铁路桥梁门式桥墩支架施工方案

新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线（甘青段） LXS－13 标河口村 1 号特大桥 门式桥墩盖梁施工支架设计方案

中铁九局集团有限公司 LXS－13 标兰新项目经理部 2010 年 12 月 4 日

1 新建铁路兰州至乌鲁木齐第二双线（甘青段） LXS－13 标河口村 1 号特大桥 门式桥墩盖梁施工支架设计方案

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编制单位：中铁九局集团有限公司 编制时间：2010 年 12 月 4 日

2 一、 工程概况 河口村 1 号特大桥第 187＃桥墩、里程 DK720＋477.75～第 193＃墩、 里程 DK702＋626.19，设计为门式桥墩。门式桥墩是用来跨越油气管线。 门式墩的最大高度 17.5m，门式桥墩承台平面尺寸为 9.2m×5.8m，门墩 横截面尺寸为 4m×2m，门墩盖梁尺寸高 2.6m×宽 4m×长 22m，两个门 墩最大跨度 20m。为保证门式墩跨越的输油气管线不受压，门墩盖梁拟 采用大跨贝雷桁架梁支架施工方案。 门式桥墩外形尺寸如图 1 所示。

二、门式墩盖梁大跨支架施工设计方案 1、方案概况 门式墩盖梁施工支架采用直径 Φ500mm 钢管支撑柱、双层组合加强 型贝雷桁架作为主承重梁、I45b 型工字钢作为横向分布梁（长度不短于 6m）、100mmΧ100mm 木方楞、竹胶模板。 3 门式墩盖梁施工支架结构示意图如图 2 所示。 2、贝雷梁数量设计 2.1、计算荷载 ①、盖梁支撑部分自重 盖梁长度 18m、高度 2.6m、宽度 4m。 盖梁钢筋混凝土重度 ρ＝2.6t/m3。 盖梁自重 Q1＝18Χ2.6Χ4Χ2.6=486.72t。 ②、模板、支架平台、支架梁等施工荷载 Q2＝35％Q1＝170.35t； 根据施工经验，施工荷载按结构自重的 35％计列。 ③、结构检算荷载 Q＝K（Q1＋Q2）＝788.49t。 换算均布荷载 q=Q/1800=438.05kg/cm。 4 钢管支撑柱支撑高度计算表 钢管长细比：λ＝H／r=61.33。

荷载系数 K 取 1.2。 2.2、钢管支撑柱承载力检算 钢管支撑柱采用直径 Φ500mm、壁厚 t-10mm 钢管。两端共计 4 根 支撑柱全部落在承台上，支点间距 4.36m、支点跨距 15m。 钢管支撑柱的截面特性： 截面惯性矩 I＝46220cm4； 横截面积 A＝153.938cm2； 延米重量 p＝120.84kg/m； 钢管回转半径 r＝（I／A）0.5＝17.33cm。 初步拟定压杆支撑高度 H＝1063cm。

依据 λ 查得折减系数 ψ＝0.76。 支撑钢管下端固定在承台上，上端直接支顶降落支座。按一端固定、 一端简支状态验算。 钢材的弹性模量 E＝2.1×105MPa＝2.1×106Kg/cm2； 5

盖梁支架高度组成计算表 单位 模板厚 2 cm 木楞 10 cm I20b 工字钢 20 cm 加强型贝雷梁 2×170 cm 支架降落支座 30 cm I45b 工字钢帽梁 45 Cm 合计 427 cm 盖梁总高度 1490 cm 钢管支撑柱高度 1042 cm 双排双层加强型截面特性

③、贝雷桁片力学性能

单根钢管的轴心受压支撑能力［Pcr］=

 2 EI

(H )2 =847t。

受压自由系数 β 取 1。 钢管允许支撑力 P＝ψ［Pcr］＝644t。 检算：一组支架共计布置 4 根钢管，合计支撑力 4P＝2576t＞＞计算 荷载 Q＝788.49t。 安全系数 n=4P/Q=3.3 倍，满足结构要求。 2.3、主桁架梁（双排双层加强型）贝雷桁架梁承载了检算 2.3.1、贝雷桁架截面特性、物理力学参数 ①、通用单片长 3m、高 1.5m 贝雷桁架参数 截面惯性矩 I1＝250500cm4； 横截面积 A1＝50.96cm2； ②、双加强型贝雷片 采用双排双层加强型贝雷桁架组合梁。共计布置三组（其中两边各两 片，中间加一组 3 片长、15m）。上下加强型桁架组拼总高度 340cm，组拼 宽度 36＋54＋36cm。

