二环改造工程现浇箱梁施工支撑方案技术经济分析报告.docx
- 文档编号:3169805
- 上传时间:2023-05-05
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:197.91KB
二环改造工程现浇箱梁施工支撑方案技术经济分析报告.docx
《二环改造工程现浇箱梁施工支撑方案技术经济分析报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二环改造工程现浇箱梁施工支撑方案技术经济分析报告.docx(35页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
二环改造工程现浇箱梁施工支撑方案技术经济分析报告
沈阳市二环高架改造工程
现浇箱梁施工不同支撑方案技术经济分析报告
2013年1月20日
目录
一、工程概况……………………………………………………………1
二、因素指标确定………………………………………………………1
三、支撑体系方案设计…………………………………………………2
四、三种支撑体系材料用量分析………………………………………5
五、三种支撑体系材料使用量规律总结………………………………8
六、三种支撑体系材料用量临界高度的确定…………………………10
七、三种支撑体系成本计算及变化规律………………………………11
八、三种支撑体系方案技术经济综合评价结论………………………15
附件:
1、满堂支架设计图
2、工字钢钢管支撑设计图
3、贝雷梁钢管支撑设计图
二环改造工程现浇箱梁施工不同支撑方案
技术经济分析报告
沈阳市2013年全运会后即将进行二环改造工程的施工,二环高架上部结构设计为现浇钢筋混凝土预应力箱梁,对于此种结构必须搭设临时支撑作为上部结构的施工平台,目前国内比较成熟的技术有WDJ碗扣满堂支架法、工字钢主梁钢管支撑法、贝雷梁主梁钢管支撑法,本分析报告的主要目的是本着“技术优化、经济合理”的原则,结合二环工程的实际特点对上述三种方案进行技术经济分析比较,选择出适宜本工程的最优支撑方案。
一、工程概况
二环高架桥上部结构为后张法预应力混凝土箱梁,顶板宽度为23.5m,翼板宽度1.5m,底板宽度12.68m,底板至翼板处依次设置半径700m和500m的S型圆曲线过渡段,中线处梁高2.2m,桥面横坡由顶板的倾斜2%形成,梁体为五箱室结构,端梁和横梁实体段长度为1.1m,由实体段过渡到正常箱室的渐变段长度为7m,跨径为30m和25m为主,纵向三跨一联或四跨一联,联间设伸缩缝。
本分析选取一跨30m,净空6m的箱梁施工支撑体系为分析对象,支撑体系的地基为原状沥青混凝土道路,地基承载力可达数兆帕,足以满足承载力要求,因此本支撑体系的分析未含地基基础部分。
面积:
25.043m2
面积:
16.144m2
面积:
36.856m2
36.856m2
16.144m2
25.043m2
箱梁各节段自重均布荷载
项目
单位
截面A-B均布荷载
截面B-C均布荷载
底模均布荷载
KN/m2
29.601
52.977
二、技术经济指标确定
1、定量指标:
满足受力条件下的支撑系统的最佳跨径组合、人材机的消耗量,租赁与购买造价情况。
2、定性指标:
支撑系统施工难度、安全指标、交通通行能力指标。
3、主导指标的确定及总体分析原则:
以上指标在满足相同支撑功能的条件下,支撑体系的成本高低是我们最为关注的,而材料费又在成本中占70%左右,材料费中又以钢材所占比重最大,所以在进行定量分析时主导因素确定为钢材的使用量,以此指标作为分析的基础,兼顾其他指标,综合确定出现浇箱梁施工最优支撑体系方案。
三、支撑体系方案设计
现浇箱梁常见的支撑体系方案为三种,分别为:
WDJ碗扣满堂支架法、工字钢主梁钢管支撑法、贝雷梁主梁钢管支撑法。
按传统力学计算法,确定各支撑体系设计方案如下:
【方案1】WDJ碗扣满堂支架法(布置图详见附件)
(一)设计方案:
1、立杆布置:
纵向布置39排,梁端3.6m(4.8m)范围内步距0.6m,其余步距为0.9m;横向布置37排,翼板外缘向内2.15m范围内步距1.2m,其余步距为0.6m。
2、横杆布置:
纵桥向梁端3.6m(4.8m)范围内采用0.6m横杆,其余采用0.9m横杆;横桥向翼板外缘向内2.15m范围内采用1.2m横杆,其余采用0.6m横杆;竖桥向至箱梁底为5层(翼板范围内7层),层间距1.2m(翼板范围内第5层以上为1.2m+0.6m组合)。
