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新建鐵路蘭州至烏魯木齊第二雙線（甘青段） LXS－13標(biāo)河口村1號(hào)特大橋 門(mén)式橋墩蓋梁施工支架設(shè)計(jì)方案 中鐵九局集團(tuán)有限公司LXS－13標(biāo)蘭新項(xiàng)目經(jīng)理部 2010年12月4日 新建鐵路蘭州至烏魯木齊第二雙線（甘青段） LXS－13標(biāo)河口村1號(hào)特大橋 門(mén)式橋墩蓋梁施工支架設(shè)計(jì)方案 編 制： 審 核： 審 定： 審 批： 編制單位：中鐵九局集團(tuán)有限公司 編制時(shí)間：2010年12月4日 一、 工程概況 河口村1號(hào)特大橋第187＃橋墩、里程DK720＋477.75～第193＃墩、里程DK702＋626.19，設(shè)計(jì)為門(mén)式橋墩。門(mén)式橋墩是用來(lái)跨越油氣管線。門(mén)式墩的最大高度17.5m，門(mén)式橋墩承臺(tái)平面尺寸為9.2m5.8m，門(mén)墩橫截面尺寸為4m2m，門(mén)墩蓋梁尺寸高2.6m寬4m長(zhǎng)22m，兩個(gè)門(mén)墩最大跨度20m。為保證門(mén)式墩跨越的輸油氣管線不受壓，門(mén)墩蓋梁擬采用大跨貝雷桁架梁支架施工方案。 門(mén)式橋墩外形尺寸如圖1所示。 二、門(mén)式墩蓋梁大跨支架施工設(shè)計(jì)方案 1、方案概況 門(mén)式墩蓋梁施工支架采用直徑Φ500mm鋼管支撐柱、雙層組合加強(qiáng)型貝雷桁架作為主承重梁、I45b型工字鋼作為橫向分布梁（長(zhǎng)度不短于6m）、100mmΧ100mm木方楞、竹膠模板。 門(mén)式墩蓋梁施工支架結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。 2、貝雷梁數(shù)量設(shè)計(jì) 2.1、計(jì)算荷載 ①、蓋梁支撐部分自重 蓋梁長(zhǎng)度18m、高度2.6m、寬度4m。 蓋梁鋼筋混凝土重度ρ＝2.6t/m3。 蓋梁自重Q1＝18Χ2.6Χ4Χ2.6=486.72t。 ②、模板、支架平臺(tái)、支架梁等施工荷載Q2＝35％Q1＝170.35t； 根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，施工荷載按結(jié)構(gòu)自重的35％計(jì)列。 ③、結(jié)構(gòu)檢算荷載Q＝K（Q1＋Q2）＝788.49t。 換算均布荷載q=Q/1800=438.05kg/cm。 荷載系數(shù)K取1.2。 2.2、鋼管支撐柱承載力檢算 鋼管支撐柱采用直徑Φ500mm、壁厚t-10mm 鋼管。兩端共計(jì)4根支撐柱全部落在承臺(tái)上，支點(diǎn)間距4.36m、支點(diǎn)跨距15m。 鋼管支撐柱的截面特性： 截面慣性矩I＝46220cm4； 橫截面積A＝153.938cm2； 延米重量p＝120.84kg/m； 鋼管回轉(zhuǎn)半徑r＝（I／A）0.5＝17.33cm。 初步擬定壓桿支撐高度H＝1063cm。 鋼管支撐柱支撐高度計(jì)算表 蓋梁支架高度組成計(jì)算表 單位 模板厚 2 cm 木楞 10 cm I20b工字鋼 20 cm 加強(qiáng)型貝雷梁 2170 cm 支架降落支座 30 cm I45b工字鋼帽梁 45 Cm 合計(jì) 427 cm 蓋梁總高度 1490 cm 鋼管支撐柱高度 1042 cm 鋼管長(zhǎng)細(xì)比：λ＝H／r=61.33。 依據(jù)λ查得折減系數(shù)ψ＝0.76。 支撐鋼管下端固定在承臺(tái)上，上端直接支頂降落支座。按一端固定、一端簡(jiǎn)支狀態(tài)驗(yàn)算。 鋼材的彈性模量E＝2.1105MPa＝2.1106Kg/cm2； 單根鋼管的軸心受壓支撐能力［Pcr］==847t。 受壓自由系數(shù)β取1。 鋼管允許支撐力P＝ψ［Pcr］＝644t。 檢算：一組支架共計(jì)布置4根鋼管，合計(jì)支撐力4P＝2576t＞＞計(jì)算荷載Q＝788.49t。 安全系數(shù)n=4P/Q=3.3倍，滿足結(jié)構(gòu)要求。 2.3、主桁架梁（雙排雙層加強(qiáng)型）貝雷桁架梁承載了檢算 2.3.1、貝雷桁架截面特性、物理力學(xué)參數(shù) ①、通用單片長(zhǎng)3m、高1.5m貝雷桁架參數(shù) 截面慣性矩I1＝250500cm4； 橫截面積A1＝50.96cm2； ②、雙加強(qiáng)型貝雷片 采用雙排雙層加強(qiáng)型貝雷桁架組合梁。