后张法预应力简支箱梁支架及基础设计方案

后张法预应力简支箱梁支架及基础设计方案一、工程概况一、工程概况及主要工程量1．工程概况工程概况：XXX大桥位于武广客运专线乌龙泉至花都段，本工程为曲线谷架桥，双线，中心里程为DKXXX，，孔跨布置形式为7×32m简支梁，桥面设置i‰纵坡，坡向武汉端，平曲线半径10000米。支座采用KTPZ-I-6000盆式橡胶支座，其中固定支座均设于每孔梁的武汉端（下坡端）。箱梁上预留设置接触网支柱基础条件，预留接地体，梁部出水口应引至桥下适当位置，以避免其冲刷对环保和桥梁基础造成不利影响。2．本桥桥址处的水文地址概况本桥地下水不发育，仅见于谷地，为孔隙潜水，主要赋存第四系粘性土中，受大气降水和地表水的渗入补给，受季节影响较大，地下水埋深约0.5米，地下水对混凝土及混凝土中钢结构有溶出型弱侵蚀性。山坡及谷地表层为粉质粘土，II类等级，承载力为150kpa，厚度为2～5m左右，下层为砂质板岩，全风化，III级，承载力为200kpa，强风化，（2）2,Ⅳ类等级，承载力为300kpa，平均厚度约4～10m左右,再下层为砂质板岩，弱风化，Ⅴ级，承载力为500kpa。3．箱梁设计概况设计为3-32m曲线形后张法预应力砼单箱单室等高简支梁，梁长32.6m，梁体砼设计强度C50，封锚采用强度等级C50的无收缩混凝土，箱梁顶宽13.4m，底宽为5.50m，翼板宽度为3.35m，梁高3.05m。二、支架方案设计一、支架总体布置施工时首先进行支架基础、支架结构的设计与施工，箱梁跨度为32.60米，所以拟在每跨设6排支撑墩，支撑墩基础为灌注桩基础，在基础上面预埋3.2cm厚钢板及高强螺栓；支撑墩基础形式为单桩承台独立基础，基础设计形式见附图。支架立柱采用φ529×10钢管，立柱顶部配合设置500×800mm钢箱梁，上部设贝雷架，贝雷架上铺设I20工字钢次梁和底模系统，其具体结构如后面附图所示。二、钢管桩立柱支架1．支架基础根据招标图纸及地质资料，结合现场自然地貌情况，选定层σ0=300kpa的砂质板岩层作为持力层，立柱基础施工是首先进行桩基灌注，然后绑扎承台钢筋，进行承台混凝土现浇，在顶面埋设预埋件以固定钢管桩，基础混凝土标号C20。基础尺寸及平面布置见附图。2、安装钢箱梁1)钢箱梁运至现场后，利用吊车逐个排架安装。2)然后再吊到支架上进行接长。3)贝雷架安装完成后，由于箱梁有纵坡，钢箱梁与贝雷架连接处顺桥向会形成间隙，应在下面塞满钢板，焊接固定，保证贝雷架为面受力，而不是线受力。4)贝雷桁片沿纵桥向布设好后，横桥向安装I22工字钢，然后铺设底模系统。5)底模系统包括面板、槽钢加劲肋、可调千斤顶等结构。面板采用8mm钢板，钢板加劲勒［14b型槽钢。6)梁体底面至立柱顶面换算高度：80+140+220+400+220+1500+800=3290mm7)千斤顶与上下构件连接方式，上部与工字钢或槽钢采用螺栓连接，螺栓为M16，在支撑顶板四角布设，下部与工字钢通过限位器连接。3、支架预压3.1支架安装完成后在箱梁施工前为确保支架施工使用安全需对支架进行压载试验，其目的如下：为保证施工安全、提高现浇梁质量，在箱梁支架搭设完毕、箱梁底模铺好后，对支架进行预压。预压目的一是检验支架及基础承载力是否满足受力要求；二是是消除支架及地基的非弹性变形，三是得到支架的弹性变形值作为施工预留拱度的依据，同时测出地基沉降，为采用同类型的桥梁施工提供经验数据。3.2支架预压方法预压重量为设计荷载（箱梁自重、内外模板重量及施工荷载之和）的120%。加载时按照设计荷载的0、30%、60%、100%、120%、分四级加载，测出各测点加载前后的高程。持荷7d后，再分别按加载级别卸载，并分别测出每级荷载下各测点的高程值。根据本桥现场特点，拟采用沙包堆载进行预压，详细预压方案如下：为了保证在箱梁混凝土浇注卸架后满足设计的外形尺寸及拱度要求，检验支架的整体稳定性及支架的实际承载能力，以消除支架、支撑方木和模板的非弹性变形和地基的压缩沉降影响，同时取得支架弹性变形的实际数值，作为梁体立模的抛高预拱值数据设置的参考。