CN105970811B - 大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺 - Google Patents
大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及道路施工技术领域，具体是一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，包括钢箱梁分段及钢支架布设、钢箱梁分段吊装、钢立柱吊装施工和构件吊拼装和焊接。其中钢立柱吊装施工包括：轴线标高测定，并安装钢支架；安装橡胶支座；吊装；过程测量、拼装；焊接；检验；局部除锈补漆；最终涂装。本发明的施工工艺方法安全可靠，充分考虑结构的强度及各个安全系数，运用计算机专用软件建模，取得三维坐标数据。另外，本发明根据所用钢材的屈服强度仿真计算加工反力载荷值，以大吨位压机的机械施压为主，辅助火焰烘烤进行多曲面的加工，满足各种复杂的结构施工需要。
Description
[技术领域]
本发明涉及道路施工技术领域，具体是一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺。
[背景技术]
高架路是在道路架空建设的道路。其受地面因素影响，无法在原地面修建桥而设计的桥梁，一般出现在城市道路建设中。高架路的施工过程中，经常遇到许多施工难点，如钢箱梁造型复杂、工艺要求高，钢桥体平面宽度多样，且有些钢桥体每孔根据桥面跨度均设计有不同的起拱等。现有技术中普通的高架路施工工艺无法适用于这些对工艺、安全、效率要求高的高架路施工中。
[发明内容]
本发明的目的就是为了解决现有技术中的高架路施工工艺适用范围小且不能满足复杂的高架路施工等不足和缺陷，提供一种工艺新颖、安全可靠，适用复杂结构高架路的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)钢箱梁分段及钢支架布设；
2)钢箱梁分段吊装；
3)钢立柱吊装施工，包括：轴线标高测定，并安装钢支架；安装橡胶支座；吊装；过程测量、拼装；焊接；检验；局部除锈补漆；最终涂装；
4)构件吊拼装和焊接；
钢箱梁分段吊装包括搭设临时钢支架系统，在搭设临时钢支架系统前进行临时钢支架系统计算，计算包括：
1)临时钢支架和门式钢支架分布及分段钢箱梁架设过程中钢支架所受荷载计算；
2)通过midas软件进行垂直钢支架计算：包括钢支架两端为铰接结构以及钢支架一端为固接另一端为铰接的结构计算，计算内容包括技术特性计算、风荷载特性计算、整体稳定承载力计算、局部稳定承载力计算、缀条应力计算，其中技术特性计算包括主肢截面特性、缀条截面特性和整体截面特性；
3)门式钢支架基础计算：对钢支架立柱受力分析，并在每一段的钢箱梁吊装后分别计算分析每一吊后的轴力、剪力、弯矩；
4)地基承载力验算；
5)独立基础计算：包括冲切验算、配筋验算。
临时钢支架系统包括井字形钢支架和门式钢支架，其中井字形钢支架应用于直接坐落在地面以及在高架路的跨线桥上座落在墩柱盖梁部位上；门式钢支架应用于高架路的弧形转向段，其一肢钢支架直接坐落于地面，另一肢钢支架坐落在跨线桥混凝土墩柱盖梁上，上部横梁采用钢桁架。在非地面道路坐落钢支架采用混凝土基础，基础浇筑待其强度达到70％后可架设临时钢支架系统。钢箱梁焊接顺序为：先焊隔板或腹板对接焊缝或T型角焊缝，先焊上部1/3，再焊以下2/3，接着焊接主要受拉焊缝，再焊桥面板的连接对接焊缝，最后焊桥底板的连接对接焊缝；其中对接焊缝由两个焊工在对称同方向同速进行焊接，安装焊缝的焊接包括纵向焊缝焊接和横向焊缝焊接，纵向焊缝从跨中向两端焊接，横向焊缝从中间向两侧对称施焊，以减少焊接变形和焊缝约束应力。
钢立柱外形尺寸与原混凝土桥墩外形一致，立柱主结构钢板材质采用Q345qD桥梁板，多跨连续梁中墩立柱上下为等截面，边墩立柱上部为渐变截面，立柱伸入承台1.8m，通过四周设置剪力栓钉与承台混凝土连接；立柱下部承台以上1.5m范围的内腔灌注填芯混凝土，钢立柱内腔自下而上设置有简易爬梯。
构件吊拼装和焊接工艺包括：
a)安装混凝土墩柱上的盆式橡胶支座，如土建标高存在偏差，将调整钢垫板安置在橡胶支座下；
b)在吊机两侧伸出的支腿下部位铺设路基板；
c)钢箱梁起吊、回转、搁置；
d)中箱梁吊装定位后，两端加以固定，底部用型钢撑实并焊接，焊接时底部不与盆式橡胶支座接触，两者间隙≮5mm，再整体落架；
e)相邻钢箱梁安装后，立即采用拉结码板和手拉葫芦进行拼接，侧向腹板对接焊接后，吊机方可松钩。
本发明同现有技术相比，其优点在于本发明的施工工艺方法安全可靠，充分考虑结构的强度及各个安全系数，运用计算机专用软件建模，取得三维坐标数据。另外，本发明根据所用钢材的屈服强度仿真计算加工反力载荷值，以大吨位压机的机械施压为主，辅助火焰烘烤进行多曲面的加工，满足各种复杂的结构施工需要。
[附图说明]
图1为本发明实施例中高架路西向南转向段的墩柱划分示意图；
图2为本发明实施例中高架路北向南拼接段的墩柱划分示意图一；
图3为本发明实施例中高架路北向南拼接段的墩柱划分示意图二；
