CN110080116A - 一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及道路桥梁工程建设领域,具体为一种大跨度预应力盖梁施工临时支撑装置及其施工方法,适用于各类复杂地形条件下公路和市政桥梁工程中墩高不大于20m的大跨度盖梁的施工,一种大跨度预应力盖梁施工临时支撑装置包括有千斤顶、立柱和混凝土基座,混凝土基座设置在底面上,千斤顶连接在混凝土基座上端,立柱连接在千斤顶上端,千斤顶和立柱之间还连接有承压钢板,立柱上端还连接有纵梁,纵梁上端还连接有横梁,横梁上端还连接有盖梁底模,同一排立柱上方还设有连接拉杆,短连接杆贯穿纵梁和凹槽侧壁,墩柱上端安装有抱箍,抱箍上端连接有千斤顶,本发明克服了传统盖梁施工技术在大跨度预应力盖梁施工中的缺点,节约成本的同时大幅缩短工期。

Description

一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置及其施工方法
技术领域
本发明涉及道路桥梁工程建设领域,具体为一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置及其施工方法,适用于各类复杂地形条件下公路和市政桥梁工程中墩高不大于20m的大跨度盖梁的施工,水上作业除外。
背景技术
近年来,随着高速公路设计及施工环保理念的提升,大跨度预应力盖梁越来越多的出现在公路桥梁工程中,其墩柱数量较少,大大减少了桥梁下部构造施工对既有道路、河道及水系的破坏,保护了周边环境。
但因其跨度、施工荷载比普通盖梁增加数倍,施工难度随之加大。传统的满堂支架和贝雷梁支架施工技术安全系数高,但耗材费工,工序繁杂,且无法满足复杂地形条件下施工。传统抱箍法施工又无法克服大跨度盖梁施工荷载及变形。
发明内容
本发明的目的在于,提出一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置及其施工方法,克服传统盖梁施工技术在大跨度预应力盖梁施工中的缺点,节约成本的同时大幅缩短工期。
为解决上述问题,本发明一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置包括有千斤顶、立柱和混凝土基座,混凝土基座设置在底面上,千斤顶连接在混凝土基座上端,立柱连接在千斤顶上端,立柱上端还连接有纵梁,纵梁上端还连接有横梁,横梁上端还连接有底模。
进一步的,所述的立柱顶面设有凹槽,纵梁连接在凹槽内,立柱上还连接有短连接杆,短连接杆贯穿纵梁和凹槽侧壁;所述的横梁连接在两个纵梁上侧,横梁与纵梁垂直,横梁设有多个;所述的千斤顶和立柱之间还连接有承压钢板;所述的墩柱上端连接有抱箍,抱箍紧贴墩柱,抱箍上端连接有千斤顶,千斤顶连接在抱箍与纵梁之间;施工时立柱和纵梁组装方便,施工后拆卸快,周转快,用千斤顶控制调节底模的高程,快捷方便,精度高,无需其他机械设备配合;可重复使用,节约资源。横梁支撑底膜,多个横梁增大与底膜的接触面积,是纵梁受力更加均匀。
进一步的,所述的纵梁设有两个,两个纵梁沿盖梁长度方向平行设有,两个纵梁下侧均连接有立柱,两个立柱轴线在同一平面上,同一排立柱上方还设有连接拉杆,连接拉杆贯穿两个纵梁上;千斤顶在抱箍上设有两个,两个千斤顶分别连接在两个纵梁与抱箍之间;所述的纵梁由工字钢组成;所述的千斤顶为机械螺旋千斤顶。两个纵梁及立柱更好的将底模水平支撑;调整底模的高程时两个千斤顶同时操作使底模水平均匀的上升或下降。
本发明一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置施工方法,其特征在于:包括如下步骤:
a.建模计算;
b.高程测量:计算抱箍安装顶标高,公式为:H=H1-h1-h2-h3
式中H为抱箍安装顶标高;H1为盖梁设计底标高;h1为盖梁底模板厚度;h2为工字钢纵梁高度;h3为千斤顶行程至中位是的千斤顶总高度;用水准仪测量墩柱顶标高,根据盖梁底板设计标高反算的抱箍底沿位置并做出标记;
c.场地清理;
d.抱箍及底模安装;
e.地基处理:对混凝土基座下方的地面进行砂砾换填,砂砾换填后进行碾压夯实,直至满足承载力要求;地基顶面应高出周围地面30cm以上,场地四周设置排水措施;
