3、支架预压
安装模板前,要对支架进行压预。支架预压的目的:1、检查支架的安全性,确保施工安全。2、消除地基非弹性变形和支架非弹性变形的影响,有利于桥面线形控制。
预压荷载为箱梁单位面积最大重量的1.1倍。本方案采用水箱加水分段预压法进行预压:施工前,按照水箱加工图纸加工好水箱,水箱采用3mm厚钢板进行满焊加工,加工好后进行试水试验,确保水箱不漏水。每一段预压长度为20米左右,由于首跨现浇长度为47米,故首跨需分三次预压,标准跨为40米及尾跨33米均需分两次预压。根据箱梁横截面特性,共制作6个大水箱(B型水箱)和6个小水箱(A型水箱),大水箱尺寸为:3米高,3米宽,6.5米长;小水箱尺寸为:1.5米高,2米宽,6.5米长。水箱加工后采用16t汽车吊进行吊装就位,大水箱安放在箱梁底板所对应的位置,小水箱安放在两侧翼缘板所对应的位置,12个水箱布置成3排4列,然后用水泵加水进行预压(详见《堤外引桥预压步骤示意图》)。
为了解支架沉降情况,在加水预压之前测出各测量控制点标高,测量控制点按顺桥向每5米布置一排,每排4个点。在加载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,可用水管卸水,否则还须持荷进行预压,直到地基及支架沉降到位方可卸水。卸水时通过水管将水排至水沟中或桥位区外,以免影响处理好的地基承载力,卸水完成后采用16t汽车吊将水箱前移。卸水完成后,要再次复测各控制点标高,以便得出支架和地基的弹性变形量(等于卸水后标高减去持荷后所测标高),用总沉降量(即支架持荷后稳定沉降量)减去弹性变形量为支架和地基的非弹性变形(即塑性变形)量。预压完成后要根据预压成果通过可调顶托调整支架的标高。
经过几跨施工,得出支架预压后总沉降量在4~15mm之间,最大非弹性变形量为13mm,平均非弹性变形量为7mm左右。
4、支架受力验算
①、底模板下次梁(6×12cm木枋)验算:
底模下脚手管立杆的纵向间距为0.9m,横向间距根据箱梁对应位置分别设为0.46 和0.9 m,顶托工字钢横梁按横桥向布置,间距90cm;次梁按纵桥向布
置,间距35cm和18cm 。因此计算跨径为0.9m,按简支梁受力考虑,分别验算底模下斜腹板对应位置和底板中间位置:
a、斜腹板对应的间距为18cm的木枋受力验算
底模处砼箱梁荷载:P1 = 2.5×26 = 65 kN /m2 (按2.5m砼厚度计算)
模板荷载:P2 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
设备及人工荷载:P3 = 250 kg /m2 = 2.5 kN /m2
砼浇注冲击及振捣荷载:P4 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
则有P = (P1 + P2 + P3 + P4)= 71.5 kN /m2
W = bh2/6 = 6×122/6 =144 cm3
由梁正应力计算公式得:
σ = qL2/ 8W = (71.5×0.18)×1000×0.92 / 8×144×10-6
= 9.05 Mpa < [σ] = 10Mpa 强度满足要求;
由矩形梁弯曲剪应力计算公式得:
τ = 3Q/2A = 3×(71.5×0.18)×103×(0.9 /2)/ 2×6×12×10-4
= 1.21 Mpa< [τ] = 2Mpa(参考一般木质)
强度满足要求;
由矩形简支梁挠度计算公式得:
E = 0.1×105 Mpa; I = bh3/12 = 864cm4
f max = 5qL4 / 384EI = 5×12.87×103×103×0.94 / 384×864×10-8×1×1010
= 1.273mm< [f] = 1.5mm( [f] = L/400 )
刚度满足要求。
b、底板下间距为35cm的木枋受力验算
