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摘要:介绍振连路大连湾一标段主8~主9#墩现浇箱梁跨越棉花岛路门洞搭设方案,利用结构力学从强度、挠度、抗剪方面对钢管柱、工字钢进行验算,并对结构基础进行安全稳定性计算。
关键词:跨路门洞 钢管柱 工字钢 强度 挠度 验算 基础 稳定性 计算
1 工程概况
振连路大连湾一标段位于大连湾街道,主线桩号K3+260~K4+825,全长1565m。其中:道路段长125m(K3+260~K3+385),桥梁段长1440m(K3+385~K4+825),主线桥梁(K3+385~K4+825):除K4+645~K4+825为桥梁变宽段由34米变为51米外,其余断面全宽均为34米,双向八车道标准。
桥梁上部采用16联(14联3×30m、1联4×25m、1联25+30+25m)现浇预应力混凝土连续箱梁,桥梁下部桥墩采用矩形墩,钻孔、挖孔灌注桩基础,桥台采用钢筋混凝土盖梁接桩柱式桥台。
桥梁上部现浇预应力混凝土连续箱梁采用满堂式碗扣支架施工。因第3联(主8~主9#墩)现浇箱梁跨越棉花岛路,为满足施工及保证棉花岛路交通畅通,经过考虑大连中远船务工程有限公司、中国第一重型机械股份公司的建议函及实地分析和安全验算,决定在棉花岛路上设宽7.5m、高6.5m的跨公路门洞,以保证棉花岛路车辆的通行。
2 支架布置
第3联现浇箱梁与棉花岛路的交角为70°,门洞净高为6.5m,净宽为7.5m,以0.9m×0.9m×0.6m(长×宽×高)的C30混凝土墩为基础,基础顶面预埋0.7m×0.7m的1cm厚钢板(确保预埋钢板顶面水平,便于钢柱与之全面接触。),混凝土墩横桥向间距为1.8m(中一中)、纵桥向间距为7.799m,采用外径299mm、壁厚20mm的无缝钢管为立柱,一排22根(共2排)共44根,立柱间距1.8m,高6m,每根钢柱顶托、底座处各设置4片底宽15cm、高20 cm、厚1 cm的钢板作为加强肋,加强肋与钢柱顶托、底座之间通过焊接连接,钢柱顶安装56a工字钢作为横向分配梁,长37.8m,共2根,56a工字钢上安装56a工字钢作为纵向承重梁,长12m,共43根,间距0.9m。考虑门洞的整体稳定性,在立柱间用Φ48脚手管做剪刀撑。
3 承载力验算
门洞主要为跨棉花岛路架设,采用Ф299mm钢管(壁厚20mm)作立柱,采用56a工字钢作梁跨越现有棉花岛路,工字钢长为12m,横桥向按0.9m的间距布置,共有43根工字钢,为确保交通畅通,门洞尺寸延纵桥向7.5m,横桥向为37.8m,门洞净空高6.5m。
3.1 已知荷载
①每延米断面砼方量为24.43m3,门洞砼方量为190.53m3,每立方砼容重按26KN/m3计算,工字钢每延米重量为106Kg/m;
②模板、方木、脚手架按2KN/m2;
③活载、振动按6.5KN/m2;
3.2 门洞荷载重量
G1=43×12×1.04(106Kg×9.8N/1000=1.04KN)=536.64KN (工字钢自重)
G2=34×8.3×2=564.4KN(模板、方木、脚手架重量)
G3=34×8.3×6.5=1834.3KN(活载、振动重量)
G4=190.53×26=4953.78KN(混凝土重量)
取恒载系数1.2,活载系数1.4则荷载总量为:
G=1.2×(536.64+564.4+4953.78)+1.4×1834.3=9833.8KN
3.3 纵梁强度验算
工字钢按0.9m布设,每根56a工字钢承受荷载为:9833.8/43=
228.7KN
56a工字钢每延米承受最大荷载为228.7/8.3=27.55KN/m
梁底56a工字钢按单跨简支梁进行验算,计算跨度为8.3m;
单跨简支梁跨中处的弯矩为:
Mmax=1/8ql2=27.55×8.32/8=237.24KN.m
