毕业设计-客运专线现浇箱梁支架设计及施工.doc
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XXXX大学毕业设计
客运专线现浇箱梁支架设计及施工
Passengerlinecast-in-placeboxbeamdesignandconstructionofsupportingframe
2011届XXXXXX学院
专业土木工程
学号XXXXX
学生姓名XXX
指导教师XX
完成日期年月日
摘要
根据设计任务要求，依据现行铁路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了箱梁梁柱式支架现浇的方案。
本梁柱式支架采用钢管柱为支柱，贝雷梁作为主要的承重梁。
方案比选后，进行了地基处理、支架结构结构细部尺寸拟定、施工荷载及箱梁自重的计算。
然后通过MIDAS建立模型，对模型进行有限元分析，验算横梁的应力、挠度，贝雷梁的应力，贝雷梁弦杆及腹杆的稳定性，钢管柱的承载力及稳定性。
经分析及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。
施工过程应考虑现场的实际条件，依次进行地基处理、钢管柱的施工、砂筒的安放、贝雷梁的安放及模板的安装。
待浇筑完毕混凝土达到强度后再利用砂筒落架法落架。
关键词：
客运专线箱梁梁柱式支架MIDAS支架施工
Abstract
Accordingtothedesigntask,asrequiredbytheexistingrailwaybridgedesignspecifications,consideringthebridgesite'sgeology,topography,theprimarybeamafterthebox-styleframemadecasttheprogram.Thebeam-typeframewithsteeltubecolumnasthepillar,asthemainload-bearingbeamsBaileybeam.Programthanaftertheelection,carriedoutgroundtreatment,sizeofthedevelopmentsupportstructurestructuraldetails,constructionloadsandthecalculationofboxweight.ThenthroughtheMIDASmodeling,finiteelementanalysisofthemodel,checkingthebeamstress,deflection,thestressbeamBailey,Baileychordandwebmemberbeamstability,andstabilityofthebearingcapacityofsteelcolumns.Theanalysisandcheckingthatthecorrectcalculationmethod,theinternalforcedistributionisreasonable,consistentwiththedesigntasks.
Constructionprocessshouldtakeintoaccounttheactualconditionsofthescene,followedbythefoundationtreatment,constructionofsteelcolumns,placedsandbarrel,Baileyplacedthebeamandtheinstallationofthetemplate.Strengthofconcretetobepouredaftercompletionofsandofftheracktubeofftheshelfmethod.
