合肥方兴大道上跨莲花路天都路始信路连续梁施工方案优化设计.docx

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合肥方兴大道上跨莲花路天都路始信路连续梁施工方案优化设计

合肥市方兴大道上跨莲花路、天都路、始信路连续梁

施工方案优化设计

2013年4月7日，由局技术中心组织，在局南楼618会议室召开了《合肥市方兴大道上跨莲花路、天都路、始信路连续梁施工方案》审查会，并形成会议纪要。

根据会议纪要中要求完善的以下内容：

1、支架搭设横断面不统一，造成纵向连接困难对支架的整体稳定性不利，过程中要做好对支架纵向连接检查

2、主桥跨路门洞纵向I40b工字钢检算扰度值偏大，建议对腹板下纵向I40b工字钢进行加强。

另根据我分部进场后对通过局技术中心评审的连续梁施工方案仔细研读和对合肥市大号工字钢、螺旋管的市场调查。

提出以下连续梁施工方案的优化设计：

1、将原施工方案中不统一的支架横断面，改成统一的。

统一后的支架总宽度为13.8m，横桥向立杆间距全部统一为90×2+60×4+90×2+60×3+90×2+60×4+90×2cm。

支架顶托上10号工字钢横桥向、顺桥向放置均可，间距最大的均为90cm，方案检算及优化图按横桥向布置进行。

2、将原施工方案中的两个净宽7.7m的独立门洞优化为净宽6.5m的整体门洞，减小门洞纵向I40b工字钢的支撑点间距，从而大大降低工字钢的扰度。

调整螺旋管条形基础尺寸，由原方案中的1.2m宽优化为1.0m宽，高度由0.8m优化为根据进行螺旋管高度适时调整，保证门洞净高4.5m不变。

3、根据我分部的物资调查，局物资公司有部分I45a、I56a及φ480×10mm螺旋管。

为保证门洞搭设的材料供应，将原方案中部分部位I40a工字钢用I45a、I56a工字钢代替。

原方案中部分桥下门洞立柱φ529×10mm的螺旋管用φ480×10mm螺旋管代替。

4、为了保证梁的外观质量，避免分层浇筑接合处的施工缝，加快施工进度；莲花路桥P1-P7引桥180米箱梁将原方案砼每联分两次浇筑改为一次浇筑。

翼缘板下顶托方木原方案为8.5×8.5cm和12.5×12.5cm两种，支架搭设中高度很难控制，将翼缘板下顶托方木改为8.5×8.5cm方米。

通过以上方案优化设计后，我分部对存在变化的部位重新进行支架模板验算。

验算过程及优化后方案附图见附件。

附件：

优化设计施工方案部分的支架模板验算

1、支架搭设地基处理

1.1清除支架搭设范围内的全部表层杂填土，并以方兴大道设计道路中线为最高点向南北两侧设置1%的排水横坡进行场地平整压实。

平整压实后地基承载力达到180kPa的，直接浇筑10cm后C15砼垫层。

平整压实后地基承载力达不到180kpa的，需采取换填5%灰土的方式处理。

1.2承台基坑采用级配碎石分层回填压实。

部分顶管工作井在支架搭设范围内的需在砼垫层上再加设槽钢。

1.3既有砼、沥青路面处不再进行基础处理，直接在其上搭设支架。

1.4满堂支架基础处理横桥向宽度要求不小于35m，砼垫层宽度32m。

并在砼垫层外侧1.8m处顺桥向设置排水沟。

2、支架及模板设计

外支架体系从下至上依次为：

底托→碗扣式钢管脚手架→顶托→Ⅰ10工字钢（横桥向，腹板及翼缘板处为顺桥向10×10cm方木）→10×10cm方木（顺桥向，斜腹板及翼缘板处为横桥向）→竹胶板外模；