图4为本发明实施例中高架路钢箱梁K11～K14匝道分段及重量示意图；
图5为本发明实施例中高架路钢箱梁K15～K16、K17～K18匝道分段及重量示意图；
图6为本发明实施例中高架路钢箱梁K19～K21匝道分段及重量示意图；
图7为本发明实施例中高架路钢箱梁K22、K23、K24～K25匝道分段及重量示意图；
图8为本发明实施例中钢支架立柱吊装第一吊时受力分析图；
图9为本发明实施例中钢支架立柱吊装第一吊时轴力图；
图10为本发明实施例中钢支架立柱吊装第一吊时剪力图；
图11为本发明实施例中钢支架立柱吊装第一吊时弯矩图；
图12为本发明实施例中钢支架立柱吊装第二吊时受力分析图；
图13为本发明实施例中钢支架立柱吊装第二吊时轴力图；
图14为本发明实施例中钢支架立柱吊装第二吊时剪力图；
图15为本发明实施例中钢支架立柱吊装第二吊时弯矩图；
图16为本发明实施例中钢支架立柱吊装第三吊时受力分析图；
图17为本发明实施例中钢支架立柱吊装第三吊时轴力图；
图18为本发明实施例中钢支架立柱吊装第三吊时剪力图；
图19为本发明实施例中钢支架立柱吊装第三吊时弯矩图；
图20为本发明实施例中钢支架立柱吊装第四吊时受力分析图；
图21为本发明实施例中钢支架立柱吊装第四吊时轴力图；
图22为本发明实施例中钢支架立柱吊装第四吊时剪力图；
图23为本发明实施例中钢支架立柱吊装第四吊时弯矩图；
指定图1为本发明的摘要附图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例以一高架路钢结构工程为例，其相关内容及参数包括：钢立柱和钢箱梁安装，以及相关拼接段钢防撞墙的拆除。WS立交钢箱梁由西南向东北拼接段(梁面标高16.2m～26.5m)、然后西向南转向段(梁面标高26.5m～30.7m～28.8m)，以及北向南拼接段(梁面标高 28.8m～16.7m)三部分组成，总长度约1010m，设计用钢量约5175t(含钢立柱、钢牛腿和钢防撞墙)。
西南向东北的拼接段及北向南拼接段为单箱三室截面，箱梁下部为鱼腹式封闭弧形。西向南的转向段为单箱多室截面，平面为R＝110m曲线段，箱梁下部也为鱼腹式封闭弧形。本工程钢箱梁用材均采用Q345qD钢板。
西南向东北拼接段、西向南转向段、北向南拼接段包括了墩柱编号WSK11～K25的钢箱梁，各钢箱梁技术数据如下所述：
西向南转向段为一联4孔连续钢箱梁，包括编号WS10～WS11的墩柱，结构图如图1所示，数据如下表所示：
高架路北向南拼接段共有七联11孔钢箱梁，其中二孔连续梁4联，其它三孔为简支梁，结构图如图2～图3所示，匝道连续梁参数如下：
⑴K15～K16匝道连续梁：
⑵K17～K18匝道连续梁：
⑶K19～K21匝道连续梁：
⑷K22、K23单跨简支梁：
⑸K24～K25匝道连续梁：
钢箱梁的构件的分段如下；
当钢箱梁宽度≤7.5m，其横向不予分段，顺桥方向分段长度原则上不超过35m。当钢箱梁宽度＞7.5m(弧形段为外接矩形宽度)，其墩横梁为单独分段，纵向钢箱梁横桥一分为二，长度原则上不超过25m。钢纵梁横向分段须考虑分段后构架的刚性和强度，其一侧开口处需在出厂前加设支撑进行临时加固。
转向段中横梁部位的钢箱梁截面高度为4.6m(未含下部1.5m的柱顶套管)，受于运输条件的限制，其截面高度≥4.2m的，均在顺桥方向进行4m的分段，侧向装车运输。分段构件梁高＜3m，则其钢防撞墙由工厂焊制在箱梁上。
连续梁的合拢段及纵梁对接段的一端需在工厂增加8cm的装配余量。在下部结构土建施工初期，须对钢箱梁在相拼部位进行三维坐标值的实测。
钢箱梁吊装顺序如下所述，顺桥方向：按轴线编号从小到达逐跨进行吊装；纵横分段：先吊装墩横梁，后吊装纵梁；转向段：先吊装3段相连中墩柱的横梁，以便箱内的混凝土灌注施工及养护。如桥梁立柱为钢结构的，则先吊装钢立柱。弧形构件如采取双机抬吊，其吊点重心需在深化设计过程中经过计算，并通过试吊确定。钢吊索一般对称均长，现场采用加设卸扣的方法对起吊构件进行重心微调。所有分段箱梁原则上现场卸车不落地，直接吊装就位。根据现场工况条件，明确钢箱梁各分段构件吊装顺序和进场方向，并确定分段构件出厂装车的方向。施工过程中的测量定位，采取安装位置角度测距和地面放线垂准同步控制。临时钢支架座落地面需铺设道渣并压实后浇筑混凝土基础。吊机作业和构件进场区域曾为开挖部位或原绿化地须回填密实，并需铺设钢板或路基箱。做好分段构件对接部位下方的遮掩措施。钢箱梁分段及重量如图4～图7所示。
临时钢支架系统设置原则为：对于直接坐落地面的，以及在跨线桥上坐落在墩柱盖梁部位的，均采用我公司市政钢桥架设专用的井字形钢支架(单座或双座并列)。对于弧形转向段钢箱梁，在K12接近跨中部位有一分段，其临时搁置支撑采用门式钢支架，其一肢钢支架直接坐落于地面，另一肢钢支架坐落在跨线桥混凝土墩柱盖梁上，上部横梁采用钢桁架。上述钢架系统支架或桁架规格的选用，均须经过计算确定，不同选用钢架规格、部分支架基础及相关计算书如下所述。
当钢支架两端铰接：