Keywords:
Passengerlinecast-in-placeboxbeambeam-typeframeMIDASframeconstruction
目录
第1章绪论 1
1.1国内外梁桥的发展情况 1
1.2梁桥上部结构的施工方法介绍 2
1.2.1有支架就地浇筑 2
1.2.2逐孔施工法 3
1.2.3悬臂施工法 4
1.2.4顶推施工法 5
1.3有支架就地浇筑支架施工工艺 6
1.4毕业设计介绍 7
1.4.1毕业设计内容 7
1.4.2课题研究的意义 7
第2章贝雷梁支架设计 8
2.1地基处理 8
2.2支架结构形式及截面类型 8
2.3支架的设计与计算 8
2.3.1支架的总体布置 8
2.3.2荷载计算 8
2.3.3贝雷梁有限元分析 10
2.3.4Midas有限元软件计算结果分析 11
2.4砂筒的验算 17
第3章钢管贝雷梁支架的施工 19
3.1钢管柱的施工 19
3.2砂箱的安放 20
3.3工字钢横梁的安放 21
3.4贝雷梁的安放 21
3.5贝雷梁的加固 22
3.6分配梁的搭设 22
3.7支架预压 22
3.8模板安装 22
3.9支架的拆除 23
3.10临时支架施工过程中应注意的问题 25
3.11临时支架施工的要求 25
3.12小结 26
第4章结束语 27
4.1完成情况 27
4.1.1毕业设计中的收获 27
4.1.2设计不足 27
4.2体会感悟 27
参考文献 29
致谢 30
附录 31
第1章绪论
1.1国内外梁桥的发展情况
桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、海湾、湖泊、山谷、低地或其他交通线路时的基本工具。
桥梁的三大基本体系分别为梁、拱、索。
梁桥又可分为简支梁桥、悬臂梁桥和连续梁桥。
就全世界着眼，梁桥的建设已有了悠久的历史，木桥早在两千多年前就有使用，这就是最简单的木梁桥，例如，在巴比伦曾在幼发拉底河上建造石墩和木梁，我国在东周之后的史书及文献上，都有木桥的记载；战国时期，单跨和多跨的木、石梁桥已普遍在黄河流域及其他地区建造。
坐落在咸阳故城附近的渭水三桥，在古代是很有名的。
隋唐之后石材建造的梁桥、板梁桥一时成为桥梁的主调。
19世纪20年代至19世纪末，随着铁路的出现和发展，由于列车的荷载明显增大，并且动力效应明显，给桥梁的结构提出更新、更高的要求。
为了满足铁路荷载的要求，首先桥材方面，原来的木料石料逐渐被刚才所替代；桥式上也以梁桥为主。
同时这一时期桥梁的基础也得到改进，使得桥梁跨度越来越大。
预应力混凝土最早在20世纪30年代被用于桥梁的建造。
随着人类对预应力混凝土性能和张拉方法及锚固工艺的深入研究，预应力混凝土简支梁、连续梁。
钢构梁等被迅速的应用到桥梁的建设。
现在桥式的划分已不是很明显，现在各式各样的组合体系桥梁已成为桥梁的主体。
比如：
有梁拱组合成的系杆拱桥、梁索组合成的斜拉桥等，另外还有钢管混凝土拱桥（如图1-1）。
图1-1中承式钢管混凝土桥
现在再介绍一下我国近年梁桥的发展情况，近年我国的桥梁发展迅速。
70年代后期，是我国桥梁技术迅速崛起的时期，近年来我国修建了许多简支T型梁桥，如今T型梁已很少采用普通钢筋混凝土梁，都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。
预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。
其发展趋势为：
采用高强、低松弛钢绞线群锚：
混凝土标号40～60号。