f.临时支持装置安装;
g.临时支持装置预压
h.调整底模;
i.盖梁施工;
j.混凝土养生:采用覆盖洒水养生法,养护至预应力张拉,养生期间保持梁体湿润,张拉时砼强度不得低于设计强度的90%。;
k.临时支持装置拆除。
进一步的,所述的步骤a.建模计算包括如下步骤:
a1.纵梁计算:
a1-1.根据盖梁数据进行荷载计算,公式为:
GZ=G1+G2+G3+G4+G5
式中:GZ为纵梁上的总荷载;G1为砼自重;G2为钢筋自重;G3为工字钢自重;G4为底模自重;G5为施工荷载及其他荷载;
纵梁所承受的荷载均布荷载q计算公式如下:
q= GZ/L
式中:GZ为纵梁上的总荷载;L为纵梁长度;
a1-2.根据a1-1的计算结果建立力学模型;
a1-3.根据a1-2的力学模型进行结构力学计算,包括纵梁强度验算和纵梁变形验算,纵梁强度验算根据单根纵梁进行分析;
a2.抱箍计算,抱箍计算包括抱箍荷载计算、抱箍受力计算、抱箍应力计算;抱箍受力计算包括螺栓数目计算、螺栓轴向受拉计算和螺栓所需力矩计算;抱箍应力计算包括抱箍壁为受拉产生拉应力计算和抱箍体剪应力计算;
a3.临时支撑装置计算:包括立柱稳定验算和混凝土基座验算。
进一步的,所述的步骤d. 抱箍及底模安装包括如下步骤:
d1. 抱箍采用高强螺栓连接,螺栓连接牢固使其力矩达到要求并使抱箍紧贴墩柱,安装过程对抱箍标高要求控制在±5cm范围内。将机械螺旋千斤顶固定于抱箍上,准确调整标高,安装工字钢纵梁并使用拉杆固定好两侧纵梁;
d2. 底模采用钢模板,铺设在纵梁上,铺设底模时要精确测量底板标高,并综合考虑槽钢与底板的压缩量、支架的沉降量和压缩变形量的影响,通过测量调整千斤顶使标高满足要求。
进一步的,所述的步骤f.临时支持装置安装包括如下步骤:
f1.将混凝土基座放置于完成了步骤e.地基处理的地面上;
f2.将千斤顶连接在混凝土基座上,承压钢板之间连接在千斤顶上;
f3.将立柱连接在承压钢板上,在立柱顶面凹槽与纵梁之间连接短连接杆,在同排立柱上方的两个纵梁之间连接连接拉杆;
f4.调节千斤顶使立柱受力,使纵梁有5mm的预拱度;
f5.在纵梁上焊接钢平台作为永久性安全操作平台,在永久性安全操作平台四周设置防护网及护栏,在永久性安全操作平台侧面设置安全爬梯。
进一步的,所述的步骤g.临时支持装置预压包括如下步骤:
g1.在搭好的临时支持装置上的堆放与盖梁荷载等重的砂袋或钢材、水袋,盖梁荷载统一采用安全系数1.2;
g2.在预压之前测出各测量控制点标高,测量控制点沿盖梁每5米布置一个点;
g2.加载50%和100%后均要复测各控制点标高,加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高,如果加载100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时,表明地基及支架已基本沉降到位,卸载预压,否则还须持荷进行预压,直到地基及支架沉降到位。
进一步的,所述的步骤h.调整底模根据预压成果调整抱箍上方的千斤顶来调整临时支撑装置标高以精确控制底模标高,公式为:
Δh=H1-H
Δh 为千斤顶调节高度;H1为墩柱顶标高;H为预压完成后实测盖梁底标高。
进一步的,盖梁预应力张拉完成后即可进行步骤k.临时支持装置拆除,先泄压立柱下的千斤顶再拆除立柱,最后泄压抱箍顶部的千斤顶,纵梁下落5-10cm后轻微撬动,底模自由落下后拆除。
本发明的有益效果是:一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置包括有千斤顶、立柱和混凝土基座,混凝土基座设置在底面上,千斤顶连接在混凝土基座上端,立柱连接在千斤顶上端,千斤顶和立柱之间还连接有承压钢板,立柱上端还连接有纵梁,纵梁上端还连接有横梁,横梁上端还连接有底模,同一排立柱上方还设有连接拉杆,连接拉杆贯穿两个纵梁上,短连接杆贯穿纵梁和凹槽侧壁,墩柱上端连接有抱箍,抱箍紧贴墩柱,抱箍上端连接有千斤顶,本发明施工时立柱和纵梁组装方便,施工后拆卸快,周转快,用千斤顶控制调节底模的高程,快捷方便,精度高,无需其他机械设备配合;可重复使用,节省大量人工劳动及材料损耗,有效缩短施工工期,节约了施工成本,提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图;