㈠截面2.0m×2.0m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距2000×2000、每节高度2～5m、结构缀件的节距1.8m，主肢采用方钢管(截面尺寸200×200×12)、缀条采用槽钢16a，安装高度：L。材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量：E＝2.06×105N/mm2，自重：1.35t/m。主肢截面特性：A1＝90.24cm2、i1＝7.69cm、 I1＝5337cm4、λ1＝23.4、W1x＝533.7cm3、W1y＝377.44cm3、N1x＝30461KN、缀条截面特性：A2＝21.9cm2、i2x＝6.28cm、i2y＝1.83cm、λ2x＝40.5、λ2y＝139.1、整体截面特性：A＝360.96cm2、i＝100.3cm、I＝3630948cm4、Wx＝33009 cm3、Wy＝23341cm3、λx＝L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝2.2m。W＝1.4×w0×us×uz×βz,×2.2KN/m，M＝0.125 ×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.828×I)，M1＝M×I1/I。通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 7363 | 7338 | 7307 | 7268 |
| 15 | 7320 | 7278 | 7225 | 7161 |
| 18 | 7263 | 7200 | 7119 | 7021 |
| 21 | 7193 | 7102 | 6987 | 6846 |
| 24 | 7108 | 6984 | 6827 | 6635 |
| 27 | 7008 | 6844 | 6638 | 6386 |
| 30 | 6891 | 6683 | 6419 | 6098 |
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝91.3KN，V2≤7.626×30/2＝114.4KN，∴V＝114.4KN，N2＝V/2＝57.2KN，
⑹结论：
在两端铰接状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 7169 | 7144 | 7113 | 7074 |
| 15 | 7075 | 7033 | 6979 | 6914 |
| 18 | 6914 | 6850 | 6768 | 6669 |
| 21 | 6740 | 6647 | 6530 | 6388 |
| 24 | 6548 | 6422 | 6262 | 6069 |
| 27 | 6312 | 6146 | 5938 | 5686 |
| 30 | 6086 | 5875 | 5609 | 5289 |
㈡截面1.8m×1.8m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距1800×1800、每节高度4～12m、结构缀件的节距1.65m，主肢采用钢管D273 ×8、缀条采用槽钢12.6#，安装高度：L。材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量：E＝2.06×105N/mm2，自重：0.374t/m。主肢截面特性：A1＝66.6cm2、i1＝9.37cm、I1＝5851.7cm4、W1＝428.7cm3、N1x＝39740KN。缀条截面特性：A2＝15.69cm2、i2x＝4.98cm、i2y＝1.56cm、整体截面特性：A＝266.4cm2、 i＝90.5cm、I＝2181247cm4；Wx＝21044cm3、Wy＝15478cm3、λx＝L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。
体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。
最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝2m。
W＝1.4×w0×us×uz×βz,×2KN/m，M＝0.125×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.546×I)，M1＝M×I1/I。
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝67.4KN，V2≤6.932×30/2＝104KN，∴V＝104KN，N2＝V/2＝52KN，
⑹结论：
在两端铰接状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 5379 | 5353 | 5321 | 5282 |
| 15 | 5281 | 5238 | 5184 | 5118 |
