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铁路桥梁门式桥墩支架施工方案

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2020年4月19日
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新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线（甘青段）
LXS－13标河口村1号特大桥
门式桥墩盖梁施工支架设计方案

中铁九局集团有限公司LXS－13标兰新项目经理部
12月4日

新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线（甘青段）
LXS－13标河口村1号特大桥
门式桥墩盖梁施工支架设计方案

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编制单位：中铁九局集团有限公司
编制时间： 12月4日

一、 工程概况
河口村1号特大桥第187＃桥墩、里程DK720＋477.75～第193＃墩、里程DK702＋626.19，设计为门式桥墩。门式桥墩是用来跨越油气管线。门式墩的最大高度17.5m，门式桥墩承台平面尺寸为9.2m×5.8m，门墩横截面尺寸为4m×2m，门墩盖梁尺寸高2.6m×宽4m×长22m，两个门墩最大跨度20m。为保证门式墩跨越的输油气管线不受压，门墩盖梁拟采用大跨贝雷桁架梁支架施工方案。
门式桥墩外形尺寸如图1所示。

二、门式墩盖梁大跨支架施工设计方案
1、方案概况
门式墩盖梁施工支架采用直径Φ500mm钢管支撑柱、双层组合加强型贝雷桁架作为主承重梁、I45b型工字钢作为横向分布梁（长度不短于6m）、100mmΧ100mm木方楞、竹胶模板。
门式墩盖梁施工支架结构示意图如图2所示。

2、贝雷梁数量设计
2.1、计算荷载
①、盖梁支撑部分自重
盖梁长度18m、高度2.6m、宽度4m。
盖梁钢筋混凝土重度ρ＝2.6t/m3。
盖梁自重Q1＝18Χ2.6Χ4Χ2.6=486.72t。
②、模板、支架平台、支架梁等施工荷载Q2＝35％Q1＝170.35t；
根据施工经验，施工荷载按结构自重的35％计列。
③、结构检算荷载Q＝K（Q1＋Q2）＝788.49t。
换算均布荷载q=Q/1800=438.05kg/cm。
荷载系数K取1.2。
2.2、钢管支撑柱承载力检算
钢管支撑柱采用直径Φ500mm、壁厚t-10mm 钢管。两端共计4根支撑柱全部落在承台上，支点间距4.36m、支点跨距15m。
钢管支撑柱的截面特性：
截面惯性矩I＝46220cm4；
横截面积A＝153.938cm2；
延米重量p＝120.84kg/m；
钢管回转半径r＝（I／A）0.5＝17.33cm。
初步拟定压杆支撑高度H＝1063cm。
钢管支撑柱支撑高度计算表
盖梁支架高度组成计算表
单位
模板厚
2
cm
木楞
10
cm
I20b工字钢
20
cm
加强型贝雷梁
2×170
cm
支架降落支座
30
cm
I45b工字钢帽梁
45
Cm
合计
427
cm
盖梁总高度
1490
cm
钢管支撑柱高度
1042
cm
钢管长细比：λ＝H／r=61.33。
依据λ查得折减系数ψ＝0.76。
支撑钢管下端固定在承台上，上端直接支顶降落支座。按一端固定、一端简支状态验算。
钢材的弹性模量E＝2.1×105MPa＝2.1×106Kg/cm2；
单根钢管的轴心受压支撑能力［Pcr］==847t。
受压自由系数β取1。
钢管允许支撑力P＝ψ［Pcr］＝644t。
检算：一组支架共计布置4根钢管，合计支撑力4P＝2576t＞＞计算荷载Q＝788.49t。
安全系数n=4P/Q=3.3倍，满足结构要求。
2.3、主桁架梁（双排双层加强型）贝雷桁架梁承载了检算
2.3.1、贝雷桁架截面特性、物理力学参数
①、通用单片长3m、高1.5m贝雷桁架参数
截面惯性矩I1＝250500cm4；
横截面积A1＝50.96cm2；
②、双加强型贝雷片
采用双排双层加强型贝雷桁架组合梁。共计布置三组（其中两边各两片，中间加一组3片长、15m）。上下加强型桁架组拼总高度340cm，组拼宽度36＋54＋36cm。
双排双层加强型截面特性
几何特性
结构构造
W（cm3）
I（cm4）
A（cm2）
双排双层
加强
30641.7
4596255.2
457．6
③、贝雷桁片力学性能
现行国产贝雷桁片弦杆材料16锰钢，允许拉应力、压应力及弯应力为1.3×210＝273 MPa；允许剪应力为1.3×160＝208 MPa。
节点穿销采用30铬锰钛钢，允许拉应力、压应力及弯应力为0.85×1300＝1105 MPa；允许剪应力为0.45×1300＝585 MPa。
④、单片贝雷桁片几何尺寸如图6.1所示

⑤、贝雷桁架不均匀受力的安全考虑
按照相关贝雷桁架计算规范的要求，“三排单层贝雷的容许弯矩可按单排单层的乘以3再乘以不均匀系数0.9；双排双层的可按单排单层的乘以4再乘0.9；三排双层的可按单排单层的乘以8再乘0.8。
2.3.2、确定主桁梁贝雷桁架梁所需片数
贝雷桁架梁的受力简图如图3所示。