图2为本发明图1的A处截面图;
图3为本发明图1的A处正视图;
图4为本发明混凝土基座截面图;
图5为本发明墩柱与抱箍处的正视图;
图6为本发明墩柱与抱箍处的截面图;
图7为本发明实施例一的力学模型图;
图8为本发明实施例一的弯矩图;
图9为本发明实施例一的挠度图。
图中:1.抱箍;2.千斤顶;3.纵梁;4.立柱;5.混凝土基座;6.连接拉杆;7.短连接杆;8.横梁;9.底模;10.承压钢板。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置,设置在墩柱与墩柱之间,包括有千斤顶2、立柱4和混凝土基座5,混凝土基座5设置在底面上,千斤顶2连接在混凝土基座5上端,立柱4连接在千斤顶2上端,立柱4上端还连接有纵梁3,纵梁3上端还连接有横梁8,横梁8上端还连接有底模9;所述的墩柱连接在底模9下端,墩柱上连接有抱箍1,抱箍1紧贴墩柱,抱箍1上端连接有千斤顶2,千斤顶2连接在抱箍1与纵梁3之间。
如图2、图3所示,所述的纵梁3设有两个,两个纵梁3平行设有,两个纵梁3下侧均连接有立柱4,两个立柱4轴线在同一平面上,同一排立柱4上方还设有连接拉杆6,连接拉杆6贯穿两个纵梁3上。所述的立柱4顶面设有凹槽,纵梁3连接在凹槽内,立柱4上还连接有短连接杆7,短连接杆7贯穿纵梁3和凹槽侧壁。所述的横梁8连接在两个纵梁3上侧,横梁8与纵梁3垂直,横梁8设有多个,多个横梁8阵列布设。
如图4所示,所述的千斤顶2和立柱4之间还连接有承压钢板10。
如图5、图6所示,墩柱连接在底模9下端,墩柱上连接有抱箍1,抱箍1紧贴墩柱,抱箍1上端连接有千斤顶2,千斤顶2连接在抱箍1与纵梁3之间,千斤顶2在抱箍1上设有两个,两个千斤顶2分别连接在两个纵梁3与抱箍1之间。
所述的纵梁3由工字钢组成。所述的千斤顶2为机械螺旋千斤顶。
本发明所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置施工方法包括有如下步骤:
a.建模计算;
b.高程测量:计算抱箍1安装顶标高,公式为:H=H1-h1-h2-h3
式中H为抱箍1安装顶标高;H1为墩柱顶标高;h1为盖梁底模板厚度;h2为工字钢纵梁高度;h3为千斤顶行程至中位时的千斤顶总高度;用水准仪测量墩柱顶标高,根据盖梁底板设计标高反算的抱箍1底部位置并做出标记;
c.场地清理;
d.抱箍1及底模9安装;
e.地基处理:对混凝土基座5下方的地面进行砂砾换填,砂砾换填后进行碾压夯实,直至满足承载力要求;地基顶面应高出周围地面30cm以上,场地四周设置排水措施;
f.临时支持装置安装;
g.临时支持装置预压
h.调整底模9;
i.盖梁施工;
j.混凝土养生:采用覆盖洒水养生法,养护至预应力张拉,养生期间保持梁体湿润,张拉时砼强度不得低于设计强度的90%。;
k.临时支持装置拆除;
进一步的,所述的步骤a.建模计算包括如下步骤:
a1.纵梁3计算:
a1-1.根据盖梁数据进行荷载计算,公式为:
GZ=G1+G2+G3+G4+G5
式中:GZ为纵梁上的总荷载;G1为砼自重;G2为钢筋自重;G3为工字钢自重;G4为底模9自重;G5为施工荷载及其他荷载;
纵梁3所承受的荷载均布荷载q计算公式如下:
q= GZ/L
式中:GZ为纵梁上的总荷载;L为纵梁长度;
a1-2.根据a1-1的计算结果建立力学模型;
a1-3.根据a1-2的力学模型进行结构力学计算,包括纵梁3强度验算和纵梁3变形验算,纵梁3强度验算根据单根纵梁进行分析;
a2.抱箍1计算,抱箍计算包括抱箍1荷载计算、抱箍1受力计算、抱箍1应力计算;抱箍1受力计算包括螺栓数目计算、螺栓轴向受拉计算和螺栓所需力矩计算;抱箍1应力计算包括抱箍壁为受拉产生拉应力计算和抱箍体剪应力计算。
a3.临时支撑装置计算:包括立柱4稳定验算和混凝土基座5验算。
进一步的,所述的步骤d. 抱箍1及底模9安装包括如下步骤:
