高塔横梁“管桩支架%2B盘扣支架”组合支架体系设计及施工.pdf

工程设计GONGCHENGSHEJ I王萌:高塔横梁“管桩支架盘扣支架”组合支架体系设计及施工 工程与建设 年第 卷第期收稿日期:;修改日期:作者简介:王萌(),男,安徽濉溪人,助理工程师高塔横梁“管桩支架盘扣支架”组合支架体系设计及施工王萌(中铁二十四局集团安徽工程有限公司,安徽 合肥 )摘要:将军岭路桥主塔上横梁采用“管桩支架盘扣支架”法与两侧塔柱异步施工方案.文中对管桩支架及带有造型孔的圆弧支架采用M I D A S进行仿真计算,对各部分构件进行验算分析,并对管桩支架与盘扣支架施工方案进行了详细说明.计算结果表明,支架各部分在施工过程中强度、刚度和稳定性均满足规范设计要求,与传统的满堂支架相比采用管桩支架与盘扣支架相结合的施工技术在保证安全的基础上,能有效降低施工成本,提高施工效率,并可为类似带造型的高塔横梁设计及施工提供参考.关键词:管桩支架;盘扣支架;主塔横梁;椭圆造型孔中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言近年来,斜拉桥以其结构灵活、造型美观、受力合理良好等特点在我国桥梁建设中尤其是在中大跨径的桥梁建设中得到了广泛应用.与传统的矮塔斜拉桥相比,高塔斜拉桥可以在一定程度上减轻自重,减少占地面积,并具有造型美观、外观时尚等诸多优点,被广泛应用在带有造型的桥塔设计中,为城市建设增添了一道亮丽的风景线.虽然高塔斜拉桥有诸多优点,但高耸的桥塔会给施工带来巨大困难,尤其是接近塔顶位置处的主塔上、中横梁,由于其高度过高,在采用传统满堂支架进行施工时,不仅费时、费料,更会给施工安全带来巨大隐患.为了解决高桥塔上横梁施工困难的问题,本文采用一种“管桩支架盘扣支架”的组合体系施工方法.在塔梁固结横梁顶面安装预埋件,安立 mmmm管桩,桩顶焊设牛腿,安装分配梁和盘扣支架,并在其上安装模板进行横梁施工,不仅解决了采用传统方法进行横梁施工遇到的难题,也使得带造型的异形塔顶施工更加安全、便捷.工程概况将军岭路桥为引江济淮工程跨越规划将军岭路的特大型桥梁.桥梁结构形式为非对称钢混组合梁独塔双索面斜拉桥,主桥长 m.主塔总体造型呈花瓶形状,总高度为 m,设上、中、下三道横梁.其中下横梁为单箱五室混凝土箱梁,由于高度较低,从地面采用满堂支架方法进行现浇施工,与主塔完成固结.上、中横梁为变截面预应力混凝土结构,中横梁等截面段尺寸为mm,横梁横向宽度为 m.其中中横梁距下横 梁 表 面 为 m,上 横 梁 距 离 下 横 梁 表 面 为 m.为了使塔柱造型更加美观,在横梁施工完成后,进一步完成上、下圆弧及椭圆造型孔的施工.主塔及横梁具体截面尺寸信息如图所示.图将军岭路桥主塔立面图(单位:c m)支架设计及施工 支架设计在下横梁完成塔梁固结施工后,再在下横梁顶面安装预埋件,安立 mmmm管桩支架,沿横桥向设置根,顺桥向设置排,与塔柱主动横撑连为一体,钢管立杆由可调底座、起始杆、基本杆、加长杆和可调顶托组成,立杆 mm为起始杆,立杆 mm为基本杆;在钢管立杆顶安装 H 王萌:高塔横梁“管桩支架盘扣支架”组合支架体系设计及施工工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 叠加承重梁和工 a分配梁,平联采用 mm钢管连接,盘扣支架采用 mm mm(横桥向顺桥向).在其上安装模板进行横梁施工,混凝土箱梁施工方案采用满堂支架法,支 架 采 用 十 字 盘 钢 管,立 杆 采 用 材 质 为Q 的 mm mm钢 管;横 杆 采 用 材 质 为Q 的 mm mm钢管,斜杆采用材质为Q 的 mm mm钢管.中横梁钢管桩支架布置如图(a)所示,在中横梁施工完成后,调整支架为圆弧形状,进一步完成下圆弧造型的施工,此时支架布置如图(b)所示.支架整体验算结果为了确保支架施工安全性,采用M I D A SC i v i l 对支架进行建模分析.钢管桩受载情况见表,根据最新 建筑施工承插型盘扣式钢管脚手架安全技术标准(J G J/T ),荷载组合采用 恒载 活载进行计算,考虑到钢管柱的锈蚀情况,原为mm的管厚折减为mm进行计算.建图钢管桩支架示意图立钢管桩支架模型图如图(a)所示,其轴力计算图如图(b)所示,结构整体应力图如图(c)所示,型钢应力图如图(d)所示.