现行国产贝雷桁片弦杆材料 16 锰钢，允许拉应力、压应力及弯应力 为 1.3×210＝273 MPa；允许剪应力为 1.3×160＝208 MPa。 节点穿销采用 30 铬锰钛钢，允许拉应力、压应力及弯应力为

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几何特性 结构构造 3 W（cm ） 4 I（cm ） 2 A（cm ）

双排双层 加强 30641.7 4596255.2 457．6 0.85×1300＝1105 MPa；允许剪应力为 0.45×1300＝585 MPa。 ④、单片贝雷桁片几何尺寸如图 6.1 所示

⑤、贝雷桁架不均匀受力的安全考虑 按照相关贝雷桁架计算规范的要求，“三排单层贝雷的容许弯矩可按 单排单层的乘以 3 再乘以不均匀系数 0.9；双排双层的可按单排单层的乘 以 4 再乘 0.9；三排双层的可按单排单层的乘以 8 再乘 0.8。 2.3.2、确定主桁梁贝雷桁架梁所需片数 贝雷桁架梁的受力简图如图 3 所示。

①、贝雷梁的挠度控制，按照“钢结构施工支架相关技术规范”要求， 控制挠度按照 1／500，贝雷梁支撑跨度 15m，最大挠度取 fmax=3cm。 ②、钢材的弹性模量 E＝2.1×105MPa＝2.1×106Kg/cm2；

7 ∑I＝ 384 Efc ＝ 5  438.05  1500 ＝4583391cm4。 ③、根据均布荷载－简支梁跨中挠度计算公式： f

c 

5ql 4

384EI

④、所需惯性矩，由挠度计算公式 f

c 

5ql 4

384EI ，求得：

5ql 4 4 384  2100000  3

⑤、所需贝雷梁片数 n=∑I／I＝1，考虑不均匀受力系数 β＝0.8， 取 n=2 组（组合贝雷桁梁）。 ⑥、组合贝雷桁架主梁的布置 布置在门式墩柱两侧各一组 2．3．3、贝雷桁架梁弯曲抗拉强度核算 ①、依据贝雷梁受力如图 3 所示，求得跨中最大弯矩： Mmax=118273500kg-cm； ②、贝雷梁最大弯曲拉应力 σmax＝Mmax/∑W=1930kg/cm2≈193Mpa；小于 16 锰钢允许拉应力、压 应力及弯应力 273 MPa；

③、核算跨中最大挠度 f

c 

5ql 4

384EI ＝1.5cm=15mm，计算结构不超标。

以上检算结果满足施工支架钢结构设计要求。 ④、贝雷桁架的腹杆抗压屈服强度较低，经验算加强型贝雷片每个支 撑端承载能力为 P＝494.3KN，按此能力所需贝雷桁架数量 n＝（15Q÷18÷2） ÷49.43＝6.65，取 7 片。 2.4、I45b 工字钢帽梁

8 ①支撑跨度 L＝4.36m＝436cm。 ②承担荷载 q=357.1kg／cm。 施工荷载按梁重 Q1 的 15％，荷载系数 K 取 1.2。 ③跨中挠度 f＝400／500＝0.8cm，按 1／500 控制。

③、所需惯性矩，由挠度计算公式 f c 

5  357.1 4004 5ql 4

5ql 4 384EI ，求得：

∑I＝ 384 Efc ＝ 384  2100000  0.8 ＝70853cm4。 ④、所需贝雷梁片数 n=∑I／I1＝70853cm4／33760cm4＝2.1，取 n=3 根。 I45b 工字钢截面惯性矩 I1＝33760cm4。 2.5、I20b 工字钢横向分布梁 I20b 工字的强度和挠度检算满足要求，检算略。分布布置在 18m 跨度 内，布置 20 根 I20b 工字钢，布置间距 95cm。 2.6、100mmΧ100mm 木方楞 100mmΧ100mm 木方楞，以满足模板安装为基准。布置间距不大于 50cm。 2．7、盖梁的模盒－模板结构 依据现场资源条件，另行补充完善方案设计。 模板可采用竹胶模板，或者采用组合钢模板。 3、支架结构设计简图 3.1、盖梁施工支架结构布置简图如图 2 所示。

3.2、钢管支撑柱布置位置如图 4 所示。 3．3、支架落架支座结构示意图－图 5。 10 3．4、支架落架照片—参考照片－图 6。 3．5、组合横梁横向支撑加固支架结构示意图－图 7。 11 3．5、钢管支撑柱横向加固结构示意图－图 8。 两端局部需焊接 10mm 厚肋钣，以增加局部承载力承受能力。

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