图1-2连续箱梁桥施工
70年代我国开始修建连续箱梁桥（如图1-2），到目前为止我国已建成了多座连续箱梁桥，如一联长度1340m的钱塘江第二大桥和跨高集海峡、全长2070m的厦门大桥等。
连续箱梁桥的施工方法多种多样，只能因时因地，根据安全经济、保证质量、降低造价、缩短工期等方面因素综合考虑选择。
一般常用的方法有：
立支架就地现浇、预制拼装（可以整孔、分段串联）、悬臂浇筑、顶推、用滑模逐跨现浇施工等。
预应力钢束采用钢绞线，可以分段或连续配束，一般采用大吨位群锚。
为了减轻箱梁自重，可以采用体外预应力钢束。
连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一，一般采用变截面箱梁。
近年来，我国修建了几座著名的预应力混凝土连续刚构桥，如武汉长江大桥、广东洛溪大桥、湖北黄石长江大桥、广东虎门大桥副航道桥、为目前世界同类桥中最大跨径。
我国的预应力混凝土连续刚构桥，几乎都采用悬臂浇筑法施工。
一般采用50～60号高标号混凝土和大吨位预应力钢束。
现在，有人正准备设计300m左右跨径的预应力混凝土连续刚构，在我看来，若能采用轻质高强混凝土材料，其跨径有望达300m左右。
由于连续刚构跨径加大，自重随着加大，恒载比例已高达90％以上，故片面增大跨径，已无实际意义。
此时应考虑选择斜拉桥或别的桥型。
1.2梁桥上部结构的施工方法介绍
预应力混凝土连续梁桥因其跨越能力大、施工方法灵活、适应性强、结构刚度大、抗地震能力强、通车平顺性好以及造型美观等特点，被世界各地广泛应用。
其上部结构的施工方法最常见的主要包括：
有支架就地浇筑、逐孔施工法、悬臂施工法、顶推施工法。
1.2.1有支架就地浇筑
有支架就地浇筑施工就是在连续梁桥的一联各跨全部设置支架，在一联桥施工完成后，各跨同时卸落支架，一次形成设计要求的一联连续梁结构。
支架就地浇筑施工需采用一联同时搭设支架，按照一定的程序一次完成浇筑工作，待张拉预应力筋、压浆后移架。
小跨径板梁桥一般采用从一端向另一端浇筑的施工顺序，先梁身，后支点依次进行，大跨径桥通常采用箱形截面，施工时常分段进行。
一种是水平分层施工方法，即先浇筑底板，待达到一定强度后进行腹板施工，最后浇筑顶板。
另一种是分段施工法，根据施工能力每隔20~45m设置连接缝，连接缝一般设在弯矩较小的区域，接缝长1m左右，待各段混凝土浇筑完成后，最后在接缝处施工合龙。
有支架就地浇筑优点：
在施工过程中不会产生体系转换，不产生恒载徐变二次矩。
支架浇筑的优点是桥梁整体性较好，施工简便可靠，不需大型起吊设备，并可采用强大预应力体系，大大方便了施工。
但就像通常所说的优点和缺点是同时存在的，支架施工也存在缺点：
其需要的支架和模板数量多，因此导致费用昂贵，并且要求有一定的场地，同时会使通航受到一定影响，由于浇筑后不能采用快速养护如蒸汽养护，会导致工期很长。
近年来随着大量标准钢制脚手架的采用，支架施工多用于建造弯桥、宽桥、斜交桥等长达跨复杂桥梁。
1.2.2逐孔施工法
图1-3梁桥逐孔施工法
逐孔施工方法是中下跨径预应力混凝土连续梁桥较常采用的一种施工方法，逐孔施工时不再在一联各跨内同时施工，而是用一套设备，从桥梁一端逐孔施工，也可以是预制梁的逐孔架设施工，即简支变连续或悬臂变连续。
（如图1-3）
逐孔施工法从施工技术方面有三种类型：
（1）采用临时支承组拼预制节段逐孔施工：
它是将每一桥跨分成若干节段预制完成后在临时支承上逐孔组拼施工。
（2）使用移动支架逐孔现浇施工；此法亦称移动模梁法，它是在可移动的支架、模板上完成一孔桥梁的全部工序。
由于此法是在桥位亡现浇施工，可免去大型运输和吊装设备。
桥梁整体性好；同时它还具有在桥梁预制厂生产的特点，可提高机械设备的利用率和生产效率。
