大跨径钢筋混凝土板拱桥支架施工技术探讨范文

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论文字数:38844 论文编号:sb2021052615075235801 日期:2021-06-26 来源:硕博论文网
本论文所做的工作和研究成果归纳总结如下。1)通过对各种支架形式在运输、效率、承载力、功能性及经济性的比较分析,针对该工程的现场施工等条件及工期要求,结合碗扣式钢管支架的各项的优点,确定采用碗扣式钢管满堂支架作为模板工程的拱架;2)通过对支架地基基础、拱架的承载力、刚度和整体稳定性进行设计验算,并对拱圈受力最不利位置、拱架承受荷载最薄弱部位进行了分析及加强措施,验算结果满足规范要求,为后续的拱圈施工安全提供了可靠的理论依据;

1 绪论

1.1 研究的背景
拱桥是桥梁工程中使用很广的一种桥型,以混凝土和钢筋为主要建筑材料的板拱桥,称为钢筋混凝土板拱桥[1]。在板拱桥施工技术中,支架施工在国内属于常用的施工方法并得到了广泛的应用[2]。但是在结构跨径大、支架高度大、承载重量大等特点的钢筋混凝土板拱桥支架结构形式在我国却并不常见,支架结构的承载力、刚度和整体稳定性是实现板拱桥建成目标的关键,所以需要保证支架在混凝土施工过程中处于稳定状态,支架预压和沉降观测等施工控制处于受控状态。
近年来我国对大跨径重载钢筋混凝土板拱桥支架施工技术进行了大量的调研和试验,通过对不同形式的支架形式进行研究,总结了很多经验和建议,尤其对减少桥梁施工过程中的事故发生概率,优化支架结构具有重要意义[3]。但是有些支架的研究没有结合工程实例,也没有涉及到大跨径重载的板拱支架进行研究,对于实心板拱桥荷载负重越来越大的现代化社会,支架的安全事故依然持续的发生着。
本文以包头市东河区某上承式钢筋混凝土板拱桥为工程背景,结合该工程 75m跨径的主拱圈,板厚为 1 250mm 的实心板拱以及支架搭设高度达 23m 等特点,详细研究了大跨径重载板拱支架施工技术,特别是拱架荷载最不利位置的受力分析和整体稳定性设计、支架结构的优化设计、拱圈的施工程序设计及支架沉降控制等都进行了深入研究。本论文的研究不仅对减少拱圈施工时发生安全事故具有现实意义,也对优化桥梁支架设计具有重要价值。
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1.2 国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 国内研究现状和发展趋势
架体施工技术从二十世纪至今经过了缓慢的更新换代,二十世纪六十年代之前,国内架体施工中主要以木支架、竹支架为主;六十年代到八十年代,架体开始慢慢将扣件式钢管支架应用到工程中,逐渐替代木支架、竹支架;到了八十年代中期,国内通过研究英国 Cuplok 支架的施工技术,成功研发了碗扣式钢管支架[4]。扣件式钢管支架和碗扣式钢管支架具有更优良的功能性,渐渐被人们熟知并用于各项工程中,直到现今仍然应用于大量的房建、工业及桥梁等专业领域中[5]。随着国内这些建设领域的高速建设,这两种支架施工技术也在高速发展。
现如今,国内的支架施工技术虽然经历经了半个多世纪的发展,其应用的专业领域也在不断增加。但对支架受力最不力位置杆件的受力分析、性能和整体稳定性的研究却很少。由于钢管支架中有许多横向纵向杆件及连接节点,处理起来非常复杂。在二十世纪九十年代以前,大多数建筑工人都是靠经验和局部节点验算承载力进行支架设计,导致计算值不够准确,既可能因计算承载力过大浪费材料,又有可能因计算承载力不足发生安全事故,既不经济又不安全。自二十世纪九十年代以来,桥梁支架结构的试验观测与理论研究越来越受到重视,通过对受力构件的研究,从最初的刚接到铰接,从铰接到现如今的半刚性连接,都在逐步还原工程实体真实情况。通过支架模型的产生,从计算模型、荷载模型和力学模型等的反复研究以及支架更新换代的发展趋势,模型试验也逐渐走向成熟。总体来说,我国在桥梁支架施工技术领域已经做了很多研究工作[6]。
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2 工程概况