3、顶托、底托:
立杆下部设底托,用底托调整支架的水平一致;上部设顶托,用顶托调整支设高度。
4、支架顶纵横向传力体系
(1)纵向传力主梁:
支架顶托上顺桥向放置12×12cm木方,作为传力主梁。
(2)横向传力次梁:
纵向传力主梁上横桥向放置6(宽)×9(高)cm木方,梁端段布置14排,中心间距为26cm,其余段中心间距31cm。
5、底板范围内底模为1.8cm竹胶板,边部采用定型钢模板。
6、辅助支撑:
采用与碗扣支架同规格钢管,纵向剪刀撑7排,横向剪刀撑8排,水平剪刀撑3排,采用扣件连接。
(二)验算情况简要说明:
1、荷载汇总(P=1.2Ng+1.4Nq)
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
1、底模竹胶板所受荷载
KN/m2
71.851
43.800
2、底模横向木方所受荷载
KN/m2
71.990
43.939
3、顶托纵向木方所受荷载
KN/m2
72.304
44.252
4、支架所受荷载
KN/m2
72.571
44.520
2、验算结果
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
底模竹胶板
弯拉应力
MPa
6.653<[30]
6.337<[30]
挠度
mm
0.381<[0.5]
0.567<[0.625]
底模横向木方
弯拉应力
MPa
10.399<[14.5]
7.567<[14.5]
挠度
mm
0.788<[1.5]
0.573<[1.5]
顶托纵向木方
弯拉应力
MPa
6.788<[14.5]
9.334<[14.5]
挠度
mm
0.385<[1.5]
1.193<[2.25]
支架
强度
KN
26.126<[30]
24.041<[30]
稳定性
MPa
92.987<[145]
67.163<[145]
【方案2】工字钢主梁钢管支撑法(布置图详见附件)
(一)设计方案:
该方案主要采用螺纹钢管作为下部支墩的墩柱,墩柱顶部设置可调砂箱以便上部纵梁落架拆除,砂箱采用比墩柱直径略小的钢管制作,砂箱顶设置横向工字钢作为支座横梁,将上部荷载分散到支墩的各个墩柱上,由于工字钢翼板宽度相对于自身高度较短,为增加工字钢支座横梁的稳定性,支座横梁采用两根同型号的工字钢连成整体共同受力。
上部纵梁也采用工字钢按一定间距布置,并在吊装后与支座横梁用锁扣锁紧形成一体。
主梁上部用6(宽)×9(高)cm木方作为次梁,传递箱梁荷载和辅助支模。
由于该方案可以有多种跨径组合,所以制定编号为【工1】~【工6】的6种方案列表如下:
编号
门洞
组合
横向木方
纵向主梁工字钢
支座横梁工字钢
钢管立柱
[20a联系梁
跨数
跨径
规格
间距m
规格
间距m
规格
规格直径壁厚
间距
高度
总长度m
工1
15
2
12×15cm
0.32
25a
1.5
45b
φ325mm*5mm
4.6
5.132
1621.7
工2
10
3
6×9cm
0.26
25a
0.6
36a
φ325mm*6mm
3
5.282
1153.3
工3
6
5
6×9cm
0.26
32b
0.5
45b
φ377mm*8mm
3
5.122
720.3
工4
5
6
6×9cm
0.26
40a
0.5
50a
φ426mm*8mm
3
4.992
618.6
工5
3
10
6×9cm
0.26
63b
0.57
63b
φ529mm*11mm
3
4.632
402.1
工6
2
15
跨径超出工字钢单根长度,加长须焊接,增加施工难度,故不采用
(二)验算情况简要说明(以10-3m为例):
1、荷载汇总(P=1.2Ng+1.4Nq)
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
底模竹胶板
KN/m2
71.851
43.800
底模横向木方
KN/m2
71.990
43.939
型钢纵梁
KN/m
35.332
26.916
支墩型钢横梁(每排支墩2根)
KN/m
108.284
67.083
钢管立柱(每排支墩9根)
KN
5183.221
3205.587
2、验算结果
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
底模竹胶板
弯拉应力
MPa
6.653<[30]
6.337<[30]
挠度
mm
0.381<[0.5]
0.567<[0.625]