中间底板位置砼厚度在0.5~0.7m之间,按0.7m进行受力验算,考虑内模支撑和内模模板自重,木枋间距0.35m,则有:
底模处砼箱梁荷载:P1 = 0.7×26 = 18.2 kN /m2
内模支撑和模板荷载:P2 = 400 kg/m2 = 4 kN /m2
设备及人工荷载:P3 = 250 kg /m2 = 2.5 kN /m2
砼浇注冲击及振捣荷载:P4 = 200 kg/m2 = 2 kN /m2
则有P = (P1 + P2 + P3 + P4)= 26.7 kN /m2
q=26.7×0.35=9.345t/m<71.5×0.18=12.87 t/m
表明底板下间距为0.35m的木枋受的力比斜腹板对应的间距为0.18m的木枋所受的力要小,所以底板下间距为0.35m的木枋受力安全。
以上各数据均未考虑模板强度影响,若考虑模板刚度作用和3跨连续梁,则以上各个实际值应小于此计算值。
②、顶托横梁(I14工字钢)验算:
脚手管立杆的纵向间距为0.9m,横向间距为0.9m和0.46m,顶托工字钢横梁按横桥向布置,间距90cm。因此计算跨径为0.9m和0.46m,为简化计算,按简支梁受力进行验算,实际为多跨连续梁受力,计算结果偏于安全,仅验算底模下斜腹板对应位置即可:
平均荷载大小为q1= 71.5×0.9=64.35kN/m
另查表可得:
WI14 =102×103mm3 ; I = 712×104mm4 ; S = I / 12
跨内最大弯矩为:
Mmax = 64.35×0.46×0.46/8= 1.702kN.m
由梁正应力计算公式得:
σw = Mmax / W = 1.702×106 / (102 ×103 )
= 16.69 Mpa < [σw] = 145Mpa 满足要求;
挠度计算按简支梁考虑,得:
E = 2.1×105 Mpa;
f max = 5qL4 / 384EI = 5×64.35×1000×0.464×109 /
(384×2.1×105×712×104)
= 0.053mm< [f] = 2.25mm( [f] = L/400 )刚度满足要求。
③、立杆强度验算:
脚手管(φ48×3.5)立杆的纵向间距为0.9m,横向间距为0.9m和0.46m,因此单根立杆承受区域即为底板0.9m×0.9m或0.46m×0.9m箱梁均布荷载,由工字钢横梁集中传至杆顶。根据受力分析,不难发现斜腹板对应的间距为0.46m×0.9m立杆受力比其余位置间距为0.9m×0.9m的立杆受力大,故以斜腹板下的间距为0.46m×0.9m立杆作为受力验算杆件。
则有P = 71.5 kN /m2
由于大横杆步距为1.2m,长细比为λ=ι/ i = 1200 / 15.78 = 76,查表可得φ= 0.744 ,则有:
[ N ] = φA[σ] =0.744×489×215 = 78.22 kN
而Nmax = P×A =71.5×0.46×0.9 = 29.6 kN,可见[ N ] > N,
抗压强度满足要求。
另由压杆弹性变形计算公式得:(按最大高度11m计算)
△L = NL/EA = 29.6×103×11×103/2.1×105×4.89×102
=3.171mm 压缩变形很小
单幅箱梁每跨混凝土340m3,自重约884吨,按上述间距布置底座,则每跨连续箱梁下共有765根立杆,可承受2525吨荷载(每根杆约可承受33kN),比值为2525/884 = 2.86 ,完全满足施工要求。
经计算,本支架其余杆件受力均能满足规范要求,本处计算过程从略。
④、地基容许承载力验算:
根据地质资料可知,南岸堤外引桥轴线上地表土质基本为亚粘土层,分别有:重亚粘土、轻亚粘土、人工填土(粉质轻亚粘土,砂壤土)等。地基碾压密实处理并铺垫20cm厚石子前,地基承载力在100~130Kpa之间。出于安全考虑,处理后仍按100Kpa设计计算,即每平方米地基容许承载力为10t/m2,而箱梁荷载(考虑各种施工荷载)最大为7.15t/m2,完全满足施工要求。