| 18 | 5163 | 5097 | 5015 | 4914 |
| 21 | 5020 | 4926 | 4808 | 4665 |
| 24 | 4876 | 4748 | 4587 | 4393 |
| 27 | 4700 | 4532 | 4322 | 4069 |
| 30 | 4496 | 4284 | 4018 | 3701 |
㈢截面1.5m×1.5m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距1500×1500、每节高度1.5m、结构缀件的节距1.4m，主肢采用钢管D140×5、缀条采用钢管D114×4，安装高度：L。材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量：E＝2.06×105N/mm2，自重：0.22t/m。主肢截面特性：A1＝21.2cm2、i1＝4.8cm、I1＝484cm4、 W1＝69.1cm3、N1x＝4596KN。缀条截面特性：A2＝13.82cm2、i2＝3.9cm、I2＝209.3cm4；整体截面特性：A＝84.8cm2、i＝75.15cm、I＝478936cm4；Wx＝5841cm3、 Wy＝4236.5cm3、λx＝L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝1.4m。W＝1.4×w0×us×uz×βz,×1.4KN/m，M＝0.125 ×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.121×I)，M1＝M×I1/I。
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 1654 | 1633 | 1607 | 1576 |
| 15 | 1618 | 1584 | 1540 | 1487 |
| 18 | 1572 | 1519 | 1453 | 1372 |
| 21 | 1514 | 1439 | 1344 | 1228 |
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 24 | 1444 | 1341 | 1212 | 1054 |
| 27 | 1361 | 1227 | 1057 | 849 |
| 30 | 1265 | 1094 | 877 | 612 |
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝21.5KN，V2≤4.853×30/2＝72.8KN，∴V＝72.8KN，N2＝V/2＝36.4KN，
⑹结论：
在两端铰接状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 1622 | 1601 | 1575 | 1544 |
| 15 | 1578 | 1544 | 1500 | 1447 |
| 18 | 1524 | 1471 | 1405 | 1324 |
| 21 | 1455 | 1380 | 1286 | 1173 |
| 24 | 1351 | 1249 | 1123 | 973 |
| 27 | 1233 | 1102 | 941 | 751 |
| 30 | 1104 | 942 | 745 | 513 |
钢支架一端固接，一端铰接：
㈠截面2.0m×2.0m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距2000×2000、每节高度2～5m、结构缀件的节距1.8m，主肢采用方钢管(截面尺寸200×200×12)、缀条采用槽钢16a，安装高度：L。
材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量：E＝2.06×105N/mm2，自重：1.35t/m。
主肢截面特性：A1＝90.24cm2、i1＝7.69cm、I1＝5337cm4、λ1＝23.4、W1x＝533.7cm3、W1y＝377.44 cm3、N1x＝30461KN、
缀条截面特性：A2＝21.9cm2、i2x＝6.28cm、i2y＝1.83cm、λ2x＝40.5、λ2y＝139.1、
整体截面特性：A＝360.96cm2、i＝100.3cm、I＝3630948cm4、Wx＝33009cm3、Wy＝23341cm3、λx＝0.7×L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。
体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。
最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝2.2m。
W＝1.4×w0×us×uz×βz,×2.2KN/m，M＝0.125×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
