北站大桥施工组织设计.doc
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1、(二)主桥上部结构:1 施工方案说明:主桥上部结构施工主要包括钢管拱肋、钢横梁 、钢纵梁的加工及防腐,系杆、吊杆的订购制作,空心板梁的预制,以及所有这些构件的运输、吊装、就位及拱肋砼的顶升灌注等钢构件的加工委托深圳周边有关专业厂家制作,系杆、吊杆在专业预应力的生产单位定购,预应力空心板在场面外租地预制。各种加工件在各项指标符合设计及规范要求后运至现场吊装就位。吊装方案经反复比较,设计成缆索吊装系统。拱肋下方设栈桥结构布置,除满足缆索安装、水平系杆安装、吊装纵横梁,并做作业通道外,还兼确保铁路运营安全的需要,在栈桥的基础上,对桥宽范围内进行封闭防护。缆索吊机跨度200m,西侧塔架布置均在3#、4
2、#墩之间,距4#墩10m,东侧塔架布置在6#、7#墩之间,距5#墩40m,各种构件的起吊位置均设在5#墩和东塔架之间,设计吊装重量为33T。缆索吊机试吊合格后,拱肋分段吊装,扣索定位,采用单拱肋合拢的方案,先对称地吊装完一侧拱肋。待两侧拱肋合拢后,吊装K型撑和一字形撑,将两侧拱肋连成整体。拱肋合拢后拆出分段扣索,泵送顶港口灌注C50号微膨胀钢管砼,砼的泵送由拱顶延伸,每根拱肋的半边分两次灌注,压注时要保证拱脚向拱顶延伸,每根拱肋的半边分两次灌注,压注时要保证拱肋钢管砼的密实度。在泵送拱肋钢管砼的过程中,要严格按施工加载程序进行系杆的张拉,并密切注意拱脚及拱肋的变形。按照全桥均衡加载的原则吊装横
3、梁和加劲纵梁至拱脚对称吊装就位,然后分条由跨中至拱脚对称浇注整体化砼、桥面防水砼和铺筑桥面沥青砼。2、缆索吊装系统21、设计原则:根据该桥单孔主跨150M,矢跨比为1:4.5的特点,结合我单位现有吊装设备,通过比较,决定采用缆索吊机加扣索相结合的方案。设计索道主跨200M索道最大垂度过10.5M,吊装重量33T。因拱肋矢高达32.8M,所以塔咖啡因要求很宽,设计为24M才能满足吊装需要。两条拱肋的吊装由一会索道来完成,塔顶须设置移动索鞍,以覆盖桥面宽23.5M范围内所有构件的吊运安装。由于塔架相当高,必须保证有足够的强度和稳定性,设计上考虑设两层缆风,经计算由于塔架向跨中推力达68T,求塔架相
4、当高,必须保证有足够的强度和稳定性,设计上考虑设两层缆风。经计算由于塔架向跨中推力达68T,塔架相当高,必须保证有足够的强度和稳定性,设计上考虑设两层缆风。经计算由于塔架向跨中推力达68T,塔架后缆风要特别加强,拟设8根28MM的缆风索;为保证塔架有足够的稳定性需设4根中缆风,考虑到跨中位置是铁路既有线,不能直接拉前缆风索,因而在两塔间设对拉缆风,仅作塔架安装的稳定,吊重时基本不受力。地垅设计为左砼重力式,由于受桥长限制,塔架高,地垅近,且与地面水平夹角大约35 0 ,增加了塔架向跨中的水平推力,也加大了地垅砼量。跨度定为200M,立塔位置、吊装场地均布置紧凑,起吊位置均设在主墩和东侧塔架之间
5、。2.2、 设计依据: ()、缆索吊装平面布置(如图); ()、缆索系统主要钢丝绳的参数(见表); 缆索规格及形式表 用途项目主索起重索牵引索扣索型号密封式637163716191根数直径(mm)455219.5222146.5单位重量(kg/m)17.81.3261.6467.637面积AM(mm2)2160141.16174.27805.41钢丝直径(mm)0.913抗拉强度148170170170破断抗力(Tmax)t26219.6526.4116说明(3)、缆索吊机设一组索道由四根*55毫米密封式钢丝绳(日产),两个跑车组成。 (4)、索道跨度:根据地形条件,即要兼顾地拢重量、距离,又