d1. 抱箍1采用高强螺栓连接,螺栓连接牢固使其力矩达到要求并使抱箍紧贴墩柱,安装过程对抱箍标高要求控制在±5cm范围内。将机械螺旋千斤顶固定于抱箍上,准确调整标高,安装工字钢纵梁并使用拉杆固定好两侧纵梁;
d2. 底模9采用钢模板,铺设在纵梁上,铺设底模时要精确测量底板标高,并综合考虑横梁8与底板的压缩量、支架的沉降量和压缩变形量的影响,通过测量调整千斤顶2使标高满足要求。
进一步的,所述的步骤f.临时支持装置安装包括如下步骤:
f1.将混凝土基座5放置于完成了步骤e.地基处理的地面上;
f2.将千斤顶2连接在混凝土基座5上,承压钢板10之间连接在千斤顶2上;
f3.将立柱4连接在承压钢板10上,在立柱4顶面凹槽与纵梁3之间连接短连接杆7,在同排立柱4上方的两个纵梁3之间连接连接拉杆6;
f4.调节千斤顶2使立柱4受力,使纵梁有5mm的预拱度;
f5.在纵梁3上焊接钢平台作为永久性安全操作平台,在永久性安全操作平台四周设置防护网及护栏,在永久性安全操作平台侧面设置安全爬梯,;
进一步的,所述的步骤g.临时支撑装置预压包括如下步骤:
g1.在搭好的临时支持装置上的堆放与盖梁荷载等重的砂袋或钢材、水袋,盖梁荷载统一采用安全系数1.2;
g2.在预压之前测出各测量控制点标高,测量控制点沿盖梁每5米布置一个点;
g2.加载50%预压荷载和100%预压荷载后均要复测各控制点标高,加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高,如果加载100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时,表明地基及支架已基本沉降到位,卸载预压,否则还须持荷进行预压,直到地基及支架沉降到位。
进一步的,所述的步骤h.调整底模9根据预压成果调整抱箍1上方的千斤顶2来调整临时支撑装置标高以精确控制底模9标高,公式为:
Δh=H1-H
Δh 为千斤顶调节高度;H1为墩柱顶标高;H为预压完成后实测盖梁底标高。
进一步的,盖梁预应力张拉完成后即可进行步骤k.临时支持装置拆除,先泄压立柱4下的千斤顶2再拆除立柱4,最后泄压抱箍1顶部的千斤顶2,纵梁3下落5-10cm后轻微撬动,底模9自由落下后拆除。
本发明施工时立柱和纵梁组装方便,施工后拆卸快,周转快,用千斤顶控制调节底模的高程,快捷方便,精度高,无需其他机械设备配合;可重复使用,节省大量人工劳动及材料损耗,有效缩短施工工期,节约了施工成本,提高了经济效益。
本发明克服传统盖梁施工技术在大跨度预应力盖梁施工中的缺点,节约成本的同时大幅缩短工期,适用于各类复杂地形条件下公路和市政桥梁工程中墩高不大于20m的大跨度盖梁的施工,水上作业除外。
表1为针对同样一片预应力盖梁,使用本发明进行施工和使用现有技术满堂支架进行施工的经济效益分析对比表:
表1:经济效益分析对比表
通过经济效益分析对比:采用本发明进行施工比现有技术直接成本费降低约11万元,工期缩短7天,以某跨河道的大桥为例,全桥节约材料费27万元,节约人工费26.4万元,合计节约成本53.4万元,缩短工期60天,经济效益显著,值得推广。
作为本发明的实施例一,某大桥某盖梁长39.86m,宽2.2m,高2.2m的钢筋砼结构,引桥盖梁砼浇筑量大,约150.2m3,钢筋约21.69吨。
在进行步骤a.建模计算过程如下:
a1.纵梁3计算:
纵梁3采用单层2排,I56a工字钢形成纵梁,长40m,单位重量106.316kg/m,横截面积A=135.435cm2,惯性矩I=65600cm4,截面抵抗矩W=2340cm3,弹性模量E取210GPa,剪切模量G=E/2(1+v)=83.33GPa,泊松比v取0.26。
a1-1.根据盖梁数据进行荷载计算,
1)砼自重: G1=150.2m3×25kN/m3=3755kN;
2)钢筋自重:G2=21.69t×10=216.9kN;
3)工字钢自重:G3=106.316×40×2×10=85052.8N=85.0528kN;
4)模板自重:G4=100kN;
5)施工荷载及其他荷载:G5=20kN;
6)纵梁上的总荷载:GZ=G1+G2+G3+G4+G5=3755+216.9+85.0528+100+20=4176.953kN,按4200kN取值;
纵梁(3)所承受的荷载均布荷载q:
q= GZ/L=4200/40=105kN/m。
a1-2:根据a1-1的计算结果建立力学模型,力学模型图如图7所示,图中Ⅱ、Ⅴ、Ⅷ处为墩柱,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ处为临时支撑装置;节段Ⅰ′长度6.43m,节段Ⅱ′长度4.5m,节段Ⅲ′长度4.5m,节段Ⅳ′长度4.5m,节段Ⅴ′长度4.5m,节段Ⅳ′长度4.5m,节段Ⅶ′长度4.5m,节段Ⅷ长度6.43m。
a1-3.根据a1-2的力学模型进行结构力学计算:
按单根纵梁3进行分析,所受均布荷载取52.5kN/m,抗拉刚度EA=2.844×106N,抗剪刚度kGA=5.833×108N(k=A1/A),抗弯刚度EI=1.378×108N•m2
计算得各支座竖向反力:
R=R=276kN,R=R=695.2kN,R=R=398.18kN,R= R= 491.06kN,R=464.16kN;弯矩图如图8所述。其中,最大弯矩出现在两端支点Ⅱ、Ⅷ处,
M=M=197.496kN•m;
单根纵梁3最大抵抗弯Mmax=W•f=2340×10-6×210×106=491.4kN•m,f为型钢抗拉强度标准值,取210MPa;
M2<Mmax,则纵梁3抗弯强度满足要求;
2)纵梁3变形验算:
由软件计算可求得单根纵梁3的挠度,挠度图如图9所示。
经计算软件分析,在距离Ⅰ、Ⅸ号结点2.93m处工字钢有最大挠度:
YⅠⅡ=YⅥⅦ=5.3mm;其余各结点间跨中挠度为:YⅡⅢ=YⅧⅨ=0.13mm,YⅢⅣ=YⅥⅦ=0.81mm,YⅣⅤ=YⅤⅥ=0.6mm;
挠度允许值:[Y]=LⅠⅡ/400=6.5/400=16.25mm;
Ymax=YⅠⅡ<[Y],则工字钢的变形满足要求。
a2.抱箍1计算:
1.抱箍1承载力计算
1)荷载计算
每个盖梁按墩柱个数设三个抱箍1支承上部荷载,由上面的计算可知:
R=R=276kN,R=R=695.2kN,R=R=398.18kN,R= R= 491.06kN,R=464.16kN;
令N=695.2kN,以最大值为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算,该值即为抱箍1需产生的摩擦力。
2.抱箍1受力计算
1)螺栓数目计算
抱箍1需承受的竖向压力N=695.2kN;
抱箍1所受的竖向压力由M22的高强螺栓的抗剪力产生:
M22螺栓的允许承载力:[NL]=Pμn/K;
式中:P---高强螺栓的预拉力,M22螺栓取190kN;
μ---摩擦系数,取0.3;
n---传力接触面数目,取1;
K---安全系数,取1.7;
则:[NL]= 190×0.3×1/1.7=33.53kN;
螺栓数目m:抱箍连接板上螺栓孔为30个,取计算截面上的螺栓数目m=30个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力:
P′=N/30=695.2/30=23.173kN < [NL]=33.53 kN
故能承担所要求的荷载;
2)螺栓轴向受拉计算
混凝土与钢之间设一层橡胶,按橡胶与钢之间的摩擦系数取μ=0.5计算;
抱箍1产生的压力Pb= N/μ=695.2kN/0.5=1390.4kN由高强螺栓承担;
则:N’=Pb=1390.4kN;
抱箍1的压力由30条M22的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为:
N1=Pb/30=1390.4kN /30=46.347kN<[S]=190kN;
σ=N”/A= N′(1-0.4m1/m)/A;
式中:N′---轴心力;
m1---所有螺栓数目,取:m1=30个,每个抱箍上可安装30个螺栓;
A---高强螺栓截面积,A=3.8cm2
σ=N”/A= Pb(1-0.4m1/m)/A=1390.4×(1-0.4×30/30)/(30×3.8×10-4
=73179kPa=73.2MPa<[σ]=140MPa
故高强螺栓满足强度要求。
3)求螺栓需要的力矩M
由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数;L1=0.015力臂;