局部地质不良段如泥浆池或长期被水浸泡处等，按上述1.1条进行基础处理后，上述“底托”换成“顶托”，并在其下增设一层10×10cm方木配载。

箱室内亦搭设碗扣式钢管脚手架，侧面及顶面对撑内模木工板，木工板背肋采用5×10cm方木（@30cm，紧贴木工板）及10×10cm方木（大肋）。

支架及模板布置原则：

（1）外模碗扣式钢管脚手架

①横桥向立杆间距：

箱梁腹板范围60cm，翼缘板外侧90cm，其余部位90cm;

②顺桥向立杆间距：

箱梁横梁及腹板加宽范围60cm，其余部位90cm；

（2）箱室内钢管脚手架

横桥向、顺桥向立杆间距、横杆步距均为90cm。

（3）钢管立柱顶I10工字钢

钢管脚手架立柱顶I10工字钢横桥向摆放，顺桥向间距同立杆间距；工字钢单根长度不够时需对接，对接头必须设在立柱顶，且对接头下必须放置一根30cm长10×15cm短方木。

（4）I10工字钢顶10×10cm方木（竹胶板底）

方木横桥向间距：

除中横梁处为20cm外，其余均为30cm。

3、优化后支架及模板设计检算

（1）δ=15mm竹胶板

①1.8m高箱梁横梁处

竹胶板底模下为10×10cm方木（@30cm），方木净间距为20cm。

故可选择单位宽的竹胶板带，按单向简支板计算。

其上受均布荷载q，计算跨度按20cm。

选1cm宽的竹胶板带为计算模型。

其上均布荷载：

q=（1.8×0.01×0.2）m3×30KN/m3/0.2m=0.54KN/m

δ=15mm，1cm宽板带抗弯截面模量W=10×152/6=375mm3

计算模型如下：

q=0.54KN/m

板带跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=2700N•mm

相应板带跨中最大应力σmax=Mmax/W=7.2MPa≤[σ]=18MPa

②3.0m高箱梁横梁处

竹胶板底模下为10×10cm方木（@20cm），方木净间距为10cm。

故可选择单位宽的竹胶板带，按单向简支板计算。

其上受均布荷载q，计算跨度按10cm。

选1cm宽的竹胶板带为计算模型。

其上均布荷载q=（3.0×0.01×0.1）m3×30KN/m3/0.1m=0.9KN/m

δ=15mm，1cm宽板带抗弯截面模量W=10×152/6=375mm3

计算模型如下：

q=0.9KN/m

板带跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=1125N•mm

相应板带跨中最大应力σmax=Mmax/W=3.0MPa≤[σ]=18MPa

（2）10×10cm方木

①箱梁1.8m高横梁处

该处10×10cm横桥向间距30cm。

顺桥向脚手架立杆间距（I10工字钢顺桥向间距）60cm，故方木计算跨度按60cm。

其上均布荷载q=（1.8×0.3×0.6）×30/0.6=16.2KN/m

10×10cm方木抗弯截面模量W=100×1002/6=166667mm3，计算模型如下：

Q=16.2KN/m

方木跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=729N•m

相应跨中最大应力σmax=Mmax/W=4.37MPa≤[σ]=9MPa

②箱梁3.0m高横梁处

该处10×10cm横桥向间距20cm。

顺桥向脚手架立杆间距（I10工字钢顺桥向间距）60cm，故方木计算跨度按60cm。

其上均布荷载q=（3.0×0.2×0.6）×30/0.6=18KN/m

10×10cm方木抗弯截面模量W=100×1002/6=166667mm3，计算模型如下：

q=18KN/m

方木跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=810N•m