共計(jì)布置三組（其中兩邊各兩片，中間加一組3片長(zhǎng)、15m）。上下加強(qiáng)型桁架組拼總高度340cm，組拼寬度36＋54＋36cm。 雙排雙層加強(qiáng)型截面特性 幾何特性 結(jié)構(gòu)構(gòu)造 W（cm3） I（cm4） A（cm2） 雙排雙層 加強(qiáng) 30641.7 4596255.2 457．6 ③、貝雷桁片力學(xué)性能 現(xiàn)行國(guó)產(chǎn)貝雷桁片弦桿材料16錳鋼，允許拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及彎應(yīng)力為1.3210＝273 MPa；允許剪應(yīng)力為1.3160＝208 MPa。 節(jié)點(diǎn)穿銷(xiāo)采用30鉻錳鈦鋼，允許拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及彎應(yīng)力為0.851300＝1105 MPa；允許剪應(yīng)力為0.451300＝585 MPa。 ④、單片貝雷桁片幾何尺寸如圖6.1所示 ⑤、貝雷桁架不均勻受力的安全考慮 按照相關(guān)貝雷桁架計(jì)算規(guī)范的要求，“三排單層貝雷的容許彎矩可按單排單層的乘以3再乘以不均勻系數(shù)0.9；雙排雙層的可按單排單層的乘以4再乘0.9；三排雙層的可按單排單層的乘以8再乘0.8。 2.3.2、確定主桁梁貝雷桁架梁所需片數(shù) 貝雷桁架梁的受力簡(jiǎn)圖如圖3所示。 ①、貝雷梁的撓度控制，按照“鋼結(jié)構(gòu)施工支架相關(guān)技術(shù)規(guī)范”要求，控制撓度按照1／500，貝雷梁支撐跨度15m，最大撓度取fmax=3cm。 ②、鋼材的彈性模量E＝2.1105MPa＝2.1106Kg/cm2； ③、根據(jù)均布荷載－簡(jiǎn)支梁跨中撓度計(jì)算公式： ④、所需慣性矩，由撓度計(jì)算公式，求得： ∑I＝＝＝4583391cm4。 ⑤、所需貝雷梁片數(shù)n=∑I／I＝1，考慮不均勻受力系數(shù)β＝0.8，取n=2組（組合貝雷桁梁）。 ⑥、組合貝雷桁架主梁的布置 布置在門(mén)式墩柱兩側(cè)各一組 2．3．3、貝雷桁架梁彎曲抗拉強(qiáng)度核算 ①、依據(jù)貝雷梁受力如圖3所示，求得跨中最大彎矩： Mmax=118273500kg-cm； ②、貝雷梁最大彎曲拉應(yīng)力 σmax＝Mmax/∑W=1930kg/cm2≈193Mpa；小于16錳鋼允許拉應(yīng)力、壓應(yīng)力及彎應(yīng)力273 MPa； ③、核算跨中最大撓度＝1.5cm=15mm，計(jì)算結(jié)構(gòu)不超標(biāo)。 以上檢算結(jié)果滿足施工支架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。 ④、貝雷桁架的腹桿抗壓屈服強(qiáng)度較低，經(jīng)驗(yàn)算加強(qiáng)型貝雷片每個(gè)支撐端承載能力為P＝494.3KN，按此能力所需貝雷桁架數(shù)量n＝（15Q182）49.43＝6.65，取7片。 2.4、I45b工字鋼帽梁 ①支撐跨度L＝4.36m＝436cm。 ②承擔(dān)荷載q=357.1kg／cm。 施工荷載按梁重Q1的15％，荷載系數(shù)K取1.2。 ③跨中撓度f(wàn)＝400／500＝0.8cm，按1／500控制。 ③、所需慣性矩，由撓度計(jì)算公式，求得： ∑I＝＝＝70853cm4。 ④、所需貝雷梁片數(shù)n=∑I／I1＝70853cm4／33760cm4＝2.1，取n=3根。 I45b工字鋼截面慣性矩I1＝33760cm4。 2.5、I20b工字鋼橫向分布梁 I20b工字的強(qiáng)度和撓度檢算滿足要求，檢算略。分布布置在18m跨度內(nèi)，布置20根I20b工字鋼，布置間距95cm。 2.6、100mmΧ100mm木方楞 100mmΧ100mm木方楞，以滿足模板安裝為基準(zhǔn)。布置間距不大于50cm。 2．7、蓋梁的模盒－模板結(jié)構(gòu) 依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資源條件，另行補(bǔ)充完善方案設(shè)計(jì)。 模板可采用竹膠模板，或者采用組合鋼模板。 