M1=0.15×73.179×0.015=0.165 kN.m;
M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°;
M21×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2
=0.15×73.179×cos10°×0.011+73.179×sin10°×0.011
=0.259 (KN·m)[式中L2=0.011 (L2为力臂)]
M=M1+M2=0.165+0.259=0.424 (kN·m)
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥0.424(kN·m);
3.抱箍1的应力计算:
1)抱箍1壁为受拉产生拉应力
拉力P1=15N1=15×46.347=695.205(kN);
抱箍1壁采用面板δ10mm的钢板,抱箍高度为0.75m;
则抱箍1壁的纵向截面积:S1=0.010×0.75=0.0075(m2);
σ=P1/S1=46.347/0.0075=6.18 (MPa)<[σ]=140MPa; 满足要求。
2)抱箍1剪应力
τ =(1/2RA)/(2S1
=(1/2×695.2)/(2×0.015)
=11.587MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论:
σW=(σ2+3τ21/2=(28.22+3×10.5721/2
=33.62MPa<[σW]=145MPa;
满足强度要求。
a3.临时支撑装置计算:
1.临时支撑装置立柱4稳定验算
Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ结点处均采用2根长12m的DN273热镀锌无缝钢管作为立柱4,其直径325mm,壁厚6.5mm;
查得钢管截面面积A2=90.79×10-4m2,惯性矩I2=9490.15×10-8m4,惯性半径i2=10.22×10-2m,截面抵抗矩W2=643.79×10-6m3,弹性模量取E2=210×109Pa;
将立柱4结构看作两端固定的受压杆件,则长度因数μ取0.5;
单根钢管的柔度λ=μ×l/i=58.7;
界限值λp=π×(E/σp)1/2=101.8,λ < λp,则杆件为小柔度杆,钢管不会发生失稳;
利用直线公式计算其临界应力σcr=a-bλ,查表Q235钢a=304MPa,b=1.12MPa;
则σcr=304-1.12×58.7=238.256MPa;
临界力FcrcrA=238.256×106×90.79×10-4=2163.126kN;
立柱4所受最大压力F=491.06kN < Fcr;满足要求。
2.临时支撑装置混凝土基座5验算
临时支撑装置混凝土基座5,平面尺寸1m×1m,埋深1.5m;
地基为中密卵石,查表可知其地基承载力基本容许值[fa0]=800kPa;
则地基承载力容许值:[fa]=[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(h-3)=800kPa
其中b——基础底面最小边宽(m),当b<2m时,取b=2m;
h——基础埋置深度(m),当h<3m时,取h=3m;
k1,k2——基底宽度、深度修正系数,此处查表取k1=3.0,k2=6.0;
γ1——混凝土基座5持力层土的天然重度(kN/m3),若持力层在水面以下且为透水者,取浮重度,本例中取18.5kN/m3
γ2——混凝土基座5以上土层的加权平均重度(kN/m3),取18.5kN/m3
立柱4只受竖向荷载,合力偏心距为0,故合力矩M=0,不再进行混凝土基座5稳定性计算;
持力层承载力:P=N/A=491.06/1=491.06kPa;
施工时抗力系数γR取1.25,F < γR [fa]=1.25×800=1000kPa;
满足地基承载力要求。
步骤e.地基处理:对混凝土基座下方的地面进行砂砾换填,砂砾换填后进行碾压夯实,直至满足承载力要求;进行地基承载力试验,不满足承载力要求时继续碾压夯实,直至满足承载力要求,大于491.06kPa。地基顶面应高出周围地面30cm以上,场地四周设置排水措施。