其中：β＝0.85
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.828×I)，M1＝M×I1/I。
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 7363 | 7338 | 7307 | 7268 |
| 15 | 7320 | 7278 | 7225 | 7161 |
| 18 | 7263 | 7200 | 7119 | 7021 |
| 21 | 7193 | 7102 | 6987 | 6846 |
| 24 | 7108 | 6984 | 6827 | 6635 |
| 27 | 7008 | 6844 | 6638 | 6386 |
| 30 | 6891 | 6683 | 6419 | 6098 |
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝91.3KN，V2≤7.626×30×5/8＝143KN，∴V＝143KN，N2＝V/2＝71.5KN，
⑹结论：
在一端固结、另一端铰接的状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)：
㈡截面1.8m×1.8m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距1800×1800、每节高度4～12m、结构缀件的节距1.65m，主肢采用钢管D273 ×8、缀条采用槽钢12.6#，安装高度：L。材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量： E＝2.06×105N/mm2，自重：0.374t/m。主肢截面特性：A1＝66.6cm2、i1＝9.37cm、I1＝5851.7cm4、W1＝428.7cm3、N1x＝39740KN。
缀条截面特性：A2＝15.69cm2、i2x＝4.98cm、i2y＝1.56cm、 整体截面特性：A＝266.4cm2、i＝90.5cm、I＝2181247cm4；Wx＝21044cm3、Wy＝15478cm3、λx＝0.7×L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝2m。W＝1.4×w0×us×uz×βz,×2KN/m，M＝0.125 ×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
其中：β＝0.85
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.546×I)，M1＝M×I1/I。
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 5526 | 5500 | 5469 | 5430 |
| 15 | 5482 | 5440 | 5386 | 5321 |
| 18 | 5425 | 5360 | 5279 | 5179 |
| 21 | 5353 | 5261 | 5145 | 5003 |
| 24 | 5268 | 5142 | 4983 | 4790 |
| 27 | 5166 | 5001 | 4792 | 4538 |
| 30 | 5049 | 4838 | 4572 | 4247 |
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝67.4KN，V2≤6.932×30×5/8＝130KN，
∴V＝130KN，N2＝V/2＝65KN
⑹结论：
在一端固结、另一端铰接的状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 5435 | 5413 | 5386 | 5352 |
| 15 | 5361 | 5325 | 5279 | 5223 |
| 18 | 5275 | 5219 | 5149 | 5064 |
| 21 | 5171 | 5092 | 4992 | 4870 |
| 24 | 5048 | 4941 | 4804 | 4639 |
| 27 | 4913 | 4771 | 4593 | 4377 |
| 30 | 4763 | 4582 | 4356 | 4082 |
㈢截面1.5m×1.5m钢支架：
⑴技术特性：
主肢中心距1500×1500、每节高度1.5m、结构缀件的节距1.4m，主肢采用钢管D140× 5、缀条采用钢管D114×4，安装高度：L。
材质为Q235，材质强度：f＝215N/mm2，弹性模量：E＝2.06×105N/mm2，自重：0.22t/m。
主肢截面特性：A1＝21.2cm2、i1＝4.8cm、I1＝484cm4、W1＝69.1cm3、 N1x＝4596KN。
缀条截面特性：A2＝13.82cm2、i2＝3.9cm、I2＝209.3cm4；
