冯德生,向 伟
(1.重庆交通大学 土木建筑学院,重庆 400074;2.四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000)
支架法、抱箍法和剪力销法是桥梁盖梁施工中常用的几种支撑体系。其中剪力销法支撑体系不仅施工相对简便,对地面承载力无要求,节约大量材料,降低施工成本,缩短工期,而且能够承受较大荷载,特别适合于大体积高墩盖梁的施工。
龙河大桥位于重庆市石柱县,全长576m,为直线桥,其下部结构设计为变截面三柱式实心墩+大体积钢筋混凝土盖梁。墩柱最大高度53.5m,盖梁设计尺寸为24.9m×2.2m×2.0m,计C30混凝土104.5m3,属高墩大体积盖梁,见图1。
图1 盖梁结构(单位:m)
预留孔→横穿圆钢棒→纵梁工字钢吊装→横梁工字钢安装→施工放样→盖梁底模板安装→支撑体系预压→盖梁钢筋绑扎→盖梁侧模板安装→密封性检查→浇筑混凝土→拆除模板。
盖梁采用木制底模及侧模,侧模外侧绑扎方木条以增强其局部稳定性,底模铺设在间距为0.3m的I20a#工字钢横梁上,底模与工字钢横梁之间用密排钢管做垫层,工字钢横梁长度为3m,以便在盖梁两侧设置施工作业平台。
横梁下采用4根13.5m长的I63a#工字钢做承托梁,承托梁与横梁之间用楔形木块拼成的长方体做垫块,以调节底模横坡至设计标高。承托梁搁置在横穿墩柱的圆钢棒上,由钢棒将盖梁施工时的所有荷载传给墩柱。两侧墩柱上钢棒直径140mm,中间墩柱上的钢棒直径为160mm,其分别用Φ160mm、Φ180mm PVC管预留圆形孔洞。剪力销法的支撑结构如图2所示。
图2 支撑结构纵截面
墩柱分别采用Φ160mm、Φ180mm PVC管预留圆形孔洞,孔洞中心距盖梁底约108cm。为便于钻孔安装PVC管,在墩柱预留孔洞处采用木模,PVC管与模板间的空隙填塞海绵,以防止漏浆。
PVC管安装时严格按施工设计图进行测量定位,为防止PVC管在浇筑砼时位置发生移动,采用Φ12mm圆钢制成17cm×17cm、19cm×19cm的“井”字架进行固定,“井”字架每50cm设一道并与墩柱钢筋焊接牢固。墩柱砼浇筑完成后,每隔20min左右转动一次PVC管,避免PVC管与混凝土粘结而不能抽出,待混凝土终凝后抽出PVC管,形成孔洞。
PVC管安装与墩柱主筋和箍筋的安设位置相冲突,施工时稍微改动了主筋和箍筋的位置,并采用监理工程师同意的措施对钢筋进行加强,以免改变墩柱受力状态。
用长3m的Φ140mm、Φ160mm的45#热轧圆钢棒分别横穿两侧及中间墩柱孔洞作横挑梁,支撑I63a#工字钢承托梁。在孔洞与圆钢棒之间的空隙打入木塞,以防止圆钢棒转动。采用塔吊进行圆钢棒的安装。
由图2可知,承托梁承受荷载的两端悬臂长度为3.4m,中间两跨长度均为9.05m,总长度达24.9m。工字钢标准长度最大为12m,如果将其焊接至24.9m,则会造成焊接部位受力复杂且因其重量太大不易吊装及运输。盖梁两侧混凝土重量较中间小,本工程采用4片12m标准I63a#工字钢分别加焊了1.5m,并在焊接部位进行了局部加强。在用塔吊吊设承托梁时,将其焊接部位搭在盖梁外侧,如图2所示。中间墩柱处工字钢左右各两片紧挨着搭在横挑梁上,如图3(左)所示。盖梁左右承托梁之间采用长2.4m的Φ12mm螺杆进行连接,螺杆间距为7m。
图3 支撑结构横截面(左侧为中间支撑处,右侧为两端支撑处)
横梁采用I20a#工字钢,间距0.3m,长度为3m。横梁上密铺钢管及底模。
在工字钢横梁两端每隔0.9m焊接Φ22mm钢筋1根,长度为50cm。将长度1.2mΦ28mm空心钢管套在钢筋上作立柱,立柱用3道水平长钢管连接,间距为40cm,形成防护栏。防护栏与模板之间的横梁上铺设竹架板作为施工平台,竹架板与横梁采用铁丝绑扎牢靠。防护栏杆及施工平台挂设细目安全网,以确保施工安全。
1)I63a工字钢、I20a工字钢:
2)45#热轧圆钢棒
1)木模板取0.5kN/m2;I63a#工字钢、I20a#工字钢等模板支架及栏杆取5kN/m。
2)新浇筑的混凝土容重取24.5kN/m3。
3)盖梁每一立方米混凝土的钢筋容重取1.5 kN/m3(该桥工程设计图中盖梁每一立方米混凝土的钢筋平均容重为1.4kN/m3)。
4)活载。
①施工人员及振动棒等施工设备取2.5 kN/m2。②振捣混凝土时对水平模板产生压力,取2 kN/m2。