以上具体计算过程及相关数据仅针对本实施例一,实际计算中还要根据实际问题具体分析。
表2为本发明实施例一施工中主要材料一览表,表3为本发明实施例一施工中主要设备一览表,
表2:主要材料一览表
表3:主要设备一览表
本发明在G316 线长乐至同仁公路两当县杨店至徽县高速公路工程中的红崖河大桥、灵官峡1号特大和灵官峡2号大桥均有使用。
红崖河大桥6~14号墩柱盖为长32.11~39.86m,宽2.2m,高2.2m的钢筋混凝土结构,引桥盖梁混凝土浇筑量较大,约123~150.2m3,钢筋约18.07t~21.69t。
灵官峡1号特大桥主线段6号、12号、58号盖梁为长23.86m,宽2.2m,高2.2m的钢筋混凝土结构,盖梁混凝土浇筑量约105.3m3,钢筋约13.86t。
灵官峡2号大桥2号盖梁为长23.86m,宽2.2m,高2.2m的钢筋混凝土结构,盖梁混凝土浇筑量约105.3m3,钢筋约13.86t。
本发明在G316 线长乐至同仁公路两当县杨店至徽县高速公路项目中得到很好应用,在现有技术的基础上,加入临时支撑装置,大量的节省了施工材料、减轻了施工人员的劳动强度、简化了辅助设施,同时很好的提高了盖梁底模标高的准确性,保证了拆模过程中混凝土构件成品不受损伤,大幅缩短工期,较好的解决了现有技术施工难度大、投入大、作业工期长的问题,达到了预期效果。

Claims (10)

1.一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置,其特征在于:包括有千斤顶(2)、立柱(4)和混凝土基座(5),混凝土基座(5)设置在地面上,千斤顶(2)连接在混凝土基座(5)上端,立柱(4)连接在千斤顶(2)上端,立柱(4)上端连接有纵梁(3),纵梁(3)上端连接有横梁(8),横梁(8)上端连接有底模(9)。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置,其特征在于:所述的立柱(4)顶面设有凹槽,纵梁(3)连接在凹槽内,立柱(4)上还连接有短连接杆(7),短连接杆(7)贯穿纵梁(3)和凹槽侧壁;所述的横梁(8)连接在纵梁(3)上侧,横梁(8)与纵梁(3)垂直,横梁(8)设有多个;所述的千斤顶(2)和立柱(4)之间还连接有承压钢板(10);所述的墩柱连接在底模(9)下端,墩柱上连接有抱箍(1),抱箍(1)紧贴墩柱,抱箍(1)上端连接有千斤顶(2),千斤顶(2)连接在抱箍(1)与纵梁(3)之间。
3.根据权利要求2所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置,其特征在于:所述的纵梁(3)设有两个,两个纵梁(3)下侧均连接有立柱(4),两个立柱(4)轴线在同一平面上,同一排立柱(4)上方还设有连接拉杆(6),连接拉杆(6)贯穿两个纵梁(3)上;所述的千斤顶(2)在抱箍(1)上设有两个,两个千斤顶(2)分别连接在两个纵梁(3)与抱箍(1)之间;所述的纵梁(3)由工字钢组成;所述的千斤顶(2)为机械螺旋千斤顶。
4.一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:包括如下步骤:
a.建模计算;
b.高程测量:计算抱箍(1)安装顶标高,公式为:H=H1-h1-h2-h3
式中H为抱箍(1)安装顶标高;H1为墩柱顶标高;h1为盖梁底模板厚度;h2为工字钢纵梁高度;h3为千斤顶行程至中位时的千斤顶总高度;用水准仪测量墩柱顶标高,根据盖梁底板设计标高反算的抱箍(1)底部位置并做出标记;
c.场地清理;
d.抱箍(1)及底模(9)安装;
e.地基处理:对混凝土基座(5)下方的地面进行砂砾换填,砂砾换填后进行碾压夯实,直至满足承载力要求;地基顶面应高出周围地面30cm以上,场地四周设置排水措施;
f.临时支持装置安装;
g.临时支持装置预压
h.调整底模(9);
i.盖梁施工;
j.混凝土养生:采用覆盖洒水养生法,养护至预应力张拉,养生期间保持梁体湿润,张拉时砼强度不得低于设计强度的90%;
k.临时支持装置拆除。