相应跨中最大应力σmax=Mmax/W=4.86MPa≤[σ]=9MPa

③箱梁腹板处

箱梁腹板按高度1.8m，宽45cm验算，考虑其下两根方木共同承担。

顺桥向脚手架立杆间距（I10工字钢顺桥向间距）90cm，故方木计算跨度按90cm。

其上均布荷载q=（1.8×0.45×0.9）×30/0.9=24.3KN/m

10×10cm方木抗弯截面模量W=100×1002/6=166667mm3，计算模型如下：

q=24.3KN/m

方木跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=2460N•m

相应跨中最大应力σmax=Mmax/（2W）=7.37MPa≤[σ]=9MPa

施工时，方木不得悬臂承载，必须平面互相错位,故方木中心间距必然小于30cm。

另箱梁腹板高度超过1.8m处，腹板下方木间距均按@20cm控制。

（3）I10工字钢

①箱梁3.0m高横梁处

顺桥向、横桥向脚手架立杆间距均为60cm，故工字钢计算跨度按60cm。

其上均布荷载q=（3.0×0.6×0.6）×30/0.6=54KN/m

热轧普通I10工字钢抗弯截面模量W=49cm3，截面惯性矩I=245cm4。

计算模型如下：

q=54KN/m

跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=2430N•m

跨中最大应力σmax=Mmax/W=49.6MPa≤[σ]=170MPa

工字钢的弹性模量E=2.1*1011Pa

跨中最大挠度fmax=5ql4/（384EI）=0.177mm≤[f]=l/400=1.5mm

②箱梁腹板处

本标段箱梁腹板最大高度3.0m。

横桥向脚手架立杆间距60cm，顺桥向脚手架立杆间距90cm。

故工字钢计算跨度按60cm。

其上均布荷载q=（3.0×0.9×0.6）×30/0.6=81KN/m

热轧普通I10工字钢抗弯截面模量W=49cm3，截面惯性矩I=245cm4。

计算模型如下：

q=81KN/m

跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=3645N•m

跨中最大应力σmax=Mmax/W=74.4MPa≤[σ]=170MPa

跨中最大挠度fmax=5ql4/（384EI）=0.266mm≤[f]=l/400=1.5mm

③箱梁翼板处

本标段箱梁翼板最大高度0.50m。

横桥向脚手架立杆间距60cm，顺桥向脚手架立杆间距90cm。

故方木计算跨度按60cm。

其上均布荷载q=（0.5×0.9×0.6）×30/0.6=13.5KN/m

10×10cm方木抗弯截面模量W=100×1002/6=166667mm3，计算模型如下：

q=13.5KN/m

跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=608N•m

跨中最大应力σmax=Mmax/W=3.65MPa≤[σ]=9MPa

（4）脚手架立杆

①立杆允许荷载[N]

本标段脚手架钢管均采用Φ48mm（δ=3mm）钢管，除中横梁处横杆步距h为60cm外，其余部位均为1.2m。

立杆伸出顶层水平杆长度a按35cm考虑。

根据《建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ166-2008），立杆允许荷载[N]=ψ•A•f。

其中：

ψ为轴心受压杆件稳定系数；A为立杆横截面面积，A=π•（242-212）=424mm2；f为钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值，取170MPa。