跨中弯矩处截面应力:
σmax=Mmax/W=237.24KN.m×106/(2342×103)=101.3Mpa<[σ]=200Mpa(工字钢的允许应力),满足要求。
3.4 挠度计算
56a工字钢每延米承受的最大荷载q=27.55KN/m
f=5ql4/(384EIx)
=5×27.55×83004/(384×2.1×105×65590×104)
=12.36mm 3.5 梁下横向工字钢强度验算
纵梁传递给横梁荷载q1=9833.8/37.8=260.15KN/m
56a工字钢自重q2=1.04KN/m
q=q1+q2=260.15+1.04=261.19KN/m
受力计算查简明施工计算手册
梁承受最大剪力
V左=3/8×261.19×1.8=176.3KN
V右=5/8×261.19×1.8=293.84KN
弯矩M=Kmql2=0.107×261.19×1.8×1.8=90.55KN.m
工字钢承受最大应力:
σ=M/γxw=90.55×1000/1.15×2342×10-6=33.62Mpa<[σ]=200Mpa,满足要求。
3.6 梁下横向工字钢挠度验算
工字钢每延米承受的标准值qK1=(536.64+564.4+1834.3+4953.78)/37.8=208.71KN/m
工字钢自重qK2=1.04KN/m
qK=qK1+qK2=208.71+1.04=209.75KN/m
Wmax=KwqKl4/100EI=0.186×209.75×103×1.84/(100×210×109×6.559×10-4)
=0.03mm<l/560=1800/560=3.2mm 满足要求
3.7 立柱稳定性验算
选用Ф299mm钢管,壁厚20mm,查表得I=17144.644cm4,i=9.889cm,A=175.301cm2,立柱长度取Hmax=6m
长细比λ=l/i=600/9.889=60.674,查表得φ=0.818,立柱承受荷载:
N=(9833.8+1.04×2×37.8×1.2)/44=225.64KN
弯矩作用平面内的稳定性计算:
N/(φA)=225640/(0.818×17530.1)=15.74N/mm2<200N/mm2
满足要求
3.8 砼墩基础及地基承载力检算
根据前面的计算结果,每个砼墩基础承受的荷载应为:225.64KN。
受力面积为:s=175.301cm2
单位面积的压强为:225640N×1.2÷175.301cm2=15.87MPa
综上所述,砼墩基础及地基承载力不小于15.87MPa时可满足要求,根据现场实际情况,C30砼墩基础均落于既有公路面上,承载力均可满足要求。
4 安全技术措施
①必须严格遵守《建设工程安全生产管理条例》的要求,主动接受上级主管部门的监督管理,严格控制物的不安全状态和人的不安全行为。要求脚手架搭设人员必须是经过按现行国家标准《特种作业人员安全技术考核管理规则》(GB5036-1985)考核合格的专业架子工。上岗人员应定期体检,合格者方可持证上岗。
②必须以“安全隐患排查治理”为主线,贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针,保障全体施工人员的人身安全和身心健康。
③施工作业区域内,除按规范操作外,一般闲、杂人员不得入内,加强现场安全围护工作,并有专人值班、专人指挥。
④现场施工人员一律穿戴好劳动保护用品,加强现场安全监督管理,随时检查现场的生产活动,发现并及时纠正违章作业。
⑤专职安全员对施工中的劳动保护、安全生产负责。每项工作前,先进行安全技术交底,施工中检查各生产作业班组的安全生产情况。
⑥现场技术员、施工负责人对施工班组的劳动保护、安全生产负责,并组织实施安全生产措施,进行技术交底。