底模横向木方
弯拉应力
MPa
6.766<[14.5]
4.924<[14.5]
挠度
mm
0.334<[1.21]
0.243<[1.21]
型钢纵梁
弯拉应力
MPa
122.022<[140]
92.943<[140]
挠度
mm
4.953<[7.5]
3.773<[7.5]
支墩型钢横梁
弯拉应力
KN
138.81<[140]
85.994<[140]
挠度
MPa
3.443<[7.5]
2.133<[7.5]
钢管立柱
强度
KN
575.913<[722.283]
356.176<[722.283]
【方案3】贝雷梁主梁钢管支撑法(布置图详见附件)
(一)设计方案:
该方案下部结构与【方案2】下部结构相同,上部结构采用国产321型加强型贝雷梁片,拼装成单层双排贝雷梁组,视荷载情况可在贝雷梁上横向布设木方或工字钢作为传力横梁,其上再设置纵向木方作为传递箱梁荷载和模板支设的基础。
由于该方案可以有多种跨径组合,所以制定编号为【贝1】~【贝6】的6种方案列表如下:
编号
门洞组合
纵向木方
贝雷梁上横向木方
贝雷梁上横梁
纵向贝雷主梁
支座横梁
钢管立柱
[20a联系梁
跨数
跨径
规格
间距
规格
间距
规格
间距
净间距
规格
规格
间距
高度
m
贝1
10
3
经过验算由于跨径过短,梁片贝雷梁受力仍有富余,但由于贝雷梁间距变大,梁上横向工字钢选择最大型号也不能满足受力要求,此方案明显不经济不合理,舍弃不用
贝2
6
5
6×9cm
0.26
0.52
50a
0.7
0.8
6
40b
φ426mm*6mm
2.6
3.492
742.4
贝3
5
6
6×9cm
0.26
0.52
36a
0.6
0.8
5.2
45a
φ457mm*6mm
2.6
3.626
627.5
贝4
3
10
6×9cm
0.26
0.52
18
0.5
0.8
2.8
56a
φ457mm*10mm
2.6
3.652
419.8
贝5
2
15
6×9cm
0.26
0.52
15×15cm
0.6
1.8
63b
φ508mm*13mm
2.5
3.612
300.5
贝6
1
30
单层贝雷梁无法满足受力要求,改用双层贝雷梁明显不经济,故舍弃此方案
(二)验算情况简要说明(以3-10m为例):
1、荷载汇总(P=1.2Ng+1.4Nq)
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
底模竹胶板
KN/m2
71.851
43.800
底模纵向木方
KN/m2
71.990
43.939
贝雷上型钢横梁
KN/m
72.288
44.236
贝雷纵梁
KN/m
48.691
48.691
支墩型钢横梁(每排支墩2根)
KN/m
365.966
228.631
钢管立柱(每排支墩10根)
KN
17459.497
10867.385
2、验算结果
项目
单位
B-C段(梁端段)
A-B段(渐变段)
底模竹胶板
弯拉应力
MPa
6.653<[30]
6.337<[30]
挠度
mm
0.381<[0.5]
0.567<[0.625]
底模纵向木方
弯拉应力
MPa
7.221<[14.5]
13.453<[14.5]
挠度
mm
0.380<[1.25]
1.812<[2]
贝雷上型钢横梁
弯拉应力
MPa
125.570<[140]
122.947<[140]
挠度
mm
3.565<[5.675]
3.491<[5.675]
贝雷纵梁
弯拉应力
MPa
79.503<[140]
79.503<[140]
支点剪应力
MPa
243.454<[245.2]
243.454<[245.2]
挠度
mm
10.512<[25]
10.512<[25]
支墩型钢横梁
弯拉应力
KN
132.042<[140]
82.491<[140]
挠度
MPa
3.4431.581<[6.5]
0.988<[6.5]
钢管立柱
强度
KN
1745.95<[1840.184]
1086.738<[1840.184]
四、三种支撑体系材料用量分析
分析的原理为根据不同支撑体系的结构形式,采用传统力学模型进行计算,以满足强度、刚度、稳定性作为约束条件,即在满足约束条件的前提下,分析不同支撑方案、不同跨径组合材料用量的规律。
碗扣支架由于采用固定杆件,所以可以通过试算确定唯一的支撑方案。
工字钢和贝雷梁方案还要分别进行不同跨径组合的比选。