整体截面特性：A＝84.8cm2、i＝75.15cm、I＝478936cm4；Wx＝5841cm3、Wy＝4236.5cm3、λx＝0.7 ×L/i、λ2＝λx 2+40×A/(2A2)。
⑵风荷载特性：
基本风压w0＝0.27KN/m2(8级风)、0.375KN/m2(9级风)、0.508KN/m2(10级风)、0.67KN/m2 (11级风)。
体型系数us＝1.3、高度系数uz＝(L/10)0.32、风振系数βz取2.0。
最不利的受风方向为45度方向，此时的受风面平均宽度＝1.4m。
W＝1.4×w0×us×uz×βz,×1.4KN/m，M＝0.125×W×L2KN-m。
⑶整体稳定承载力计算：
其中：β＝0.85
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
⑷局部稳定承载力计算：
其中：N1＝N/4+M×(I-4×I1)/(2.121×I)，M1＝M×I1/I。
通过电算，结果如下(承载力单位KN)：
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 1654 | 1633 | 1607 | 1576 |
| 15 | 1618 | 1584 | 1540 | 1487 |
| 18 | 1572 | 1519 | 1453 | 1372 |
| 21 | 1514 | 1439 | 1344 | 1228 |
| 24 | 1444 | 1341 | 1212 | 1054 |
| 27 | 1361 | 1227 | 1057 | 849 |
| 30 | 1265 | 1094 | 877 | 612 |
⑸缀条计算：
V1＝Af/85＝21.5KN，V2≤4.853×30×5/8＝91KN，
∴V＝91KN，N2＝V/2＝45.5KN
⑹结论：
在一端固结、另一端铰接的状态下，本支架不同安装高度、不同风力作用下的竖向承载能力设计值(扣除支架自重)如下(单位KN)。
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 12 | 1622 | 1601 | 1575 | 1544 |
| 15 | 1578 | 1544 | 1500 | 1447 |
| 18 | 1524 | 1471 | 1405 | 1324 |
| H(m) | 8级 | 9级 | 10级 | 11级 |
| 21 | 1459 | 1384 | 1289 | 1173 |
| 24 | 1381 | 1278 | 1149 | 991 |
| 27 | 1290 | 1156 | 986 | 778 |
| 30 | 1186 | 1015 | 798 | 533 |
K12门式钢支架基础计算：
钢支架立柱受力分析：
基本风压：11级风0.67KN/m2
体型系数Ms＝1.3，高度系数Mz＝1，βz＝2.0，支架挡风系数0.38
风压W＝1.4×0.67×1.3×1×2×2×0.38＝1.854KN/m
钢架自重按每米700kg计算，门架顶部横梁按每米1000kg计算。
第一吊时，受力图如图8所示，其计算结果如图9～图11所示；第二吊完成时，受力图如图12所示，其计算结果如图13～图15所示，第三吊完成时，受力图如图16所示，其计算结果如图17～图19所示；第四吊完成时，受力图如图20所示，其计算结果如图21～图23所示。
综上所述，四吊完成后为格构柱的最不利受力工况。此时：Nmax＝1599.4KN(设计值)， Vmax＝25.05KN(设计值)，Mmax＝105.37KN.m(设计值)，标准值为：Nmax＝1332.84KN，Vmax＝18.56KN，Mmax＝78.05KN.m。
地基承载力验算:
根据工程实际情况，计划将独立基础浇筑在现有的停车场的混凝土地坪之上。经勘查，现有混凝土地坪厚度达到250mm，故混凝土地坪的地基承载力按100Kpa计取。计算条件如下：
基础参数为：基础埋深d＝0.00m，基础宽B＝5.30m，基础长L＝6.00m，基础底标高Bg＝0.00m。土层信息为：地下水标高＝-1.50m(预估值)，顶层土标高＝0.00m，土层数＝1，土层重度(MPa) ＝18，承载力为120N，深度修正为1。载荷信息如下，荷载标准值：N＝1332.84kn，Mx＝894.50kn*m (考虑了柱偏心附加弯矩)，My＝965.10kn*m(考虑了柱偏心附加弯矩)，单位面积的基础及覆土重γ`h＝22.50kPa。计算根据：中华人民共和国国家标准GB50007-2002综合法， fa＝fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)，底板反力(kPa):平均p＝64.413，最大pmax＝126.900，最小pmin＝1.927，角点p1＝1.927，p2＝70.642，p3＝126.900p4＝58.185。承载力计算：地基(非抗震)承载力设计值＝120，pk＜fa，pkmax＜1.2fa，地基承载力验算满足。
独立基础设计如下，独基类型:阶形现浇，独基尺寸(单位mm)如下表：