2.1 工程概况
2.1.1 工程简介
桥梁全长 180.9m,全宽 37m,建筑总面积 6 693.3m2。桥梁分跨墩位线与桥梁设计中线相垂直,为正交桥。桥梁采用四跨上承式钢筋混凝土板拱结构,由一个主拱和三个副拱组成,其中修筑起点侧设两个副拱、修筑终点侧设一个副拱。主拱圈的拱轴线水平投影长度为 75m、副拱圈的拱轴线水平投影长度均为 25m;拱圈为现浇混凝土实心板拱,板厚为 1 250mm。主拱上设置腹拱和拱肋,拱圈上设置侧墙,桥梁最高标高 23.08m。
包头市东河区某拱桥现场平面布置图如图 2.1 所示、包头市东河区某拱桥立面图如图 2.2 所示。
图 2.1 包头市东河区某拱桥现场平面布置图
图 2.1 包头市东河区某拱桥现场平面布置图
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2.2 现场条件
1)施工现场条件
该工程拟建场地属于高陡地形,上下坡坡度较大,交通运输不方便,不能使用中重载车辆运输,需要使用便于搬运和运输的轻巧构件,并且地理位置较偏僻、地形等原因,现场不能满足全封闭施工,容易丢失零散构件。
2)地质条件
在支架基础施工前要对桥下搭设支架区域进行地基处理,保证支架基础具有可靠的地基承载力。支架地基为换填片麻岩,局部位置有回填土及淤泥质土,需要将该部分土全部挖走,用片麻岩换填、摊平并分层碾压夯实,以保证支架地基基础的承载力需求。
3)地面条件
该工程所处地面为深切的沟谷,常年没有水流,也不需要通航。搭设拱架不需考虑洪水、漂流物等因素影响。
4)技术条件
该工程主拱跨径为 75m,拱圈为现浇混凝土实心板拱,板厚为 1 250mm,属于重载支架,选定支架时要优先考虑结构稳固可靠、材料承载力高、可控性高、整体稳定性好的构件。
5)工期要求
由于该项目为政府工程,工期紧、任务重,支架搭设完毕后还需要进行支架预压才能进行下一步工序,所以在选定支架时也要考虑操作简单,施工效率高,整架拼拆快速省力的构件。
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3 拱架设计及计算.....................................17
3.1 拱架的构造要求................................17
3.2 拱架的结构设计............................19
4 拱架预压及沉降观测................................48
4.1 拱架预压的施工程序设计........................48
4.1.1 预压荷载计算...............................48
4.1.2 预压材料、数量及计划.........................48
5 板拱混凝土浇筑施工.........................59
5.1 板拱的施工程序设计............................59
5.2 拱架拆除程序设计......................................62

5 板拱混凝土浇筑施工

5.1 板拱的施工程序设计
为保证混凝土在浇筑时对拱架的安全及混凝土表观质量产生影响,合理的设计组织施工程序是关键工序。
1)施工程序
板拱为 1 250mm 厚现浇混凝土实心板,在板拱混凝土施工时,配合比塌落度按180~200mm 进行拌和,避免浇筑时施工荷载过大影响拱架承载力。还应随时观察固定模板的大小龙骨,防止滑动变形。
由于混凝土浇筑量大,浇筑板拱混凝土时需采取分段浇筑,分段位置为拱圈的1/4 处。每一段混凝土浇筑方量为 1 000m3,由 4 台 49m 泵车(60m3/h),由板拱两侧的拱脚同时浇筑(每侧两台),逐步向中间合拢,每一段浇筑 10 小时,如图 5.1所示。
图 5.1 拱圈混凝土施工程序布置图
图 5.1 拱圈混凝土施工程序布置图

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结论


本论文所作的主要研究工作是以包头市东河区某上承式钢筋混凝土板拱桥为工程背景,对大跨径、高支模、重载钢筋混凝土板拱桥重载支架施工技术工作进行了深入的研究。本论文所做的工作和研究成果归纳总结如下。
1)通过对各种支架形式在运输、效率、承载力、功能性及经济性的比较分析,针对该工程的现场施工等条件及工期要求,结合碗扣式钢管支架的各项的优点,确定采用碗扣式钢管满堂支架作为模板工程的拱架;
2)通过对支架地基基础、拱架的承载力、刚度和整体稳定性进行设计验算,并对拱圈受力最不利位置、拱架承受荷载最薄弱部位进行了分析及加强措施,验算结果满足规范要求,为后续的拱圈施工安全提供了可靠的理论依据;
3)通过对拱架进行了三级加载程序设计,在全部荷载加载完成后按设计要求进行了 14 天的沉降观测,统计每次观测的沉降量、总沉降量、弹性变形量和非弹性变形量,各观测点累计最大沉降量为 5mm。通过对观测数据进行分析,观察沉降变化曲线图,可知所设计的支架结构满足板拱结构全部荷载的承载要求;
4)对施工阶段的拱圈混凝土浇筑、卸架等施工技术程序进行设计,通过对拱圈侧模板侧压力的验算,保证了混凝土施工中模板变形比较小;对拱架进行安全规范的拆除,保证了施工的质量和安全。
参考文献(略)


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