（3）采用整孔吊装或分段吊装逐孔施工：
这种施工方法是早期连续梁桥采用逐孔施工的惟一方法，可用于混凝土连续梁和钢连续梁桥的施工。
采用逐孔施工的主要特点：
优点：
（1）不需要设置地面支架，因此不影响通航和桥下交通，提高施工安全性、可靠性；
（2）因其有良好的施工环，使施工质量得到保障，一套模架可多次周转使用，具有在预制场生产的优点；
（3）机械化、自动化程度高，节省劳力，降低劳动强度，上下部结构可以平行作业，缩短工期；
（4）通常每一施工梁段的的长度取用一孔梁长，接头位置一般可选在桥梁受力较小的部位；
（5）宜在桥梁跨径小于50m的多跨长桥上使用；
缺点：
移动模架设备投资大，施工准备和操作都较复杂。
1.2.3悬臂施工法
悬臂施工方法就是从已建桥墩开始，对称逐段地沿桥跨方向向两边延伸施工，并通过预应力筋的张拉将新建节段与已有节段集成整体。
（如图1-4）由于悬臂施工过程中不需要搭设支架，为了使其能承受施工荷载产生的不平衡弯矩，需首先将墩和梁临时固结，施工时先形成两端带悬臂的T形钢架，待合龙后才成为连续梁，因此施工过程中存在体系转换。
悬臂施工包括悬臂拼装和悬臂现浇，有时也会两者结合起来，同时使用。
图1-4悬臂现浇施工
悬臂施工主要有主跨连续悬臂施工、T构-单悬臂-连续施工、T构-双悬臂-连续施工三种施工工序。
讲到悬臂施工，就必须说现浇悬臂施工的关键设备—挂篮。
挂篮的主要功能是支撑模板，承受新浇混凝土重量。
目前挂篮的形式很多，可分别按使用材料、按受理原理、抗倾覆平衡方式、移动方式等，分为不同的类型。
悬臂浇筑施工优点明显：
机具少，免去了设置支架，不须占有很大预制场地；可以很方便地跨越深谷，逐段浇筑易于调整和控制梁段位置，提高了施工精度；主要作业区被挂篮保护在其内，因此可不受恶劣环境的影响，大大的提高了施工效率。
但也有缺点：
由于要达到混凝土强度，因此施工周期长，并且混凝土的收缩、徐变对预应力影响也较大。
悬臂拼装优点：
施工周期较现浇周期短，梁体塑性变形小，减少由此产生的预应力损失。
缺点：
预制块件时需占用较大测场地，在拼装施工时也需要大型的运输和起吊设备。
1.2.4顶推施工法
顶推施工法是在沿桥轴方向的台后设置预制场地，分节段预制梁体，并用纵向预应力筋将预制节段与已完成的梁段联成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地，之后继续在预制场地进行下一节段梁的预制，以此类推，直到全桥完成为止。
（如图1-5）
图1-5顶推法施工
顶推的方法很多，按照顶推的实力方法分为单点顶推和多点顶推；按按顶推方向分为单向顶推和双向顶推；按支撑体系分为临时滑动支承和使用与永久支承兼用的滑动支承。
顶推施工法的特点：
（1）顶推法可以使用简单的设备建造长大桥梁，施工费用低，施工平稳无噪声，可在水深、山谷和高桥墩上采用，也可在曲率相同的弯桥和坡桥上采用；
（2）主梁分段预制，连续作业，结构整体性好；由于不需要大型起重设备，所以施工节段的长度一般可取用10m-20m;
（3）桥梁节段固定在一个场地预制，便于施工管理改善施工条件，避免高空作业。
同时，模板、设备可多次周转使用，在正常情况下，节段的预制周期7d-10d.
（4）顶推施工时，梁的受力状态变化很大，施工阶段的梁的受力状态与运营时期的受力状态差别较大，因此在梁截面设计和布索时要同时满足施工与运营的要求，由此而造成的用钢量较高；在施工时也可采取加设临时墩，设置前导梁和其他措施，用以减少施工内力；
（5）顶推法宜在等截面梁上使用，当桥梁跨径较大时，选用等截面梁会造成材料用量的不经济，也增加施工难度，因此以中等跨径的桥梁为宜，桥梁的总长也以500m-600m为宜。