| 长 | 宽 | 高 | |
| 一阶 | 6000 | 5300 | 900 |
基础底标高：0.000m，基础移心：S方向:0mm，B方向:0mm，底板配筋：Y方向:16@200，X方向:16@200，单位面积的基础及覆土重：22.5kPa，柱截面信息如下，柱截面高：2000mm，柱截面宽：2000mm，柱偏心x：-603mm，柱偏心y：-653mm，柱转角：-32°，荷载信息如下，竖向荷载基本值：Nk＝1333Kn，X方向弯矩基本值：Mx＝965Kn*m，Y方向弯矩基本值： My＝895Kn*m。
计算结果如下：
冲切验算采用GB5007-2002建筑地基基础设计规范,公式为：Fl≤0.7βhpftαmh0，
αm＝(αt+αb)/2，Fl＝pjAl。
冲切力抗力计算:
X+方向,高度H＝900
Fl＝pj*Al＝70.04*7.53＝527.09
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
Fl＝pj*Al＝70.04*7.53＝527.09
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
该本方向冲切验算满足。
X-方向,高度H＝900
Fl＝pj*Al＝31.01*7.53＝233.36
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
Fl＝pj*Al＝31.01*7.53＝233.36
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
该方向冲切验算满足。
Y+方向,高度H＝900
Fl＝pj*Al＝26.84*6.19＝166.14
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
Fl＝pj*Al＝26.84*6.19＝166.14
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
该本方向冲切验算满足。
Y-方向,高度H＝900
Fl＝pj*Al＝76.27*6.19＝472.18
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
Fl＝pj*Al＝76.27*6.19＝472.18
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2＝0.7*0.99*1432.89*(0.63+2.33)*0.85/2＝1247.63KN
该方向冲切验算满足。
四边冲切验算：
H＝900.
Fl＝N-pk*(bc+2*h0)*(hc+2*h0)＝1332.84-41.9*(625.7+2*850.0)*(625.7+2*850.0)*1e-6＝ 1106.14Kn
Fr＝0.7*Bhp*ft*am*h0＝0.7*0.99*1432.9*(625.7+625.7+2*850.0)*850.0*1e-6＝4990.51Kn 故四边冲切验算满足。
配筋验算采用GB5007-2002建筑地基基础设计规范,计算公式为：
弯矩计算：
x方向,h0＝850mm
M＝1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]＝2.69*2.69[(2*5.30+0.63)*(70042.14+ 44846.45)+(70042.14-44846.45)*5.30]/12＝856.42KNm
M＝1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]＝2.69*2.69[(2*5.30+0.63)*(13784.28+ 38979.96)+(13784.28-38979.96)*5.30]/12＝276.06KNm
y方向,h0＝840mm
M＝1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]＝2.34*2.34[(2*6.00+0.63)*(7555.79+ 37857.28)+(7555.79-37857.28)*6.00]/12＝178.24KNm
M＝1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]＝2.34*2.34[(2*6.00+0.63)*(76270.63+ 45969.14)+(76270.63-45969.14)*6.00]/12＝785.29KNm
配筋计算：
M1＝856.417
AGx＝M1/(0.9*h0*fy)＝856416.563/(0.9*0.850*300.)＝3731.663mm*mm
M2＝785.288
AGy＝M2/(0.9*h0*fy)＝785287.750/(0.9*0.840*300.)＝3462.468mm*mm