3、支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 3.1、蓋梁施工支架結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖如圖2所示。 3.2、鋼管支撐柱布置位置如圖4所示。 3．3、支架落架支座結(jié)構(gòu)示意圖－圖5。 3．4、支架落架照片—參考照片－圖6。 3．5、組合橫梁橫向支撐加固支架結(jié)構(gòu)示意圖－圖7。 3．5、鋼管支撐柱橫向加固結(jié)構(gòu)示意圖－圖8。 兩端局部需焊接10mm厚肋鈑，以增加局部承載力承受能力。 3．6、蓋梁支撐架橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖－圖9。 縱向貝雷桁架梁共計(jì)采用3組5片雙層加強(qiáng)型桁架。其中兩邊各放置2組27m長(zhǎng)雙層貝雷桁架梁、中間放置3組15m長(zhǎng)雙層貝雷桁架梁。 3．7、鋼管支撐柱底座頂帽結(jié)構(gòu)示意圖－圖10。 三、支架施工注意事項(xiàng)及保證措施 1、加強(qiáng)組合貝雷桁架梁的橫向穩(wěn)定性，防止側(cè)向屈穩(wěn)。 加固措施：兩組桁架間架設(shè)3道橫向連接間隔支撐桁架，分別安放在跨中和兩個(gè)鋼管支撐柱附近處。間隔加固支架桁架參考圖7制作，高340cm、凈寬400cm。間隔加固支架與桁架間的空隙使用墊鈑填塞嚴(yán)密。 貝雷梁要與墩柱貼住放置，使用I20工字鋼或者槽鋼做夾板、配備φ32精軋螺紋拉桿拉緊，抱住、夾緊墩身。 2、貝雷桁架梁桿件組裝，對(duì)有彎曲、銹蝕嚴(yán)重、電焊燒傷嚴(yán)重、桿件接頭開(kāi)焊的應(yīng)不得使用；兩層桁架間弦桿應(yīng)連接牢固，使其成為一體。 3、在兩組貝雷桁架梁安裝和拆卸過(guò)程，要注意另一榀翻倒事故。應(yīng)在墩身上進(jìn)行單獨(dú)榀片的拉結(jié)栓牢措施。 4、I45b工字鋼平臺(tái)兩端有懸臂，在端部安放兩根小槽鋼，將所有I45b工字鋼橫梁連成一體，并與貝雷梁捆扎牢固，防止傾覆事故。 5、貝雷梁落架使用支架降落支座，要求每個(gè)支座支撐能力達(dá)到300噸。制作后，應(yīng)先在壓力機(jī)上試驗(yàn)檢驗(yàn)，達(dá)不到要求，增加肋鈑加固。 6、鋼管支撐柱橫向穩(wěn)定按圖8設(shè)置剪刀撐； 縱向穩(wěn)定：在柱頂與貝雷梁間，利用φ32精軋螺紋鋼所固、拉緊。約束鋼管柱產(chǎn)生縱向位移。 7、支架沉落量，根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，可以按20～30mm預(yù)留。 8、大跨蓋梁混凝土澆注過(guò)程，以及預(yù)應(yīng)力張拉后，蓋梁的收縮和壓縮，都會(huì)使得墩柱向內(nèi)彎曲位移，從而造成墩柱的彎曲次應(yīng)力。要及時(shí)和設(shè)計(jì)溝通，了解設(shè)計(jì)意圖。弄清楚是否在施工方案中采取相應(yīng)的防治方案。 9、支架預(yù)壓荷載，在18米范圍內(nèi)按結(jié)構(gòu)檢算荷載Q＝788.49t進(jìn)行預(yù)壓。 10、本方案是按照18m跨度、17.5m墩柱設(shè)計(jì)的。不可以直接用于其他尺寸的門(mén)式墩。 對(duì)于其他不同尺寸門(mén)式墩的支架方案，鋼管柱支撐點(diǎn)和支撐高度都要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。特別是貝雷梁的支點(diǎn)位置，必須考慮貝雷梁桁架的特點(diǎn)。支點(diǎn)應(yīng)落在節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)處，。支點(diǎn)跨度最好選在接頭節(jié)點(diǎn)處，一般是3m倍數(shù)位置，其次選擇桁架1.5m倍數(shù)桁節(jié)點(diǎn)位置。弦桿中間不得設(shè)集中力支撐點(diǎn)。鋼管柱支撐位置不得隨意放置。 11、桁架梁銷(xiāo)栓游間產(chǎn)生的下?lián)隙?，無(wú)法計(jì)算，應(yīng)當(dāng)通過(guò)實(shí)測(cè)確定。支架預(yù)壓后仔細(xì)測(cè)量－找到真值。支架整體標(biāo)高的小幅度調(diào)整，可在落架支座上添加墊鈑。