除上述四种常用的施工方法外，还有转体施工法、横移施工法、提升与浮运施工法，在此不再做详细介绍。
1.3有支架就地浇筑支架施工工艺
就地浇筑首先应设计好支架，支架按其构造分为支柱式、梁式和梁柱式三种。
对于陆地或不通航的河道，或桥墩不高的小跨径连续梁可采用支柱式支架（见下图1-6a、b）；有通航要求的中小跨径桥梁可采用梁式支架（见下图1-6c、d）；跨径小于10m时可采用梁柱式支架，使梁支承在支架或临时墩上形成多跨连续支架（见下图1-6e、f）。
（a）
（b）
（d）
（c）
图1-6梁桥的支架构造
（e）（f）
支架虽为临时结构，必须有足够的强度和刚度，在保证支架基础可靠的同时，构件结合要紧密，并要有足够的纵、横、斜的连接杆件，使支架结构成为一个整体。
设计时要考虑到支架在受荷后有变形和挠度，因此在安装前要进行计算，设置预拱度，使结构的外形尺寸和标高符合设计要求，另外，支架上要设置落架设备，落架时要对称、均匀，不应使主梁发生局部受力状态。
1.4毕业设计介绍
1.4.1毕业设计内容
在本毕业设计中，将要讲述客专箱梁现浇支架的设计：
（1）要假定地质情况，然后进行地基处理；
（2）本文中采用梁柱式支架，对支架的刚度和强度进行设计。
（3）然后设置落架设备，及贝雷梁。
其中模型的建立要借助迈达斯，施工图及设计图的绘制需要借助于AutoCAD。
1.4.2课题研究的意义
在施工中经常用到的临时性结构由于受施工条件、受力形式及用途等各方面因素的影响，有时难以达到理论上的最优，发挥其应有的效应。
但应把它们设计的更加合理，或者说是近优。
对于工程结构来说，只有受力合理才能充分发挥材料的作用。
因此如何设计研究临时结构对桥梁工程的顺利安全高质量的完成具有重要的意义。
通过该毕业设计了解箱梁现浇的施工方法，掌握支架现浇施工技术，掌握支架现浇各工序，熟悉施工图的设计和计算分析方法。
第2章贝雷梁支架设计
2.1地基处理
该地段为中密粉砂土，其基本承载力约为110kPa，此类土的工程特点为强度低，密度不高，中等压缩性，承载能力低。
由于存在不良地质状况，简支箱梁的施工难度大，为了达到安全施工的要求，必须对该地段地基进行处理，以提高地基承载力，现对地基采取以下处理措施：
（1）对表面进行灰土换填，换填厚度为150cm，灰土分层厚度为30cm，分层碾压，压实度达到235KPa；
（2）处理完后，在支架范围内填筑0.6m碎石土，也是每层30cm，进行分层碾压，以满足承载力要求，同时预留1.0%的横向排水坡；
（3）为避免地基遇水浸泡导致承载力降低，表层采用20cm混凝土进行封面处理。
（4）用C50混凝土做成2m1.54m的条形基础。
2.2支架结构形式及截面类型
该工程采用净跨度为24m的贝雷梁为临时施工桥梁，桥宽为14m。
桥梁主要构件自上而下主要为横梁、贝雷梁、横梁、支撑钢柱。
横桥向主要受力构件为横梁，纵桥向主要受力构件为贝雷梁。
2.3支架的设计与计算
2.3.1支架的总体布置
贝雷支架下部采用Φ600mm钢管作为支撑立柱，支架的传力途径为：
荷载传给模板-分配梁-U型螺栓-贝雷片纵梁-工字钢横梁-钢管立柱-混凝土基础-处理后的地基。
贝雷梁柱式支架的总体布置见下图2-1、（详细参数见附图2）。
2.3.2荷载计算
竖向荷载主要包括梁段混凝土自重、钢结构（横梁、贝雷梁）自重、临时施工荷载
图2-3箱梁截面单位（mm）
（设备图2-1贝雷支架总体纵向布置
及人工荷载、混凝土浇筑冲击及振捣荷载）。
箱梁截面图如下图2-2所示：
（1）梁体自重：
翼缘板荷载：
（0.25+0.62）/2×25=10.875kN/m2
腹板荷载：
25×2.4=60kN/m2
箱室荷载：
（0.7+0.6）×25=32.5kN/m2
（2）外模自重：
模板采用5mm厚的钢板