6、要考虑塔架的足够强度和高度,索道跨度最小距离设200米,西侧主塔距墩外地10米,东侧主塔外来40米,作为起吊拱肋的占距,此跨度减少地拢投资,降低塔高,在既有条件下,是较优化的跨距。(5)、塔架高度:由拱肋高度H1=33.5M、桥面与东站地面高度H2=10M、索道垂度H3=10.5M、索道垂度H3=10.5M、索具及空间高度H4=12M之和确定。 H=10+33.5+10.5+12=66(米)2.3、主索计算:(1)、主索荷载:由两部份组成。 主索均布载荷:是由主索、起重索、牵引索的单位重组成:q=19.3*200/1000=3.86T:G=ql=19.320010003.86t 主索集中载荷:
7、包括跑车、配重、起重索、牵引索、拱肋自重:P11.3t/根,(因设四根主索)考虑吊装时冲击系数1.2:Pm=1.2P=13.6t、最大张力及安全系数:主索4密封式钢丝绳,截面积2160mm2,抗拉强度148Kg/mm2,整条钢丝绳的破断拉力,T262t,安全系数取K3.5,每条钢丝绳的最大张力,Tmax=2623.575t。、主索最大垂度fmax:H=74.5t(经换称V=8.73t,得H)fmax=ql2/8HPmL/4H=10.5m相对垂度:、主索长度L:因西端地拢最大夹角35,最为不利,故仅计算35地拢,即能保证安全。l=442m,因主索要用绕地拢卡紧,设夹紧卡板每根索每端35付,共计2
8、80付,主索长度实际L550m。2.4、主索带吊机安装:经计算:Ho3+27Ho256563=0Ho37.5t相应安装垂度f=7.72m张力:To=37.7t2.5、起重索计算:起重“走8”布置,有效n=8(1)、滑轮组有效系数6.94(2)、起重卷扬机的收紧力y:因索道设两个吊钩,一个吊钩受力:P(P2P3P4)/2=(0.85+33+0.33)/2=17.1t考虑两吊点的不均匀受力及起吊冲击取1.5y=P=17.16.941.53.7t。(3)、卷扬机的选用因考虑卷扬机的动力系数K0.7卷扬机的动力QY/h=3.7/0.7=5.3t故选用起吊卷扬机为JJM-8型,牵引力8吨作动力。2.6、
9、起重钢丝绳的选用:安全系数K56,选用6371型19.5钢丝绳/2根整绳破断位力Tmax=19.64t;KTmax/y=19.64/3.7=5.35安全系数2根,每根长750米。2.7牵引索计算:(1)、吊机运行阻力:W=Psin+fPcos=2.66tW1=4w=10.64t,(因主索由四根55密封索组成)其中:主索升角10.74,摩擦系数:滚动轴承取F0.01,每根主索承重力P13.6t。(2)、起重运行阻力:W2不计冲击y=P/Y=17.1/6.94=2.5tW22(1-a+b)Y=2(1-0.989)2.5=0.83(3)后牵引索松弛张力W3W3ql2/8f=1.6461002/815
10、=0.55t式中:取后牵引索垂度f=15m;牵引索为2根。W320.551.1t(4)、牵引索最大张力WW1W2 W312.57T,采用牵引索“走2”,每根索拉力(不讲滑车效率):TW/26.3T卷扬机动力系数K0.7故选用JJM10型,牵引力10吨的卷扬机(5)、牵引钢丝绳的选用:安全系数K4才能保证安全。选用6191型21的钢丝绳,整绳破;断拉力:Tmax=26.4tKTmax/2Q=26.4/(26.3)=4.24索数2根,每根长800米。2.8、塔架计算:(1)、塔架自重与受力经计算:V200269469T(2)、塔架稳定计算:a、 当主索道是最大吊重,两付工作索又都同时工作,是塔架受
11、力最不利的情况。此时,主塔向前(即跨中)的水平推力H68T,全靠6根背缆风的张力来平衡,使主塔保持稳定,使塔顶偏值控制在H/150内。b、 杆件受力计算:起吊分别在两条拱轴平面上,“门型”塔架由两组立柱的受力。(W1W2)/2100t主索道、工作索吊具及绳索对塔架产生的垂直:V=269T塔架总的正压力V100+269+119=488t,考虑未计索鞍等设施重,V按500t计算。一组立柱由四片桁架组成:每片桁架受力F500/4125t,每片桁架由两支立柱组成,每支立柱受力F125/262.5t每支由两根N1、N2组成,截面形式为“”,考虑折减系数,查表得知容许受压F=68.8t,则F=125/2