①、贝雷梁的挠度控制，按照“钢结构施工支架相关技术规范”要求，控制挠度按照1／500，贝雷梁支撑跨度15m，最大挠度取fmax=3cm。
②、钢材的弹性模量E＝2.1×105MPa＝2.1×106Kg/cm2；
③、根据均布荷载－简支梁跨中挠度计算公式：
④、所需惯性矩，由挠度计算公式，求得：
∑I＝＝＝4583391cm4。
⑤、所需贝雷梁片数n=∑I／I＝1，考虑不均匀受力系数β＝0.8，取n=2组（组合贝雷桁梁）。
⑥、组合贝雷桁架主梁的布置
布置在门式墩柱两侧各一组
2．3．3、贝雷桁架梁弯曲抗拉强度核算
①、依据贝雷梁受力如图3所示，求得跨中最大弯矩：
Mmax=kg-cm；
②、贝雷梁最大弯曲拉应力
σmax＝Mmax/∑W=1930kg/cm2≈193Mpa；小于16锰钢允许拉应力、压应力及弯应力273 MPa；
③、核算跨中最大挠度＝1.5cm=15mm，计算结构不超标。
以上检算结果满足施工支架钢结构设计要求。
④、贝雷桁架的腹杆抗压屈服强度较低，经验算加强型贝雷片每个支撑端承载能力为P＝494.3KN，按此能力所需贝雷桁架数量n＝（15Q÷18÷2）÷49.43＝6.65，取7片。
2.4、I45b工字钢帽梁
①支撑跨度L＝4.36m＝436cm。
②承担荷载q=357.1kg／cm。
施工荷载按梁重Q1的15％，荷载系数K取1.2。
③跨中挠度f＝400／500＝0.8cm，按1／500控制。
③、所需惯性矩，由挠度计算公式，求得：
∑I＝＝＝70853cm4。
④、所需贝雷梁片数n=∑I／I1＝70853cm4／33760cm4＝2.1，取n=3根。
I45b工字钢截面惯性矩I1＝33760cm4。
2.5、I20b工字钢横向分布梁
I20b工字的强度和挠度检算满足要求，检算略。分布布置在18m跨度内，布置20根I20b工字钢，布置间距95cm。
2.6、100mmΧ100mm木方楞
100mmΧ100mm木方楞，以满足模板安装为基准。布置间距不大于50cm。
2．7、盖梁的模盒－模板结构
依据现场资源条件，另行补充完善方案设计。
模板可采用竹胶模板，或者采用组合钢模板。

3、支架结构设计简图
3.1、盖梁施工支架结构布置简图如图2所示。

3.2、钢管支撑柱布置位置如图4所示。

3．3、支架落架支座结构示意图－图5。

3．4、支架落架照片—参考照片－图6。

3．5、组合横梁横向支撑加固支架结构示意图－图7。

3．5、钢管支撑柱横向加固结构示意图－图8。
两端局部需焊接10mm厚肋钣，以增加局部承载力承受能力。

3．6、盖梁支撑架横断面结构示意图－图9。
纵向贝雷桁架梁共计采用3组5片双层加强型桁架。其中两边各放置2组27m长双层贝雷桁架梁、中间放置3组15m长双层贝雷桁架梁。

3．7、钢管支撑柱底座顶帽结构示意图－图10。

三、支架施工注意事项及保证措施
1、加强组合贝雷桁架梁的横向稳定性，防止侧向屈稳。
加固措施：两组桁架间架设3道横向连接间隔支撑桁架，分别安放在跨中和两个钢管支撑柱附近处。间隔加固支架桁架参考图7制作，高340cm、净宽400cm。间隔加固支架与桁架间的空隙使用垫钣填塞严密。
贝雷梁要与墩柱贴住放置，使用I20工字钢或者槽钢做夹板、配备φ32精轧螺纹拉杆拉紧，抱住、夹紧墩身。
2、贝雷桁架梁杆件组装，对有弯曲、锈蚀严重、电焊烧伤严重、杆件接头开焊的应不得使用；两层桁架间弦杆应连接牢固，使其成为一体。
3、在两组贝雷桁架梁安装和拆卸过程，要注意另一榀翻倒事故。应在墩身上进行单独榀片的拉结栓牢措施。
4、I45b工字钢平台两端有悬臂，在端部安放两根小槽钢，将所有I45b工字钢横梁连成一体，并与贝雷梁捆扎牢固，防止倾覆事故。
5、贝雷梁落架使用支架降落支座，要求每个支座支撑能力达到300吨。制作后，应先在压力机上试验检验，达不到要求，增加肋钣加固。
6、钢管支撑柱横向稳定按图8设置剪刀撑；
纵向稳定：在柱顶与贝雷梁间，利用φ32精轧螺纹钢所固、拉紧。约束钢管柱产生纵向位移。
7、支架沉落量，根据结构计算结果，能够按20～30mm预留。
8、大跨盖梁混凝土浇注过程，以及预应力张拉后，盖梁的收缩和压缩，都会使得墩柱向内弯曲位移，从而造成墩柱的弯曲次应力。要及时和设计沟通，了解设计意图。弄清楚是否在施工方案中采取相应的防治方案。
9、支架预压荷载，在18米范围内按结构检算荷载Q＝788.49t进行预压。
10、本方案是按照18m跨度、17.5m墩柱设计的。不能够直接用于其它尺寸的门式墩。
对于其它不同尺寸门式墩的支架方案，钢管柱支撑点和支撑高度都要进行相应调整。特别是贝雷梁的支点位置，必须考虑贝雷梁桁架的特点。支点应落在节点对应处，。支点跨度最好选在接头节点处，一般是3m倍数位置，其次选择桁架1.5m倍数桁节点位置。弦杆中间不得设集中力支撑点。钢管柱支撑位置不得随意放置。
11、桁架梁销栓游间产生的下挠度，无法计算，应当经过实测确定。支架预压后仔细测量－找到真值。支架整体标高的小幅度调整，可在落架支座上添加垫钣。