直主桥轴线方向4 m 跨钢梁选用I36a 型工字钢,其强度、刚度和稳定性均满足要求。

    3.4  钢管柱设计及检算

    龙门由6 根立柱支撑,此时每根立柱实际承受上部钢梁传递的荷载力为:

    N = (4 789.46 kN ÷25 m ×5 m) ÷6 = 159.65 kN。

    在材料选用时需同时考虑钢管柱符合轴心受压稳定条件和强度要求,初步确定选用φ245 ×8 热轧无缝钢管,则有:
  
    A =π×122.52 - π×(122.5-8) 2 = 5 956.46 mm2

    Ix =π/64 ×(2454 - 84 ) = 176 861 879.60 mm4

    ix =  = 172.31 mm ,

    λ= l0/ix = 4 500/172.30 = 26.12 < 150 = [λ] 。

    因此该钢管柱不是长细杆,符合轴心压杆稳定条件。由长细比λ的取值查表求得轴心压杆稳定系数φ≈0.970 , f = 235 N/mm2 , 则钢管柱承受临界荷载力Nmax = fφA = 1 357.96 kN。

    钢管柱可承受的临界荷载远远大于上部传递来的荷载要求,因此考虑重新选型,经试算可选用<159 ×4热轧无缝钢管,柱的长细比λ= 35146 ,符合轴心压杆稳定条件:临界荷载Nmax = 435130 kN ,满足强度要求,因此决定选用此型钢管柱。

    3.5  钢管柱基础设计

    钢管柱基础采用C20 混凝土独立基础,下设100mm 厚C10 混凝土垫层。根据当地实际情况和有关勘察设计资料,地耐力P 取0.1 MPa ,C20 混凝土基础轴心抗拉强度设计值f 取1.1 M/a 。

     由公式P = N/A 计算钢管柱基础所需最小底面积Amin = N/[ P ] = [ (4 789146 kN ÷25 m ×5 m)P6 ] ÷0.1 MP = 1.60 m2 。为确保安全,采用边长为1.4 m 的正方形,实际基础底面积A = 1196 m2 ,大于要求的最小基础底面积,满足安全要求。

    根据C20 混凝土基础可承受的冲切承载力大于其实际承受上部传递下来的压力,即:

    N1 = 0.6f 1μm ho = 0.6 ×1.1 MPa ×(159 mm + ho )ho > N = 159.65 kN ,计算得ho > 419.64 mm ,因此选用基础厚度为450 mm可以满足要求。

   
(责任编辑:刘莹)
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