在施工箱梁前需进行支架预压和地基压缩试验，避免箱梁砼因支架不均匀沉降而出现裂缝，在浇筑箱梁混凝土前前要进行支架的压载试验。本桥支架体系采用梁式支架承力结构，结构简单，受力明确，在贝雷梁架好后，通过简化受力荷载，采用混凝土预制块代替预压荷载，加载如图。本方案对全桥每一跨支架进行预压试验，根据结果确定箱梁预压拱度尺寸，进行高度调整。测量等级按四等水准测量控制箱梁施工支架预压的工艺流程如下：铺设箱梁底模观测卸载后各测量点标高值H4观测布载后各测量点标高值H2卸载布置测量标高点并记录好每点的初始标高值H1观测卸载前各测量点标高值H3加载根据计算结果调整底模标高吊装预制块及相关加固作业二、工艺流程各步骤具体操作1、铺设箱梁底模板铺设好箱梁底模板，将底模板顶面标高尽量调整到箱梁底设计标高，同时加强对模板下各层支架的检查，确保支架底传递荷载的支架与支架之间、支架与贝雷之间、支架与模板之间各相邻面接触紧密，无明显缝隙。2、布置测量标高点为了解支架沉降情况，在加载预压之前测出各测量控制点标高，测量控制点按顺桥向底模底每排钢管柱布置一排，支架混凝土基础布置一排，每排4个点。在加载30%、60%、100%、120%后每天上下午均要复测各控制点标高一次，如果加载120%后所测数据与加载前所测数据支架日沉降量小于0.2毫米（不含测量误差）时，表明地基及支架已基本沉降到位，可进行卸载，否则还须持荷进行预压，直到地基及支架沉降符合以上要求为止。3、加载荷重计算及加载方法本工程箱梁为等截面，计划采用混凝土预制块加载的方法进行预压。加载方式见附图加载宜分4级进行，即加载30%、60%、100%、120%。上部加载所需的预制块，用汽车吊提升至梁底模上部。4、对加载后各测量点标高值H2进行测量布载结束后立即进行观测各测量点的标高值H2，并做好相应的记录。5、测量卸载前各测量点标高值H3维持布载72小时后、卸载前测量各测量点标高值H3。6、卸载卸载过程的操作基本与加载过程相反7、观测卸载后各测量点标高H4卸载后测量出各测量点标高值H4，此时就可以计算出各观测点的变形如下：非弹性变形f3=H1-H4。通过试压后，可认为支架、模板、方木等的非弹性变形已经消除。弹性变形f2=H4-H3。根据该弹性变形值，在底模上设置预拱度δ2，以使支架变形后梁体线型满足设计要求。另外，根据H2和H3的差值，可以大体看出持续荷载对支架及贝雷梁变形的影响程度。8、调整底模标高根据设计技术交底，本桥梁的设计预拱度最大为16.11毫米，9、调整底模标高及预拱度设置对于已进行预压区段，根据如下调整底模标高：三、注意事项1、铺设底模板后测量H1前应加强对支架的全面检查，确保支架在荷载作用下无异常变形。2、由于支架较高，加载重量较大，因此在加载及卸载过程中必须随时对支架情况进行观测，以免发生意外。3、加载过程中应安排专人加强对支架及地基变形情况的观测，如有异常变形，应及时通知现场施工管理人员立即停止加载，在采取足够的加固措施后方可继续加载，以免出现重大安全事故。4、加载及卸载过程应加强施工现场安全保卫工作，确保各方面的安全。5、预压完成后，根据支架变形情况及地基沉降程度，采取必要的措施对薄弱环节进行加强，确保施工安全和工程质量。三、支架检算一、荷载计算箱梁标准截面：梁高3.05m，底板宽5.50m，顶板宽13.4m。施工时混凝土分两次浇筑，连续施工，在6小时内将箱梁一孔混凝土整体浇筑完成，假定箱梁纵向为均布载荷，箱梁标准断面如图：箱梁标准断面图单位：毫米二、贝雷片的布置及检算施工荷载：主要由钢筋砼自重q1，模板自重q2，贝雷片自重q4，钢箱梁自重q5，施工人员和工具荷载g1，倾倒砼时产生的冲击荷载，振捣砼后产生的荷载。