根据材料力学相关理论，立杆长细比（柔度）λ=（h+2a）/i。

式中立杆截面回转半径i=48/4•√[1+（42/48）2]=15.94mm；h=1200mm；a=350mm。

故立杆长细比（柔度）λ=119.2

查材料力学相关数据资料，可知立杆轴心受压杆件稳定系数ψ=0.441。

故[N]=ψ•A•f=0.441×424×170=31.8KN

同理，可计算3.0m高横梁处（横杆步距h=60cm）立杆柔度λ=81.6，查相关数据资料，可知ψ=0.683。

故[N]=ψ•A•f=0.683×424×170=49.2KN

②3.0m高横梁处

脚手架立杆顺、横桥向间距均为60cm，横杆步距60cm。

立杆最大压力N=（0.6×0.6×3.0）×30=32.4KN≤[N]=49.2KN

③1.8m高横梁处

脚手架立杆顺、横桥向间距均为60cm，横杆步距120cm。

立杆最大压力N=（0.6×0.6×1.8）×30=19.44KN≤[N]=31.8KN

④箱梁中腹板处

根据一般路段支架设计图，经过钢筋、竹胶板、方木及工字钢的多级配载后，可认为箱梁中腹板下三根立杆均匀承担相应区域内的箱梁荷载。

从CAD图中量测可知该区域面积为1.8026m2。

立杆顺桥向间距90cm。

于是可计算中腹板下脚手架力立杆承受压力：

N=（1.8026×0.9）×30/3=16.22KN≤[N]=31.8KN

⑤箱梁边腹板处

根据一般路段支架设计图，经过钢筋、竹胶板、方木及工字钢的多级配载后，可认为箱梁边腹板下三根立杆均匀承担相应区域内的箱梁荷载。

从CAD图中量测可知该区域面积为2.0442m2。

立杆顺桥向间距90cm。

于是可计算中腹板下脚手架力立杆承受压力：

N=（2.0442×0.9）×30/3=18.4KN≤[N]=31.8KN

⑥箱梁箱室空腔处

箱梁顶板厚25cm，底板厚23cm。

脚手架立杆顺、横桥向间距均为90cm。

立杆最大压力N=（0.9×0.9×0.47）×30=11.4KN≤[N]=31.8KN

⑦箱梁翼缘板处

翼缘板最大厚度0.5cm，脚手架立杆横向最大间距90cm，顺桥向间距90cm。

立杆最大压力N=（0.9×0.9×0.5）×30=12.15KN≤[N]=31.8KN

（5）地基承载力

土路基处采用20t轮胎式振动压路机先压实土路基（地基承载力不小于180KPa），再浇筑10cm后砼垫层。

3.0m高横梁处，立杆最大压力32.4KN，该处土路基基底压应σ=32.4/（0.6×0.6）=90KPa。

考虑1.1倍安全系数，σ=99KPa≤[σ]=120Kpa

其他部位立杆检算均满足施工要求！

4、门洞优化设计后的结构验算

方案优化设计后主桥跨路上方采用整体双跨7.0m工字钢门式支架（原方案计算跨度为7.81m，优化后计算跨度6.5m）。

根据现场实测跨路处原地面高程，对三座桥的门洞采用螺旋管高度、条形基础进行详细设计。

条形基础因在市政道路上修筑，对道路横坡的引起的标高变化通过调整螺旋管长度及基础高度进行处理。

纵坡方向以保证门洞净空为准，调整基础高度。

门洞纵向工字钢上在铺设一层横桥向10号工字钢或10号槽钢，作为立杆下分配梁。

优化后纵向桥像共设20排I40a工字钢，工字钢之间均采用Φ12钢筋焊接连接稳固，对顺桥向I40a工字钢进行结构验算。

根据原方案检算结果纵向工字钢上最大线荷载28.6KN/m，刚度计算为19.8KN/m。

（1）强度计算

按简支梁跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=151044N•m，则σ=M/W=151044/（1.09×10-3）=138.6MPa＜［б］=215MPa，满足要求。

（2）挠度计算

fmax=fmax=5ql4/（384EI）=10.1mm<1/400*L=6.5/400=16mm，满足要求。

门式支架南、北端支点均采用Φ480mm（δ=10mm）螺旋钢管立柱，立柱顶安置2I40a工字钢横向分配梁。

南、北侧分别设置14根钢管立柱，共42根；钢管立柱之间采用[12.6槽钢横向焊接加强稳定性,螺旋管与满堂支架间采取对撑对拉的方式加固，增强其纵向稳定性（单柱检算稳定性已满足要求）。