X方向配筋为3462.468，Y方向配筋为3462.468。原钢筋X方向配筋量满足，原钢筋Y方向配筋量满足。计算的配筋方案为：AGx:16@200，AGy:16@200。
临时钢支架架设底部需要设置节点，非地面道路坐落钢支架采用混凝土基础，基础浇筑待其强度达到70％后可架设钢支架。吊耳及吊索具的配置如下表：
吊耳的技术要求如下：
⑴吊耳和两侧加强板的材料采用与其相接的钢构件材料。
⑵吊耳切割后的切割面应打磨光顺，且表面不允许有咬口、凹凸不平等现象。
⑶吊耳的吊孔应磨光，孔的边缘必须倒角。
⑷吊耳在分段构件上设置时，原则上应考虑在钢构件的强结构；特殊情况时，应进行加强处理。
⑸吊耳的焊接要求：
a.吊耳开坡口处，坡口焊后，再增加6～8mm焊脚。
b.吊耳不开坡口处的角焊缝，其焊脚为其中薄板板厚的0.7倍(表中K值)。
c.所有吊耳零件间的焊缝都为连续焊缝，如有端头需进行包角焊，其包角焊的焊脚为1.2K。
⑹吊耳所处位置反面的结构焊接要求：
a.吊耳反面的纵、横结构是双面连续焊的，应在距吊耳中心1m范围内的所有纵、横向构架进行加强焊，其加强焊的焊脚高度在原焊脚高度的基础上再增加2～3mm。
b.若吊耳反面的纵横结构在规定加强焊的范围内不连续，其结构端头均应进行包角焊，其包角焊的焊脚高度为加强焊的1.2K(K为加强焊的焊脚高度)，同时加设竖向立劲板。
⑺吊耳焊接完成后须进行磁粉探伤。
本说明书提及的公式中符号参考《钢结构设计规范GB50017-2003》第6～第7页，本发明中所有计算均通过midas软件进行。
Claims (6)
1.一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)钢箱梁分段及钢支架布设；
2)钢箱梁分段吊装；
3)钢立柱吊装施工，包括：
a.轴线标高测定，并安装钢支架；安装橡胶支座；
b.吊装；
c.过程测量、拼装；
d.焊接；
e.检验；
f.局部除锈补漆；
g.最终涂装；
4)构件吊拼装和焊接；
所述的钢箱梁分段吊装包括搭设临时钢支架系统，在搭设临时钢支架系统前进行临时钢支架系统计算，计算包括：
1)临时钢支架和门式钢支架分布及分段钢箱梁架设过程中钢支架所受荷载计算；
2)垂直钢支架计算：包括钢支架两端为铰接结构以及钢支架一端为固接另一端为铰接的结构计算，计算内容包括技术特性计算、风荷载特性计算、整体稳定承载力计算、局部稳定承载力计算、缀条应力计算，其中技术特性计算包括主肢截面特性、缀条截面特性和整体截面特性；
3)门式钢支架基础计算：对钢支架立柱受力分析，并在每一段的钢箱梁吊装后分别计算分析每一吊后的轴力、剪力、弯矩；
4)地基承载力验算；
5)独立基础计算：包括冲切验算、配筋验算。
2.如权利要求1所述的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于所述的临时钢支架系统包括井字形钢支架和门式钢支架，其中井字形钢支架应用于直接坐落在地面以及在高架路的跨线桥上座落在墩柱盖梁部位上；门式钢支架应用于高架路的弧形转向段，其一肢钢支架直接坐落于地面，另一肢钢支架坐落在跨线桥混凝土墩柱盖梁上，上部横梁采用钢桁架。
3.如权利要求1所述的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于在非地面道路坐落钢支架采用混凝土基础，基础浇筑待其强度达到70％后可架设临时钢支架系统。
4.如权利要求1所述的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于所述的钢箱梁焊接顺序为：先焊隔板或腹板对接焊缝或T型角焊缝，先焊上部1/3，再焊以下2/3，接着焊接主要受拉焊缝，再焊桥面板的连接对接焊缝，最后焊桥底板的连接对接焊缝；其中对接焊缝由两个焊工在对称同方向同速进行焊接，安装焊缝的焊接包括纵向焊缝焊接和横向焊缝焊接，纵向焊缝从跨中向两端焊接，横向焊缝从中间向两侧对称施焊，以减少焊接变形和焊缝约束应力。
5.如权利要求1所述的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于所述的钢立柱外形尺寸与原混凝土桥墩外形一致，立柱主结构钢板材质采用Q345qD桥梁板，多跨连续梁中墩立柱上下为等截面，边墩立柱上部为渐变截面，立柱伸入承台1.8m，通过四周设置剪力栓钉与承台混凝土连接；立柱下部承台以上1.5m范围的内腔灌注填芯混凝土，钢立柱内腔自下而上设置有简易爬梯。
6.如权利要求1所述的一种大跨径空间三维曲面鱼腹式箱型钢结构高架桥梁施工工艺，其特征在于所述的构件吊拼装和焊接工艺包括：
a)安装混凝土墩柱上的盆式橡胶支座，如土建标高存在偏差，将调整钢垫板安置在橡胶支座下；
b)在吊机两侧伸出的支腿下部位铺设路基板；
c)钢箱梁起吊、回转、搁置；
d)中箱梁吊装定位后，两端加以固定，底部用型钢撑实并焊接，焊接时底部不与盆式橡胶支座接触，两者间隙≮5mm，再整体落架；
e)相邻钢箱梁安装后，立即采用拉结码板和手拉葫芦进行拼接，侧向腹板对接焊接后，吊机方可松钩。
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