⑦设置安全警戒范围,现场应有明显标志。在工字钢下布置双层安全网,在方木上铺设一层木板,以防东西掉落;在上下行方向距门洞50m处各设置一道限高、限宽架,尺寸为7m×6m;在上下行方向距门洞两侧100m设置减速带,并设立前方有减速带请减速慢行的警示标牌,在上下行方向距门洞6m设混凝土防撞墩,尺寸为(宽×高×长)80cm×80cm×60cm,间距为2m。
⑧所有人员必须服从指挥,禁止自作主张,违章操作。
⑨一切施工临时用电、机械操作必须严格遵守操作规程。
⑩进入施工现场,禁止穿拖鞋或光脚。在没有防护设施的高处、边沿,必须系安全带。上下交叉作业,要有防护棚或其它隔离设施。距地面2米以上作业,要有防护栏杆、挡板或安全网。安全帽、安全带、安全网要随时检查,不符合要求的严禁使用。
参加施工的人员,要熟知本工种的安全技术操作规程。在操作中,应坚守工作岗位,严禁酒后作业。
架子工、模板工人、电焊工、起重机司机、各种机动车辆司机,必须经过专门培训,考试合格,持有特殊工种操作证方准独立操作。
施工现场的一切防护设施,安全标志和警告牌,未经请示施工负责人同意不得擅自拆动。
遇有恶劣气候(如风力在六级以上含六级)影响施工安全时,禁止进行图天高处作业和起重作业。
进场工人必须认真遵守、严格执行,坚决做到文明施工,充分体现中铁十九局集团第五工程有限公司的精神风貌。
为保证支架整体稳定性,在支架使用期间,严禁拆除主节点处的纵、横向水平杆,严禁拆除连接件。不得在支架基础及其邻近处进行挖掘作业,否则应采取安全措施,并报主管部门批准。
为防止支架因超载而影响安全施工,要求作业层上施工荷载应符合设计要求,不得超载,不得将模板支架、泵送砼的送输管固定在支架上;严禁悬挂起重设备。在拆除支架时,地面设置围栏和警戒标志,并安排专人看守,严禁非操作人员入内。
5 结束语
现浇箱梁支架及门洞应根据实际地形及设计要求进行设置,是各种制约因素互相影响、共同作用的过程,因此,支架及门洞的各项验算也各不相同,但其最终目的是为了其设置符合设计及规范要求,同时也要满足各项安全指标。
参考文献:
[1]《建筑施工手册》.中国建筑工业出版社.
[2]《简明施工计算手册》.江正荣,朱国梁编著.
关键词:跨路门洞 钢管柱 工字钢 强度 挠度 验算 基础 稳定性 计算
1 工程概况
振连路大连湾一标段位于大连湾街道,主线桩号K3+260~K4+825,全长1565m。其中:道路段长125m(K3+260~K3+385),桥梁段长1440m(K3+385~K4+825),主线桥梁(K3+385~K4+825):除K4+645~K4+825为桥梁变宽段由34米变为51米外,其余断面全宽均为34米,双向八车道标准。
桥梁上部采用16联(14联3×30m、1联4×25m、1联25+30+25m)现浇预应力混凝土连续箱梁,桥梁下部桥墩采用矩形墩,钻孔、挖孔灌注桩基础,桥台采用钢筋混凝土盖梁接桩柱式桥台。
桥梁上部现浇预应力混凝土连续箱梁采用满堂式碗扣支架施工。因第3联(主8~主9#墩)现浇箱梁跨越棉花岛路,为满足施工及保证棉花岛路交通畅通,经过考虑大连中远船务工程有限公司、中国第一重型机械股份公司的建议函及实地分析和安全验算,决定在棉花岛路上设宽7.5m、高6.5m的跨公路门洞,以保证棉花岛路车辆的通行。
2 支架布置
第3联现浇箱梁与棉花岛路的交角为70°,门洞净高为6.5m,净宽为7.5m,以0.9m×0.9m×0.6m(长×宽×高)的C30混凝土墩为基础,基础顶面预埋0.7m×0.7m的1cm厚钢板(确保预埋钢板顶面水平,便于钢柱与之全面接触。),混凝土墩横桥向间距为1.8m(中一中)、纵桥向间距为7.799m,采用外径299mm、壁厚20mm的无缝钢管为立柱,一排22根(共2排)共44根,立柱间距1.8m,高6m,每根钢柱顶托、底座处各设置4片底宽15cm、高20 cm、厚1 cm的钢板作为加强肋,加强肋与钢柱顶托、底座之间通过焊接连接,钢柱顶安装56a工字钢作为横向分配梁,长37.8m,共2根,56a工字钢上安装56a工字钢作为纵向承重梁,长12m,共43根,间距0.9m。考虑门洞的整体稳定性,在立柱间用Φ48脚手管做剪刀撑。