1、钢筋砼自重327.6m3×2.4+11.084+54.322+4.003+0.507+3.958+0.497=860.611t2、模板自重160t×1.05=168t3、贝雷片自重①腹板部分，双排布置钢材E=2.1×105MPa查《装配式公路钢桥多用途使用手册》双排单层贝雷片I=500994.4m4贝雷片自重610/3=203kg/m=2.03KN/m10#槽钢10×4/1=40kg/m=0.04KN/m4、作用于贝雷梁上的荷载施工荷载①施工人员及机具重量=2KN/㎡②砼振捣2KN/㎡③砼泵送冲击力2KN/㎡④风荷载不考虑（计算支架不考虑）⑤养护荷载0.3KN/㎡⑥冬施材料荷载0.3KN/㎡5、作用于贝雷片上的荷载①q1=（860611kg+160000×1.05kg）/32m×9.8÷1000=315.012KN/m②施工人员及机具重量2KN/㎡×13.4m=26.8KN/m③砼振捣及泵送砼冲击力2KN/㎡×13.4=26.8KN/m④养护及冬施荷载0.3KN/㎡×13.4=4.02KN/m；⑤贝雷片自重荷载2.07KN/m贝雷片采用国产“321”公路钢桥架，纵向根据箱梁跨度分5跨布置，32m跨度按6m+6m+6m+6m+4.5m布置。横向截面根据箱梁的具体结构布置，底板及翼板下均采取间距为450mm双排单层贝雷片。见下图所示：底模3＃千斤顶工22Φ630Φ630下人行走道贝雷架H型钢400×8001＃连接器前支点工22][20[10上人行走道δ=8[12撑杆][20外侧模撑杆7673462对拉杆桁架2桁架1桁架3单管扣M1M1M3M2M1M1M4M4M1M1M2M3M1M1M1[12+[10R200R750290921238002＃连接器2＃千斤顶7008206001＃千斤顶贝雷片布置6、贝雷片上荷载底模22#槽钢压在贝雷片上，间距1.5米，首先计算22#槽钢上的均布荷载q=(315.012+26.8+26.8+4.02)/5.5=67.75(KN/m),计算模型及计算书如下：E=2.1×105MPa，I=3405.9331(cm4)，EI=2.1*108KN/M2*3.406*10-5m4=7.1526*103KN-m21.52,51,5221,51.52,5q1=33.875KN/m2q2=67.75KN/m2q1=33.875KN/m2弯矩及剪力表跨号左端V(KN)左端M(KN-m)跨中Mmax（KN-m）右端V(KN)右端M(KN-m)第1跨000-508.1-38.1第2跨423.4-17.6438.822-423.4-17.64第3跨508.1-12.706.352-508.1-22.583第4跨677.5-12.711.292-677.5-22.583第5跨677.5-22.5811.292-677.5-22.583第6跨508.1-12.76.352-508.1-17.64第7跨423.4-12.78.822-423.4-38.11第8跨508.1-38.10001-8支座反力分别为：93.16KN，93.16KN，118.56KN，135.5KN，118.56KN，93.16KN，93.16KN贝雷片上的荷载为q=135.5/1.5=90.33KN/m。贝雷片每3m上下都用［10号槽钢作为横向联系，用U形卡扣扣住，把贝雷片联成整体，使每排贝雷片受力较为均衡。考虑到横向截面的不均匀，每一排贝雷片受力情况也不一样，两侧翼板下的贝雷片相对较小，考虑模板、横梁、横向联系梁能起到一部分分散荷载作用，翼板下的荷载取中间的一半，并且要求满足安全系数1.5以上。贝雷架钢材的弹性模量E=2.1×105MPa,剪力模量G=8.1×104MPa查《装配式公路钢桥多用途使用手册》双排单层贝雷片I=500994.4cm4W=7157.1cm3贝雷片整体能承受的最大弯矩[M]max=1576.4×7/1.5=7356.53KN·M[Q]max=490.5×7/1.5=2289KN取32m跨度，最高墩身第二跨即（1#--2#墩)进行验算，2003580010673102070020068.99669.2816#墩广州台5326065.92665.