5)盖梁荷载效应组合。将以上荷载合并,盖梁施工每延米容重G=132.4kN。因为盖梁的两侧高度为1m,所以其每延米容重为中间盖梁的一半。盖梁施工时桥墩正上方的重量是直接施加在桥墩上的,因此在圆钢棒处只计算盖梁两侧超出桥墩的20cm钢筋混凝土和模板容重。将盖梁施工每延米容重分三类,按体积比例分别计算各部分每延米容重:
6)在盖梁荷载效应组合下一片承托梁每延米支撑容重(q1、q2、q3之间的每延米容重按线性内插求得)如图4所示。
图4 一片承托梁每延米支撑容重
图4中,q1=66.2kN/m,q2=33.1kN/m,q3=6.0kN/m,q4=(q1+q3)/2=36.1kN/m。
q1,q2,q3,q4分别代表图4所示位置处一片承托梁每延米支撑容重。不计挡块的重量,这对支撑体系的计算是偏安全的。
承托梁采用长度为13.5m的I63a#工字钢,上铺设I20a#工字钢及底模,承受模板传来的荷载及自身重量。将其受力简化为受线性荷载,跨度为12.95m的简支梁(见图4)。计算得出两侧桥墩处每片承托梁对钢棒压力为454.1kN,中间桥墩处每片承托梁对钢棒压力为250.6kN;I63a工字钢的最大弯矩为537.9kN·m,最大剪力为298.9kN/m。
1)弯曲正应力强度校核:工字钢的弯曲正应力小于容许正应力,满足设计要求。
2)弯曲剪应力强度校核:
工字钢的弯曲剪应力小于容许剪应力,满足设计要求。
3)I63a#工字钢在圆钢棒处及自身焊接处的腹板双面焊有加劲肋,见图2,以加强其局部稳定性。
4)2片承托梁之间采用长2.4m的Φ12mm螺杆进行连接,螺杆间距为7m。等截面工字钢简支梁受压翼缘的长度l与宽度b之比为11.1,小于13,因此,可不计算承托梁的整体稳定性。
工字钢的挠度小于容许挠度值,满足设计要求。
两侧桥墩处每片承托梁对钢棒压力为454.1 kN,中间桥墩处每片承托梁对钢棒压力为250.6kN。
3.4.1 两侧桥墩处钢棒受力检算
1)弯曲正应力强度校核
钢棒的弯曲正应力小于容许正应力,满足设计要求。
2)弯曲剪应力强度校核钢棒的弯曲剪应力小于容许剪应力,满足设计要求。
3.4.2 中间桥墩处钢棒受力检算
在实际施工过程中,由于工字钢交错搭在圆钢棒上,外侧承托梁距桥墩的距离比理想值偏大,计算中取1.1的扩大系数。
1)弯曲正应力强度校核:
钢棒的弯曲正应力小于容许正应力,满足设计要求。
2)弯曲剪应力强度校核:
钢棒的弯曲剪应力小于容许剪应力,满足设计要求。
横梁采用长度为3m的I20a#工字钢,上铺设钢管及底模,承受模板传来的荷载。将其受力简化为受均布线性荷载,跨度为2.2m的简支梁。两桥墩之间有16根横梁,均布荷载
1)弯曲正应力强度校核:
工字钢的弯曲正应力小于容许正应力,满足设计要求。
2)弯曲剪应力强度校核:
工字钢的弯曲剪应力小于容许剪应力,满足设计要求。
3)横梁刚度校核:
工字钢的挠度小于容许挠度值,满足设计要求。
1)根据施工条件及机械配置合理考虑冲击荷载,注意各种荷载考虑全面。
2)中间桥墩处钢棒受力检算时,要考虑交叉的承托梁之间的缝隙,外侧承托梁距桥墩的距离比理想值偏大,计算中可取1.1的扩大系数。
3)预留穿心棒的孔洞位置要设计准确,充分考虑模板、工字钢等结构尺寸,并仔细复核确保无误。
1)预留孔直径比圆钢棒直径大1~2cm,预埋位置准确,特别注意高程控制。
2)剪力销与墩柱接触部位,在剪力销下部混凝土内预埋钢筋,防止混凝土局部破坏。
3)浇筑盖梁前,要楔紧剪力销与预留孔洞之间的缝隙。
4)安装模板时,注意盖梁横坡的设置。
5)盖梁底模安装完成后,按梁重的1.2倍进行堆载预压,堆积过程中观察支撑体系的变化,预压48h后测量支撑系统的弹性下沉量,以此设置模板预拱度,并在施工后根据施工实际情况进行调整,确保盖梁满足设计要求。
6)浇筑盖梁混凝土时,严格控制浇筑速度,并加强监控,随时测量纵梁、横梁及支架体系的变形。
7)拆除支撑体系时,应先拆除侧模板,待盖梁混凝土达到一定强度后再拆掉底模板及纵梁等。
8)拆除支架体系后,要用同标号微膨胀性混凝土将预留孔浇筑密实,并进行表面修整。
1)安全合理性。结合施工条件对支撑体系进行受力验算,证明了剪力销法施工方案是安全可行的。在施工过程中根据支撑体系的预压,使得施工更加合理,盖梁线性平稳,满足横坡要求。
2)实用性。通过合理利用剪力销、I63a#工字钢作受力支架体系,较好地解决了龙河大桥三柱式高墩盖梁施工困难的问题,施工效果良好。
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