表钢管桩受载表施工荷载单位荷载/(tm)桥梁面积/m荷载/t备注恒载方木竹胶板底、侧模 按 k g/m计工 a工字钢 根双拼,单根 m盘扣支架 按 k g/m计工 a工字钢 k g/mHN 型钢双拼双层叠加 k g/m 平联 主动横撑 活载施工机具、人员 k N/m倾倒混凝土(泵送)k N/m振捣混凝土 k N/m梁体荷载(型横梁)钢筋混凝土 k N/m荷载合计 由图(b)可知,在 恒载 活载荷载组合作用下,竖向支反力最大值在顺桥向第一排的第二个钢管柱位置处,其最大值Fz k N.NANaWtN N N 求得:N k N由上 述 计 算 可 知 钢 管 柱 容 许 最 大 轴 向 力 值 N k N,计算所得Fz k NN k N.由图(c)可知,在 恒载 活载荷载组合作用下,结构 的 最 大 应 力 在 横 撑 上 面 的 钢 管 柱 处,且 最 大 值 为 MP a,小于钢管柱的容许应力 MP a.由图(d)可知,型钢梁的最大应力为 MP a.由上述设计信息可知,型钢梁的容许应力值w MP a,易得最大应力值小于容许应力值.根据计算,钢 管 桩 及 型 钢 梁 结 构 强 度 及 稳 定 性 均 满 足要求.在塔柱中横梁施工完成后,调整钢管桩上部盘扣支架形状为圆弧状,进行下圆弧造型施工,下圆弧支架如图(a)所示.由图(b)计算结果可知,模型最大变形近似位于圆弧顶端,其中最大变形约为 mm,计算变形结果远小于规范的要求,即对结构表面外露的模板,容许变形不得超过模板构件跨度的/.支架强度、变形及稳定性均满足设计要求.在主塔中横梁及下圆弧施工完成后,需要进行上横梁的施工,将支架继续向上搭接,其中与中横梁水平位置相同的那部分支架直接架在已完成施工的中横梁上表面.由计算结果可知,中横梁的最大变形在中间位置,且最大变形为 mm,中横梁 梁 长 约 m,竖 向 变 形 小 于 规 范 规 定 的L/约工程设计GONGCHENGSHEJ I王萌:高塔横梁“管桩支架盘扣支架”组合支架体系设计及施工 工程与建设 年第 卷第期图钢管桩支架有限元分析结果图下圆弧造型支架有限元模型 mm的限值.支架竖向的最大变形为 mm,此变形是由于支架的压缩而产生,因此不作为刚度破坏的控制标准,只将其作为计算相对位移的基准.由上横梁支架在最不利荷载组合作用下的模拟计算结果可以得知,上横梁支架的最大压应力为 MP a,相比于规范中规定的Q 钢材的抗压强度设计值 MP a,支架的抗压强度满足要求.在最不利荷载作用下支架的最大支反力为Nm a x k N,小于N k N,轴向承载力也满足要求.由以上计算结果可知,主塔上横梁块支架各部分在施工过程中强度、刚度和稳定性均满足规范设计要求,中横梁应力及变形均在接受范围内.支架施工 下横梁顶面预埋件由于钢管桩高度较高,因此,为了施工安全,尤其需要注意钢管桩底端的固结工作,为了固定钢管桩底端,将军岭路桥在下横梁梁面安装预埋件,其中预埋件采用“锥形螺母预埋板”的形式.塔柱预埋件采用 mm钢板由M 爬锥锚固于塔柱壁,施工时应确保预埋件平面位置、高程准确.塔柱混凝土在浇筑时应注意在预埋件附近仔细振捣,以确保混凝土密实,无缝隙.管桩支架安装管桩支架依据现场管桩的长度进行制造安装,管桩与预埋件、连接系均采用焊接方式.在正式施工下料前,应对支架质量进行规范检查,并注意清除管桩及型钢表面附着的污垢、锈皮等杂物.放样时应根据切割熔融、焊接收缩等因素提前设置c m左右的余量.下料切割采用手工火焰切割方式,为了确保连接系切割位置准确,应在正式切割之前对切割位置进行画线标 定.切 割 完 成 后 对 下 料 长 度 进 行 检 查,偏 差 不 大 于mm.在支架立柱安装完毕后应对支架立柱的高程、垂直度等进行复核检查,其中高程的偏差不大于mm,垂直度偏差不大于H/且不大于 mm.在支架立柱验收合格后方可进行承重主梁的安装 .承重主梁及分配梁安装承重主梁采用 H 型钢,分配梁采用工 a工字钢组焊而成,与桩顶牛腿固定,防止其在施工过程中的滑动和倾倒.各分配梁顶面高程需严格抄定,高程偏差在mm以内时方可进行后续施工.承重主梁和分配梁等在施工过程中王萌:高塔横梁“管桩支架盘扣支架”组合支架体系设计及施工工程设计GONGCHENGSHEJ I 工程与建设 年第 卷第期 可以直接利用塔吊吊装至指定位置进行拼装施工.