首先,分别计算各种跨径所用材料用量,然后以跨径为横坐标,以用钢量为纵坐标,绘制出跨径和用钢量曲线,从而确定出各种跨径组合钢材用量最小的方案,最后再与碗扣支架进行比较分析,从而在三种支撑方案中确定材料最省、成本最低的支撑方案。
1、WDJ碗扣满堂支架材料用量表
材料名称
底模下横向木方(6×9cm)
顶托上纵向木方(12×12cm)
碗扣支架5.7kg/m
剪刀撑钢管3.84kg/m
扫地杆3.84kg/m
顶托底托4.5kg/个
m3
m3
m
m
m
个
木材
12
17
立杆(0.6m)
327.6
立杆(1.2m)
7300.8
横杆(0.9m)
4428
横杆(0.6m)
5653.2
横杆(1.2m)
1310.4
顶托(个)
1443
底托(个)
1443
φ48mm×3.5mm钢管
2041
700
合计
29
19020
2041
700
2886
重量(t)
20
108
8
3
13
2、工字钢主梁钢管支撑材料用量表
下表分别列出【工1】~【工6】的6种跨径组合方案的不同用钢量,并绘制出跨数和钢材材料用量关系图以便分析其变化规律。
工字钢支撑体系不同跨径组合材料消耗数量汇总表
编号
门洞组合
横向木方(6×9cm)
纵向主梁
横向主梁
钢管立柱
[20a联系梁
总重
跨数
跨径
m3
规格
间距m
t
规格
t
规格mm
间距
高度
t
t
t
工1
15
2
33.3
25a
1.5
18.6
45b
61.7
φ325*5
4.6
5.132
19.4
36.7
136.4
工2
10
3
11.8
25a
0.6
40.5
36a
31.7
φ325*6
3
5.282
24.7
29.8
120.3
工3
6
5
11.8
32b
0.5
76.2
45b
29.4
φ377*8
3
5.122
23.5
18.8
142.8
工4
5
6
11.8
40a
0.5
89.2
50a
27
φ426*8
3
4.992
22.2
15.9
150
工5
3
10
11.8
63b
0.57
153.6
63b
25.2
φ529*11
3
4.632
23.4
10.4
208.7
工6
2
15
跨径超出工字钢单根长度,加长须焊接,增加施工难度,故不采用
跨数和钢材材料用量关系图
从上图可以看出当跨径逐渐增加时【工2】的跨径组合(即10跨3m)钢材总用量为最小。
3、贝雷梁主梁钢管支撑材料用量表
下表分别列出【贝1】~【贝6】的6种跨径组合方案的不同用钢量,并绘制出跨数和钢材材料用量关系图以便分析其变化规律。
贝雷梁支撑体系不同跨径组合材料消耗数量汇总表
编号
门洞组合
底模下纵向木方6×9cm
贝雷梁上横向木方
贝雷梁上横梁
纵向贝雷主梁
横向支座主梁
钢管立柱
[20a联系梁
木材
用钢量
跨数
跨径
m3
m3
t
t
t
t
t
m3
上部t
下部t
总计t
贝1
10
3
由于跨径过短,梁片贝雷梁受力仍有富余,但由于贝雷梁间距变大,梁上横向工字钢最大型号也不满足受力,此方案不合理,舍弃不算
贝2
6
5
12.9
86.7
35
21.3
15.2
16.8
12.9
121.7
53.3
175
贝3
5
6
12.9
57.6
42
19.3
22.5
14.2
12.9
99.6
56
155.6
贝4
3
10
12.9
24.3
63
15.3
15.6
9.5
12.9
87.3
40.4
127.7
贝5
2
15
12.9
22.3
98
12.6
17.2
6.8
36.9
98
36.6
134.6
贝6
1
30
单层贝雷梁无法满足受力要求
跨数和钢材材料用量关系图
从上图可以看出当跨径逐渐增加时【贝4】的跨径组合(即3跨10m)钢材总用量为最小。
五、三种支撑体系材料使用量规律总结
通过对上述数据、图形进行分析对比,以钢材用量为主要指标,分析总结出三种支撑体系方案的各自规律如下:
1、WDJ碗扣满堂支架体系:
由于采用的是定尺寸杆件,其最佳搭设方案的确定是按照纵横桥向不同区段不同荷载(如端横梁和梁腹,翼板和腹板等),分别按照在满足杆件受力小于并最接近杆件容许受力的情况下确定杆件用量和搭设步距,使杆件的承载能力得到充分的利用,所以可以通过逐渐减小立杆步距来进行试算逼近,即满足受力的最大值时所对应的方案为最佳搭设方案。
2、工字钢支撑体系:
由于是以30m跨径箱梁的支撑为研究对象,故此可以按30m的整模数选取了6种跨径组合,通过计算不同跨径的用钢量可以得出如下规律:
(1)纵向主梁:
随着跨数的增加,单孔跨径变短,总荷载不变,单孔纵向主梁荷载变小,相应的工字钢型号变小,主梁下净空增大,主梁钢材消耗量逐渐变小,变化率较大。
(2)支座横梁:
随着跨数的增加,单孔跨径变短,总荷载不变,单孔纵向主梁荷载变小,相应的工字钢型号变小,单排用钢量减少,但由于跨数增多,导致支墩排数增多,所以横梁用钢量整体增加,但变化幅度不大。
(3)钢管立柱:
随着跨数的增加,支墩排数增加,总荷载不变,钢管荷载变小,钢管规格变小,主梁下净空增大,钢管长度变长,钢管规格变小而减少的重量和钢管长度变长增加的重量基本抵消,变化幅度很小。
(4)槽钢连系梁:
随着跨数的增加,支墩排数增加,钢管规格变小,连系梁的长度变大,用钢量变大。
综合考虑上述四个因素的叠加,最终确定10跨3m的跨径组合时用钢量最省。
3、贝雷梁支撑体系:
由于是以30m跨径箱梁的支撑为研究对象,故此可以按30m的整模数选取了6种跨径组合,通过计算不同跨径的用钢量可以得出如下规律:
(1)纵向主梁:
随着跨数的增加,单孔跨径变短,总荷载不变,单孔纵向主梁荷载变小,相应的贝雷梁间距变大,主梁钢材消耗量逐渐变小,变化率较大。
(2)贝雷上横梁:
在2跨时由于贝雷梁间距较小,所以采用15×15cm的木方即可满足传力要求,当大于2跨时,贝雷梁间距变大,横向分配梁要采用工字钢方能满足要求,所以总体变化规律是随跨数增加而用钢量增大,变化率较大。
(3)支座横梁:
随着跨数的增加,单孔跨径变短,总荷载不变,单孔纵向主梁荷载变小,相应的工字钢型号变小,单排用钢量减少,但由于跨数增多,导致支墩排数增多,所以横梁用钢量整体增加,但变化幅度不大。
(4)钢管立柱:
随着跨数的增加,支墩排数增加,总荷载不变,钢管荷载变小,钢管规格变小,主梁下净空变小,钢管长度变短,钢管规格变小和钢管长度变短减少的重量和增加排数增加的重量基本抵消,变化幅度很小。
(5)槽钢连系梁:
随着跨数的增加,支墩排数增加,钢管规格变小,连系梁的长度变大,用钢量变大。
综合考虑上述五个因素的叠加,最终确定2跨15m的跨径组合时用钢量最省。
六、三种支撑体系材料用量临界高度的确定
三种支撑体系材料用量分析是以桥下净空6米为例进行析计算的,此时三种支撑体系用钢量的规律为碗扣支架<工字钢<贝雷梁,当随着桥梁高度增加时碗扣支架用量会加大,而工字钢和贝雷梁钢管支撑的下部钢管支墩的用量也会增大,其中存在一定的规律,即一定存在一个临界高度,在超过这个高度后,碗扣支架的用钢量会超过工字钢和贝雷梁,所以需要确定这个临界高度。
按照这个规律分别建立碗扣支架、工字钢和贝雷梁的钢材用量随高度变化的关系方程,并设立两个临界条件“碗扣支架用钢量=工字钢用钢量”和“碗扣支架用钢量=贝雷梁用钢量”,设置临界高度为变量x,然后根据关系方程和临界条件,求出临界高度值。
(一)用钢量线性方程建立
1、碗扣支架用钢量方程:
当碗扣支架以6m为基础,继续增高时,横杆、立杆、剪刀撑的用量增加,而顶托底托用量不变,横杆、立杆、剪刀撑按净空6m时的用量进行折算,由此建立如下方程:
G碗扣=(69t+8t+3t+13t)+(x-6m)×(69t+8t)/6m
化简:
G碗扣=12.833x+16t
2、工字钢支架用钢量方程:
当工字钢支架以6m为基础再增高时,上部用钢量不变,支墩钢管的用量增加,由此建立如下方程:
G工字钢=120.3t+(x-6m)/根×90根×0.047t/m
化简:
G工字钢=4.23x+94.92t
3、贝雷梁支架用钢量方程:
当贝雷梁支架以6m为基础再增高时,上部用钢量不变,支墩钢管的用量增加,由此建立如下方程:
G贝雷梁=127.7t+(x-6m)/根×40根×0.11t/m
化简:
G贝雷梁=4.4x+101.3t
(二)临界高度求解
1、按“碗扣支架用钢量=工字钢用钢量”的临界条件求解
G碗扣=G工字钢
12.833x+16t=4.23x+94.92t
解得x=9.17m
2、按“碗扣支架用钢量=贝雷梁用钢量”的临界条件求解
G碗扣=G贝雷梁
12.833x+16t=4.4x+101.3t
解得x=10.12m
3、由以上计算可知临界高度为9.17m和10.12m,两个值中取最大值并化整,确定临界高度为
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 改造 工程 现浇箱梁 施工 支撑 方案 技术 经济 分析 报告
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)