3 承载力验算
门洞主要为跨棉花岛路架设,采用Ф299mm钢管(壁厚20mm)作立柱,采用56a工字钢作梁跨越现有棉花岛路,工字钢长为12m,横桥向按0.9m的间距布置,共有43根工字钢,为确保交通畅通,门洞尺寸延纵桥向7.5m,横桥向为37.8m,门洞净空高6.5m。
3.1 已知荷载
①每延米断面砼方量为24.43m3,门洞砼方量为190.53m3,每立方砼容重按26KN/m3计算,工字钢每延米重量为106Kg/m;
②模板、方木、脚手架按2KN/m2;
③活载、振动按6.5KN/m2;
3.2 门洞荷载重量
G1=43×12×1.04(106Kg×9.8N/1000=1.04KN)=536.64KN (工字钢自重)
G2=34×8.3×2=564.4KN(模板、方木、脚手架重量)
G3=34×8.3×6.5=1834.3KN(活载、振动重量)
G4=190.53×26=4953.78KN(混凝土重量)
取恒载系数1.2,活载系数1.4则荷载总量为:
G=1.2×(536.64+564.4+4953.78)+1.4×1834.3=9833.8KN
3.3 纵梁强度验算
工字钢按0.9m布设,每根56a工字钢承受荷载为:9833.8/43=
228.7KN
56a工字钢每延米承受最大荷载为228.7/8.3=27.55KN/m
梁底56a工字钢按单跨简支梁进行验算,计算跨度为8.3m;
单跨简支梁跨中处的弯矩为:
Mmax=1/8ql2=27.55×8.32/8=237.24KN.m
跨中弯矩处截面应力:
σmax=Mmax/W=237.24KN.m×106/(2342×103)=101.3Mpa<[σ]=200Mpa(工字钢的允许应力),满足要求。
3.4 挠度计算
56a工字钢每延米承受的最大荷载q=27.55KN/m
f=5ql4/(384EIx)
=5×27.55×83004/(384×2.1×105×65590×104)
=12.36mm
纵梁传递给横梁荷载q1=9833.8/37.8=260.15KN/m
56a工字钢自重q2=1.04KN/m
q=q1+q2=260.15+1.04=261.19KN/m
受力计算查简明施工计算手册
梁承受最大剪力
V左=3/8×261.19×1.8=176.3KN
V右=5/8×261.19×1.8=293.84KN
弯矩M=Kmql2=0.107×261.19×1.8×1.8=90.55KN.m
工字钢承受最大应力:
σ=M/γxw=90.55×1000/1.15×2342×10-6=33.62Mpa<[σ]=200Mpa,满足要求。
3.6 梁下横向工字钢挠度验算
工字钢每延米承受的标准值qK1=(536.64+564.4+1834.3+4953.78)/37.8=208.71KN/m
工字钢自重qK2=1.04KN/m
qK=qK1+qK2=208.71+1.04=209.75KN/m
Wmax=KwqKl4/100EI=0.186×209.75×103×1.84/(100×210×109×6.559×10-4)
=0.03mm<l/560=1800/560=3.2mm 满足要求
3.7 立柱稳定性验算
选用Ф299mm钢管,壁厚20mm,查表得I=17144.644cm4,i=9.889cm,A=175.301cm2,立柱长度取Hmax=6m
长细比λ=l/i=600/9.889=60.674,查表得φ=0.818,立柱承受荷载:
N=(9833.8+1.04×2×37.8×1.2)/44=225.64KN
弯矩作用平面内的稳定性计算:
N/(φA)=225640/(0.818×17530.1)=15.74N/mm2<200N/mm2
满足要求
3.8 砼墩基础及地基承载力检算
根据前面的计算结果,每个砼墩基础承受的荷载应为:225.64KN。
受力面积为:s=175.301cm2
单位面积的压强为:225640N×1.2÷175.301cm2=15.87MPa
综上所述,砼墩基础及地基承载力不小于15.87MPa时可满足要求,根据现场实际情况,C30砼墩基础均落于既有公路面上,承载力均可满足要求。
4 安全技术措施
①必须严格遵守《建设工程安全生产管理条例》的要求,主动接受上级主管部门的监督管理,严格控制物的不安全状态和人的不安全行为。要求脚手架搭设人员必须是经过按现行国家标准《特种作业人员安全技术考核管理规则》(GB5036-1985)考核合格的专业架子工。上岗人员应定期体检,合格者方可持证上岗。
②必须以“安全隐患排查治理”为主线,贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针,保障全体施工人员的人身安全和身心健康。
③施工作业区域内,除按规范操作外,一般闲、杂人员不得入内,加强现场安全围护工作,并有专人值班、专人指挥。
④现场施工人员一律穿戴好劳动保护用品,加强现场安全监督管理,随时检查现场的生产活动,发现并及时纠正违章作业。
⑤专职安全员对施工中的劳动保护、安全生产负责。每项工作前,先进行安全技术交底,施工中检查各生产作业班组的安全生产情况。
⑥现场技术员、施工负责人对施工班组的劳动保护、安全生产负责,并组织实施安全生产措施,进行技术交底。
⑦设置安全警戒范围,现场应有明显标志。在工字钢下布置双层安全网,在方木上铺设一层木板,以防东西掉落;在上下行方向距门洞50m处各设置一道限高、限宽架,尺寸为7m×6m;在上下行方向距门洞两侧100m设置减速带,并设立前方有减速带请减速慢行的警示标牌,在上下行方向距门洞6m设混凝土防撞墩,尺寸为(宽×高×长)80cm×80cm×60cm,间距为2m。
⑧所有人员必须服从指挥,禁止自作主张,违章操作。
⑨一切施工临时用电、机械操作必须严格遵守操作规程。
⑩进入施工现场,禁止穿拖鞋或光脚。在没有防护设施的高处、边沿,必须系安全带。上下交叉作业,要有防护棚或其它隔离设施。距地面2米以上作业,要有防护栏杆、挡板或安全网。安全帽、安全带、安全网要随时检查,不符合要求的严禁使用。
参加施工的人员,要熟知本工种的安全技术操作规程。在操作中,应坚守工作岗位,严禁酒后作业。
架子工、模板工人、电焊工、起重机司机、各种机动车辆司机,必须经过专门培训,考试合格,持有特殊工种操作证方准独立操作。
施工现场的一切防护设施,安全标志和警告牌,未经请示施工负责人同意不得擅自拆动。
遇有恶劣气候(如风力在六级以上含六级)影响施工安全时,禁止进行图天高处作业和起重作业。
进场工人必须认真遵守、严格执行,坚决做到文明施工,充分体现中铁十九局集团第五工程有限公司的精神风貌。
为保证支架整体稳定性,在支架使用期间,严禁拆除主节点处的纵、横向水平杆,严禁拆除连接件。不得在支架基础及其邻近处进行挖掘作业,否则应采取安全措施,并报主管部门批准。
为防止支架因超载而影响安全施工,要求作业层上施工荷载应符合设计要求,不得超载,不得将模板支架、泵送砼的送输管固定在支架上;严禁悬挂起重设备。在拆除支架时,地面设置围栏和警戒标志,并安排专人看守,严禁非操作人员入内。
5 结束语
现浇箱梁支架及门洞应根据实际地形及设计要求进行设置,是各种制约因素互相影响、共同作用的过程,因此,支架及门洞的各项验算也各不相同,但其最终目的是为了其设置符合设计及规范要求,同时也要满足各项安全指标。
参考文献:
[1]《建筑施工手册》.中国建筑工业出版社.
[2]《简明施工计算手册》.江正荣,朱国梁编著.