5.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:所述的步骤a.建模计算包括如下步骤:
a1.纵梁(3)计算:
a1-1.根据盖梁数据进行荷载计算,公式为:
GZ=G1+G2+G3+G4+G5
式中:GZ为纵梁上的总荷载;G1为砼自重;G2为钢筋自重;G3为工字钢自重;G4为底模(9)自重;G5为施工荷载及其他荷载;
纵梁(3)所承受的荷载均布荷载q计算公式如下:
q= GZ/L
式中:GZ为纵梁上的总荷载;L为纵梁长度;
a1-2.根据a1-1的计算结果建立力学模型;
a1-3.根据a1-2的力学模型进行结构力学计算,包括纵梁(3)强度验算和纵梁(3)变形验算,纵梁(3)强度验算根据单根纵梁进行分析;
a2.抱箍(1)计算,抱箍计算包括抱箍(1)荷载计算、抱箍(1)受力计算、抱箍(1)应力计算;抱箍(1)受力计算包括螺栓数目计算、螺栓轴向受拉计算和螺栓所需力矩计算;抱箍(1)应力计算包括抱箍壁为受拉产生拉应力计算和抱箍体剪应力计算;
a3.临时支撑装置计算:包括立柱(4)稳定验算和混凝土基座(5)验算。
6.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:所述的步骤d. 抱箍(1)及底模(9)安装包括如下步骤:
d1. 抱箍(1)采用高强螺栓连接,螺栓连接牢固使其力矩达到要求并使抱箍紧贴墩柱,安装过程对抱箍标高要求控制在±5cm范围内;将机械螺旋千斤顶固定于抱箍上,准确调整标高,安装工字钢纵梁并使用拉杆固定好两侧纵梁;
d2. 底模(9)采用钢模板,铺设在纵梁上,铺设底模时要精确测量底板标高,并综合考虑横梁(8)与底板的压缩量、支架的沉降量和压缩变形量的影响,通过测量调整千斤顶(2)使标高满足要求。
7.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:所述的步骤f.临时支持装置安装包括如下步骤:
f1.将混凝土基座(5)放置于完成了步骤e.地基处理的地面上;
f2.将千斤顶(2)连接在混凝土基座(5)上,承压钢板(10)之间连接在千斤顶(2)上;
f3.将立柱(4)连接在承压钢板(10)上,在立柱(4)顶面凹槽与纵梁(3)之间连接短连接杆(7),在同排立柱(4)上方的两个纵梁(3)之间连接连接拉杆(6);
f4.调节千斤顶(2)使立柱(4)受力,使纵梁有5mm的预拱度;
f5.在纵梁(3)上焊接钢平台作为永久性安全操作平台,在永久性安全操作平台四周设置防护网及护栏,在永久性安全操作平台侧面设置安全爬梯。
8.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:所述的步骤g.临时支撑装置预压包括如下步骤:
g1.在搭好的临时支持装置上的堆放与盖梁荷载等重的砂袋或钢材、水袋,盖梁荷载统一采用安全系数1.2;
g2.在预压之前测出各测量控制点标高,测量控制点沿盖梁每5米布置一个点;
g2.加载50%预压荷载和100%预压荷载后均要复测各控制点标高,加载100%预压荷载并持荷24小时后要再次复测各控制点标高,如果加载100%后所测数据与持荷24小时后所测数据变化很小时,表明地基及支架已基本沉降到位,卸载预压,否则还须持荷进行预压,直到地基及支架沉降到位。
9.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:所述的步骤h.调整底模(9)根据预压成果调整抱箍(1)上方的千斤顶(2)来调整临时支撑装置标高以精确控制底模(9)标高,公式为:
Δh=H1-H
式中:Δh 为千斤顶调节高度;H1为墩柱顶标高;H为预压完成后实测盖梁底标高。
10.根据权利要求4所述的一种大跨度预应力盖梁临时支撑装置的施工方法,其特征在于:盖梁预应力张拉完成后即可进行步骤k.临时支持装置拆除,先泄压立柱(4)下的千斤顶(2)再拆除立柱(4),最后泄压抱箍(1)顶部的千斤顶(2),纵梁(3)下落5-10cm后轻微撬动,底模(9)自由落下后拆除。
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