支架预压在搭设完支架后,为了保证横梁施工线形准确,在横梁正式施工前应对支架和基础的受力进行检验,当检验合格,其受力满足要求时方可进行横梁施工,观察支架的挠度变形,计算结构预拱度,需要先对支架进行压载试验再进行后续的横梁施工操作.为了保证构件受力均匀,施工之前需要对每段支架都进行预压试验,其中配重荷载按照(横梁自重施工荷载)进行分级预压,具体分级加载按照“”顺序进行,根据预压的变形结果计算结构的预拱度,并设置模板标高.为了准确获得分级加载过程中结构的变形沉降等数据,需要在支架、基础上特定位置添加若干沉降观测点以便准确观测变形沉降.所设置的观测点在原则上应设置在每跨的跨中、墩顶、支架基础等位置,且每个监测断面观测点数量不得少于个,对于重要位置可以适当增加观测点个数.可以选择临近已完成施工的结构体上选择一点作为临时水准点,采用三等水准测量的观测方法观测支架在分级预压过程中各测点的标高与变位变化情况,分析处理数据计算得出预拱度的数值,并以此控制模板标高,.模板安装及混凝土浇筑横梁内外侧模板(包括进人孔侧模及内腔室侧模)均采用木模,其中面板采用厚度为 mm的竹胶板,面板的背面设置 mm mm方木,间距 mm,在方木背面设置排 mm钢背肋加劲,间距 mm;内模支撑采用钢管支架.横梁底模也采用竹胶板模板.整个底模由钢管支架支撑在横梁底板上,支架顶面设置排 mm型钢,间距为 m,分 配 梁 上 面 铺 设 mm mm方 木,间 距 为 m;方木上铺设 mm竹胶板作为顶板内模.模板在安装时需要注意以下事项:()横梁侧模安装应在横梁底板、侧板钢筋及预应力波纹管完成后进行.()模板安装前应仔细检查保护层厚度.()外侧模板拼装应由桥横向中心线开始向两边对称拼装,以避免长度方向误差积累.()塔柱南北面外侧模板采用爬升方式安装到位.()模板安装前应涂刷脱模剂.()模板、钢筋安装用脚手架利用钢管直接拼装在底模分配梁上,脚手架应牢固可靠,并挂设安全网.施工难点及解决方案分析()由于主塔中、上横梁高度较高,因此高空施工作业较多,施工难度及危险性较大.为保证施工人员安全,应建立健全各项安全制度,并加强施工现场安全教育.执行安全检查制度,做好现场布置的安全防护措施.()中、上横梁高度较高,在进行横梁现浇及圆弧造型现浇时立模施工、混凝土物料提升、横梁浇筑等难度较大.为了准确搭设横梁模板完成横梁浇筑施工,应提前完成支架预压,并在关键截面增加观测点的布置,结合预拱度计算支架的标高,在进行混凝土现浇施工时,采用混凝土输送泵将混凝土泵送至上横梁,再通过人工振捣确保混凝土密实.()横梁钢筋和预应力钢绞线在高空难以进行安装与绑扎,为了便于横梁两端与两侧塔柱钢筋的绑扎定位,在塔柱内部设置劲性骨架,再在劲性骨架上安装钢筋定位架.结论本文通过对将军岭路斜拉桥塔柱中、上横梁的“管桩支架盘扣支架”设计施工方法进行研究,得到以下结论:()当桥梁主塔高度较高,采用满堂支架方法搭设不方便时,可以采用管桩支架与盘扣支架相结合的方法,将管桩支架固定在下横梁表面,在中、上横梁附近采用满堂支架方法,可以有效降低施工成本,提升施工效率.()经过有限元计算验算,将军岭路桥所采用的“管桩支架盘扣支架”组合支架体系在强度、刚度、稳定性方面均满足设计要求,可以推广应用于类似高塔横梁的施工中.()与仅采用牛腿进行横梁施工的方法相比,虽然“管桩支架盘扣支架”的施工方法在施工成本方面会有所增加,但在进行带有造型的主塔横梁施工时会更加快捷方便.参考文献谢菲,王东伟索塔上横梁预制拼装斜腿支架设计施工关键技术研究J公路,():吴乾坤,南飞高塔大跨度横梁施工关键技术J公路交通科技(应用技术版),():刘方华高塔横梁“托架装配式桁架盘扣支架”组合支架体系设计及施工技术J公路,():李祖训,罗鑫高塔大跨度横梁支架设计J中国高新科技,():李忠周,刘计东,周俭高塔异形横梁劲性骨架及钢筋施工技术J施工技术,(S):江俊波,肖向荣,张敬弦,等乌江特大桥上横梁内置支架法施工技术J公路,():余定军,王吉英,刘勇,等斜拉桥钻石形主塔下横梁与塔柱异步施工技术J公路,():王小东,高加亮斜拉桥主塔上横梁施工技术要点分析J交通世界,():王斌斜拉桥上横梁支架系统技术探讨J居业,():徐启明,郑作为斜拉桥空间异形索塔上横梁施工支架受力分析J公路与汽运,():,邓文武斜拉桥主塔上 横 梁 施 工 技 术 研 究 J山 西 建 筑,():涂 敏斜 拉 桥 主 塔 横 梁 施 工 技 术 J交 通 世 界,():