外模自重：
0.005×78.5=0.3925kN/m2
（3）内模及液压系统荷载：
2kN/m2
（4）设备及人工荷载：
2.5kN/m2
（5）振捣荷载：
2kN/m2
贝雷支架横桥向布置图见下图2-3：
图2-3贝雷支架横桥向布置图
将面荷载转换为线荷载：
（1）梁体自重：
翼缘板荷载：
10.875×0.4=4.35kN/m
腹板荷载：
60×0.4=24kN/m
箱室荷载：
32.5×0.4=13kN/m
（2）外模自重：
0.3925×0.4=0.157kN/m
（3）内模及液压系统自重：
2×0.4=0.8kN/m
（4）设备及人工荷载：
2.5×0.4=0.1kN/m
（5）振捣荷载：
2×0.4=0.8kN/m
通过计算，为了保证强度足够，均乘以1.2，得出每片贝雷梁上的荷载，则从两边到中间，贝雷梁上的线荷载依次为：
2.9kN/m、5.8kN/m、8.4kN/m、18.9kN/m、26.7kN/m、17.2kN/m、7.9kN/m对称布置。
2.3.3贝雷梁有限元分析
计算按照空间整体结构对以上构件建立模型。
单元模拟：
梁单元结构
边界模拟：
横梁与贝雷梁之间、贝雷梁与钢柱之间均为弹性连接（刚接），支撑钢柱与地面基础固结（钢柱与混凝土浇筑在一起）。
利用有限元分析，利用MIDAS建立结构模型如图2-4所示：
图2-4钢管贝雷梁模型
2.3.4Midas有限元软件计算结果分析
2.3.4.1横梁受力分析
（1）应力计算：
由程序计算可知，横梁在荷载作用下，产生的弯矩图如图2-5所示：
图2-5横梁弯矩图单位（kN.m）
）
横梁在荷载作用下，产生的剪力图如图2-6所示：
图2-7横梁的应力组合值单位（kPa）
图2-6横梁剪力图单位（kN）
横梁在荷载作用下，应力组合图如图2-7所示：
由程序计算可得，在荷载的作用下，横梁处产生的最大组合应力和剪应力分别44MPa、35MPa，因此应按最大组合应力来计算结构的安全。
横梁上，受的最大正应力：
=44MPa，经查钢结构规范可得，Q235钢材的抗拉抗压强度均为215MPa，故=44MPa<215MPa,故钢材强度满足要求。
横梁上的最大剪应力：
=35MPa，最小剪应力=-35MPa，查钢结构规范可得，Q235钢材的最大抗剪力为125MPa，因此=35MPa<125MPa，因此横梁的抗剪强度也能满足要求。
（2）刚度计算：
通过有限元分析，横梁位移图如图2-8所示：
图2-8横梁位移单位（m）
由图中可以看出，横梁在荷载作用下，最大位移是是3.12mm
该点处的挠度为=3.12mm<[=4356400=4356400=10.8mm故挠度满足要求。
2.3.4.2贝雷梁受力分析
（1）强度验算：
贝雷梁在荷载下的剪力图和弯矩图分别如下图2-9、图2-10所示：
图2-9贝雷梁剪力图单位（kN）
经比较得出腹板下的贝雷梁受力最大。
图2-10贝雷梁弯矩图单位（kN）
经有限元分析的，贝雷梁的应力图如图2-11所示：
2-11贝雷梁应力组合图单位（kPa）
如图可知，贝雷梁所受的最大的应力为106MPa，=106MPa<310MPa，故贝雷梁的强度满足要求。
（2）弦杆稳定性验算：
由有限元分析得出贝雷梁弦杆的轴力，如下图2-12所示，弦杆（压杆）中受压力最大为Nmax=103kN。
杆件长细比计算公式如下（2-3a）和（2-3b）：
（2-3a）
（2-3b）
下面计算杆件长细比：
==3.94cm
=1503.94=38.7
双槽钢属于b类截面，查钢结构规范得：
=0.906
图2-12贝雷梁弦杆轴力图单位（kN）
由Nmax1/A1≤得：
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