立柱底采用C30钢筋混凝土条形基础，基础宽1m，厚0.3-0.6m。

钢管立柱底与条形基础预埋的钢板焊接稳固，条形基础坐落在现状道路上，基础承载力满足要求。

箱梁底板在门式支架上方搭设碗扣式脚手架，横桥向10×10cm方木（@20cm）及竹胶板做底模。

（1）构件检算

①I40a工字钢（纵向分配梁）

综合上述，两跨简支工字钢纵向分配梁荷载叠加后计算可知：

支点处剪力Qmax=1556KN≤[Q]=80×341×10.5×5.5×5.5/1000=8864.8KN

I40a工字钢2.25m跨中最大弯矩：

Mmax=ql2/8=518.7×5.52/8=1697.78KNm

考虑0.9的工字钢不均匀分配系数，相应最大拉应力：

σmax=（Mmax/W）/0.9=[1697.78/（1090×30.25）]/0.9=57.21MPa≤[Q]=170MPa

工字钢最大挠度（考虑0.9的不均匀分配系数）：

fmax=5•q•l4/（384EI），其中E=2.1×105MPa，I=21720cm4则，fmax=7.3mm/0.9=5.9mm≤[f]=l/400=15.5mm

均满足施工要求！

②钢管立柱顶2I40a工字钢横梁

支点处支点总反力1556KN。

在箱梁横断面CAD图中量测计算，可知钢管立柱之间2I40a型工字钢承受弯矩最大，支点间距为2.40m;另逐跨量测计算可知，钢管立柱之间2I40a型工字钢挠度最大。

故2I40a工字钢横梁最不利拉应力计算跨度可按2.40m考虑，最不利均布荷载可按（2.21×6.0×30）/2.4=165.75KN/m。

图示如下：

q=165.75KN/m

σmax=Mmax/W=（q•L2/8）/W，q=159.12KN/m，L=2.40m，W=2×1085.7cm3，计算得：

σmax=57.2MPa≤[σ]=170MPa，满足施工要求！

另：

最大挠度可按下式计算，fmax=5qL4/（384EI），其中：

q=62.2KN/m，L=2.5m，E=2.1×105MPa，I=2×21714cm4，

计算得：

fmax=0.9mm≤[f]=L/400=9mm,满足施工要求！

③钢管立柱

在箱梁横断面CAD图中量测计算，可知钢管立柱承受压力最大，计算可知该处单根Φ480mm（δ=10mm，l=3.5m）钢管立柱顶最大荷载395KN。

Φ480mm（δ＝10mm）钢管相关截面数据：

截面惯性矩I＝40789cm4

截面面积A＝147.6cm2

截面惯性半径i＝16.62cm

故：

压杆柔度值λ＝μ•l／i,μ取2，l取3.5m，计算可得λ＝43.2。

则稳定需用应力计算：

采用公式[σ]st＝ψ•[σ]，其中ψ为压杆稳定系数，[σ]＝170MPa。

根据柔度λ＝43.2，查相关数据资料，可得压杆稳定系数ψ＝0.84,从而钢管立柱压杆的稳定需用应力为：

[σ]st＝ψ•[σ]＝0.84×170＝142.8MPa

实际最大压应力σ为σ＝P／A＝395KN／（147.6cm2）＝26.8MPa

σ＝26.8MPa＜[σ]st＝142.8MPa，满足施工要求！

5、翼缘板下8.5×8.5cm方木

箱梁翼缘板下砼平均厚度35cm

该处10×10cm横桥向间距60cm。

顺桥向脚手架立杆间距（I10工字钢顺桥向间距）90cm，故方木计算跨度按90cm。

其上均布荷载q=（0.35×0.9×0.6）×30/0.9=6.3KN/m

8.5×8.5cm方木抗弯截面模量W=85×852/6=102354mm3，计算模型如下：

Q=6.3KN/m

L=0.9m

方木跨中最大弯矩Mmax=q•l2/8=638N•m

相应跨中最大应力σmax=Mmax/W=6.23MPa≤[σ]=9MPa

故：

8.5*8.5cm方木在翼缘板下亦可满足要求！