12、f68.8t(安全)。为保证塔架稳定,另加两根(机动用)后缆风,即吊装时装在拱肋中线的塔顶后。C、铰支计算:本塔架设计8个铰支,每组立柱由4个铰支组成,因为每片桁架受力F100t,计算铰支轴容许剪力大于桁架受力即可。铰支轴由45优质碳钢制造,直径14cm,容许剪应力1000Kg/cm2,铰轴截面积S154cm2,有两个剪切面承受抗剪。则每根铰轴容许剪力为:F=2S=10002154=308tF=100(t)F=308t(安全)(3)、塔脚砼欺要基础设计:每塔2基础,尺寸:长宽高1020.612m3在砼圬工:12448 m3,C25砼。钢筋网;采用钢筋铺网间距100mm,其计2t。2.9、地垅验
13、算:地垅拉力:T=473t地垅最大夹角=35H=Tcos=387.5t;V=Tsin=271.3t设计地垅砼 g1=250m32.3t/m3=575t压片石 g2=70 m32t/ m3=140t容重:含1=2.3t/ m3, 压片石:2=2t/ m3地垅总重:G=575+140=715t(1) 水平分力H的稳定系数:其中:f=0.5,地垅与土壤摩擦系数h6m,地垅被动土接触高度;b=7m,地垅被动土的宽度;(2)、抗垂直分力V的稳定系数:K2(3)、抗倾复系数:K3其中:b地垅重心力矩;C地垅拉力力矩;2.10、扣索设计:2.10.1、扣索拟定用主索塔架和扣索塔架,地锚单独设立,两个地锚设在
14、主桥拱肋轴线方向,中心距18.5米,要保证扣力方向与拱肋中线在一条直线上,使塔架受力状况较好,扣索地锚独设,便于操作施工。2.10.2扣索计算:(西端)设1=15,2=20,3=20。X2=21;y1=16.24;s1=22.44;h1=28;x4=42;y=26.87;s2=17.2;h2=46;x6=63;y3=32.175;S3=10.55;h3=52;Sin15=0.2588;cos20=0.342Cos15=0.9659;cos20=0.9397(1)、当中段合拢时:T3=69.7tC点反力:Rcx=-67.3t; rcy=-34.5t; T2=21.84tB点反力:Rbx=-98t
15、; Ray=-62t; T1=10.94tA点反力:Rax=-98t; Ray=-93.3t(2)、当第三段悬挂时:T3=34.8tC点反力:Rax=-33.6t; Rcy=-26t;T2=32.35t;B点反力:Rbx=-64t;Rby=-50;T1=16.85tA点反力:Rax=-80t;Rby=-79.2t;(3)、当第二段悬挂时:T2=21.4tB点反力:Rbx=-20.1t;Rbx=-27.7t;T1=27.75tA点反力:Rax=40.2t ,Ray=55.4t(4)、当第一段悬挂时:T=PX/S=16.4t A点反力 Ray=15.4t,Ray=29.4t(5)、现将各段扣索受力
16、列表如下就位顺序张力(t)第一段第二段第三段第四段考虑冲击K1.21扣索T116.427.7516.851133.32扣索T221.432.3521.838.83扣索T334.869.783.6注:、东西端扣索角度,基本相同,仅同扣塔高度不同;、扣塔借用主索塔兼用,减少扣塔万能杆件;、扣索长度,每根均设500米长,规格、数量另列。2.10.3、东扣索基本一致,仅扣点高度不同。故扣力不再计算。经计算确定:扣塔高度:h1=48m,h2=62m,h3=66m。2.10.4、对塔架产生的水平推力及压力:西端:H8.8t;V=76.8t东端:H16.3t;V=119t2.11、结论:根据YY大桥地形的具
17、体情况,若采用扣索代替支架,简便了空中拱肋的对接安装,避免了高支架设拼装的困难,扣索调节拱肋轴线及高支架稳妥快捷。由计算结果得知:安装第一段拱肋时,西端主增墩水平推力Rax=15.4t;安装第二段拱肋时,主墩水平推力Rax=80t;最后安装中段(即合拢段),主墩最大水平推力Rax=90t。为保证主墩承受弯矩和水平推力的能力,采用水平系杆张拉,分次按水平推力逐渐施加水平系张力,并设水平仪观测,确保主墩位移在设计容许范围。(不大于8mm)。2.12、扣索地垅:扣索受力T151t;/35HTcos123.7tV=Tsin86.6t设地垅:G100m3,2.3t/ m3=230t被动土压力:联土壤摩擦
