隧道仰拱栈桥施工方案

仰拱栈桥方案

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中铁二十四局集团有限公司

新建九景衢铁路浙江段站前I标四分部

二〇一四年十二月

仰拱栈桥施工方案

一、工程概述

随着施工进度要求，我标段各隧道即将进入仰拱部位的施工，为了保证仰拱施工连续进行并且隧道开挖出渣和洞内材料运输不受仰拱开挖的影响，故在仰拱开挖槽上搭设仰拱栈桥。隔跨跳跃施工，待已浇筑的仰拱混凝土强度满足通车强度要求后，即强度达到设计强度的100%，方可移走栈桥，到下一隧底开挖槽上，依次循环使用。

二、仰拱栈桥的选型

按照我公司以往施工经验和现场施工实际情况，并按照尽早开挖尽快封闭成环的原则，一般仰拱施工段落为6米。根据现场工字钢的供应情况，并保证栈桥结构的强度刚度满足整个隧道施工循环内相关车辆通行的要求。每幅栈桥采用4根40a#工字钢，四根并排设置，中间两根焊在一起，两边各一根与中间型钢间距30cm。顶部用Φ22螺纹钢筋连成整体，纵向间距10~15cm，以提高栈桥结构的平面内、外强度和刚度，I40a纵向两端做成2m长坡道方便车辆通行，靠洞口一侧下部加设3m长I20a工字钢，I20a工字钢设0.8m长坡道。两幅栈桥横向间距根据车轮轮距布置，保证车轮压在栈桥中部。I40a工字钢长度为16米，栈桥总长16.8m，净跨度按12m进行计算，设计详图见图1。

图1 栈桥纵向设计图

图2 栈桥横向设计图

三、仰拱栈桥结构计算

栈桥结构为两部各4根I40a工字钢并排布置作为纵梁，每两根工字钢上下翼缘板通长焊接，横向顶部用Φ22螺纹钢筋连接，保证在车轮荷载作用下纵梁能够共同受力，并且能够提高栈桥桥面的横向刚度。

设计荷载按出渣车40t重车，前后轮轮距为4.5m，前轴分配总荷载的1/3，后轴为2/3，左右侧轮各承担1/2轴重，工字钢为整体共同承担重车荷载，工字钢自重、按1.15系数设计，动载及安全系数设计为1.1。

1、力学简化

梁两端都有转动及伸缩的可能，故计算简图可采用简支梁（如图b）。

P/3P/6

图3 栈桥受力简化图

由于截面上的弯矩随荷载的位置变化而变化的，因此在进行结构强度计算时，应使在危险截面上即最大弯矩截面上的最大正应力不超过材料的弯曲许用应力［σ］故需确定荷载的最不利位置，经荷载不同位置处的弯矩比较在检算最大正应力时，应取P/3荷载在跨中位置（如图c）：

P/3P/6

图4 栈桥最大正应力时受力图

计算最大剪应力时，取荷载靠近支座位置（如图d）。

P/3P/6

图5 栈桥最大剪应力时受力图

2、检算过程

（1）栈桥结构检算

1）、用静力平衡求出最大弯矩和剪力 N p 531006.51.115.1101040⨯=⨯⨯⨯⨯=

KN p Q m KN L p M 25max

25max 1058.11651006.51651069.561631006.52163⨯=⨯⨯==•⨯=⨯⨯⨯=⨯=

P --车辆荷载（N ）

Mmax —最大弯矩值（KN.m ）

Qmax –最大剪力值（KN ）

2）、根据初选结构进行力学计算：

按每侧共4根工字钢进行检算 查热轧普通工字钢截面特性表，得40a 型工字钢。

31085.7cm W x =； 39.92cm W y =

1））平面内强度计算；

[]MPa MPa Wx M w 2100.1317

.108541069.55max max =<=⨯⨯==σσ σmax —工字钢最大弯曲应力（MPa ）

[σ]-----钢材容许弯曲应力（MPa ）

Wx-----x 轴截面抵抗矩(cm 3)

Wy----- y 轴截面抵抗矩(cm 3)

由以上计算可知，单侧按照4根工字钢选用，平面内强度可以满足工作要求，且未考虑工字钢、横向连接螺纹钢筋共同作用的富余系数，平面内是偏于安全的。

2））平面外强度计算

考虑到车辆行驶在栈桥上时，方向不一定与桥纵向平行，存在横向弯矩，按平面最大弯矩的10%考虑，计算如下：

[]MPa MPa W M w y 2101.1539

.92410.01069.55max max =<=⨯⨯⨯==σσ 由以上计算也可知，按照单边4根工字钢选用，平面外强度可以满足设计要求。

3））、剪应力计算

使用剪应力强度条件公式校核最大剪应力需先计算40a 型工字钢截面中性轴一侧的面积对中心轴的静矩m ax x S

每根工字钢分担的最大剪力为

KN Q 5.394

1058.12

=⨯= 查表得 40a 型工字钢

421714cm x =I ，32.631cm S x =，cm S x x 4.34:=I ，mm d 5.10=

故得到栈桥纵梁最大剪应力，并据此校核剪应力强度

[]MPa MPa d S Q x x 1209.105

.10217142.6315.39max max =<=⨯⨯=•I •=ττ

τmax ---最大剪应力

[τ] ---钢材容许剪应力(MPa)

Q ----剪力(KN)

Sxmax---最大半截面面积矩(cm3)

Ix ----轴截面惯性矩(cm4)

d ----腹板厚度(mm)

剪应力满足要求，此栈桥结构可用。