18、角30土壤容重1.7t/ m3 Ep=114.75115t2.11.1、地垅抗拉稳定系数K1:K1=2.12.2、地垅抗拉稳定系数K2:K22.12.3、地垅抗倾复稳定系数K3:K3=3、钢构件加工制作及防腐:3.1、拱肋制作概述:(1)、钢管拱肋的管节采用16Mn钢材制作,其材质的化学成分,机械性能,几何尺寸均需符合GB71465的标准。(2)、本桥钢管拱肋管节采用坡口直缝焊接,卷管方向与钢板压延方向一致,管节成型后的几何尺寸应符合要求。焊缝外观尺寸达到TBJ212-86第5.3.1验收标准,焊缝强度需与母材等同,经超声波擦伤X拍片要检查,达到TBJ21286第5.3.2第5.3.7的规定。
19、即所有拼板焊缝、钢管管节的纵向焊缝、钢管管节对接的横环焊缝、拱脚直心段连接腹板焊缝均为I级;拱肋加固构件焊缝,吊杆箱焊缝均为II级;拱肋,内纵、横加劲肋,段口内加劲构件焊缝均为III级。(3)本桥钢管拱肋节需先放地样,应统筹考虑经下几点:钢管拱肋节段上,不允许有十字焊缝;相邻两纵向焊缝应错开130mm以上;钢管管节对接焊缝与上下弦杆管连接的对接焊缝不应在同一横截面,彼此错开200mm以上;钢管弦杆管的纵向焊缝应排在腹腔内;拱脚处的上下比杆管和连接钢板外伸100mm,作为总装时的修正余量;横环焊缝需远离吊杆孔中心1m以上。钢肋制作流程如图所示。3.1.1、钢管拱肋制作:(1) 样板制作:所有的线
20、型主构件均用计算机计算放样下料,零部件制作加工的样板,利用计算机这么样数据,在样台上按1:1放样制作。(2) 材料:、 钢材(钢板、钢管、型钢):钢材进厂加工时除必须具有生产厂的出厂质量保证书外,并按订货合同要求和有关标准进行检验和验收。、 焊接材料:焊接材料应根据设计要求,焊缝金属强度(屈服点)不得低于母材强度指标和焊接工艺评定试验结果确定,且需符合国家标准。拟选用的焊接材料及标准号如下表:名称型号标准标号焊丝H08A、H08E焊接用钢丝GB130077焊剂HJ431、HJ350通用标准GBS29385焊条T502、T502GT507、T507G低金高强度钢焊条GBS11885焊条T422G
21、、T427GT422、T427G低碳钢焊条GBS11785(3) 零部件制作:、 钢管拱肋上下弦杆管的制作:a、 拱肋制作工艺流程如图所示。b、 放样:上、下弦杆直径均为750mm、厚度12mm的16Mn的钢板,展开长度为L2356.2mm,放样时,按0.5收缩量计算其内。c、 号料与划线:钢板在号料前,需对牌号、规格、质量,再次进行确认,如发现不平直,有铁锈、油污时应予矫正和清理,号料所划的切割线必须甩去毛边。号料后的钢板和明显标记,在确定钢板的压延方向及自身编号(钢印)。d、 钢板切割:钢板切割必须使用自动或半自动切割进行,严禁使用手工切割。切割后钢板尺寸允许偏差为1.5mm。e、 钢板除
22、锈、涂漆:f、 切割后钢板需进行表面喷丸除锈应达到ISO085011的2.5标准。并涂一层厚度为2m的无机桂酸锌车间底漆。g、 卷管:卷管在三星辊床上进行,钢板在卷圆前先用油压机起边,超边宽度不得小于250mm,卷制方向应与钢板的压延方向一致。每节管节长度为20003000mm,最短不得小于1200mm,卷制成圆后,接口错边量不大于1.0mm,端口错边量不大于1.0mm.。钢板卷成管节后,先定位焊接,然后进行自动埋弧焊接。定位焊焊缝应距设计焊缝端部30mm以上,间距400600mm,焊脚尺寸不得大于设计焊脚尺寸的一半;自动埋弧焊应先焊圆内纵向焊缝,外侧用碳弧气清根后再进行自动埋弧焊。焊缝形成后
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