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1、桥梁临时结构 安全检算,中铁五局科技设计部（技术中心）2011年4月25日,主要内容,1、临时结构安全检算概述2、基坑工程3、支架工程4、模板工程5、结束语,作为施工中安全管理者及负责人，我们不需要对临时结构工程进行详细计算，但需要在方案审查及施工检查中能指出方案计算及施工中的不足和不满足规范要求的地方。同时，若临时结构从开始的检算中就存在问题，那么在施工中出现安全问题是不可避免的。在此向大家介绍一些基本的力学概念及重点需要计算的部位，提出计算中容易混淆或漏算的地方，将施工中的重大危险源控制在源头。,1.1 计算的两种方法 1）极限状态设计法 是“以概率理论为基础的极限状态设计法”的简称。承载
2、能力的极限状态，即结构或杆件发挥了允许的最大承载能力的状态；或虽然没有达到最大承载能力，但由于过大的变形已不具备使用条件，也属于极限状态。所谓“极限状态”，就是当结构的整体或某一部分，超过了设计规定的要求时，这个状态就叫做极限状态。极限状态又分为：承载能力极限状态与正常使用极限状态。,1、临时结构安全检算概述,这里讲“概率计算”，就是以结构的失效概率来确定结构的可靠度。过去容许应力法采用了一个安全系数K（简称单一系数法），就是只用一个安全系数来确定结构的可靠程度。而现在采用了多个分项系数（简称多系数法），把结构计算划分得更细更合理，分别不同情况，给出了不同的分项系数。这些分项系数是由统计概率方
3、法进行确定的，所以具有实际意义。来自于工程实践，诸多的分项系数从不同方面对结构计算进行修订后，使其材料得以充分发挥和结构更加安全可靠。这些系数都是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率（也即可靠度）。,2）容许应力设计法 按结构构件计算应力不超过材料的容许应力为原则的工程结构设计方法。以结构构件在使用荷载作用下截面的计算应力不大于有关规范所给定的材料容许应力的原则来进行设计的方法。一般的设计表达式为,容许应力设计法以线性弹性理论为基础，以构件危险截面的某一点或某一局部的计算应力小于或等于材料的容许应力为准则。在应力分布不均匀的情况下，如受弯构件、受扭构件或静不定结构，用这种设计
4、方法比较保守。容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前在公路、铁路工程设计中仍在应用。它的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响。,1.2荷载取值及荷载组合 1）结构上的荷载分类（1）永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。（2）可变荷载，例如人群荷载、混凝土倾倒荷载、捣固荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。（3）偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。2）分项系数（1）永久荷载 在普通结构检算中，一般取1.2；（2）可变荷载 在普通结构检算中，一般取1
5、.4；（3）偶然荷载 偶然荷载的代表值不乘分项系数。3）荷载组合 通过不同的分项系数，对所有荷载进行组合，取最不利状态进行检算。,1.3 计算的内容 在桥梁临时结构检算中，主要包含以下部位：1）深基坑支护结构及开挖检算；2）承台模板检算（大体积混凝土时须进行温度控制设计）；3）墩身模板检算（含支撑及支架等）；4）粱部支架及模板检算（地基承载力、杆件检算、分配梁检算、模板及背肋检算）。临时结构安全检算的内容包括强度（弯曲应力、剪切应力等）、刚度（位移）、局部稳定性、整体稳定性等。,建设部建质200987号文关于印发危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知规定：一般深基坑是指开挖深度超过5m（含
6、5米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过5米，但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。在深基坑工程中，应根据现场实际情况选择合适的防护结构，并对防护结构、开挖顺序等内容进行检算，确保深基坑施工过程中的安全。,2、基坑工程,2.1 土压力计算公式 朗金主动土压力计算公式：朗金被动土压力计算公式：此外还有库伦土压力计算公式，在使用中注意各种土质情况下计算理论及公式的不同。在计算中，注意基坑顶荷载（静载、活载）、土体的比重（水土结合、水土分离等）计算。,2.2深基坑工程设计计算 基坑侧壁安全等级及重要性系数如下：,基坑支护结构采用以分项系数表示的极限状态设计法进行设计。基坑工程设计计算
7、包括三个部分的内容：稳定性检算、结构内力计算和变形计算。稳定性检算是指分析土体或土体与围护结构一起保持稳定性的能力，包括整体稳定性、重力式挡墙的抗倾覆稳定及抗滑移稳定、坑底抗隆起稳定和抗渗流稳定等，基坑工程设计必须同时满足这几个方面的稳定性。结构内力计算为结构设计提供内力值，包括弯矩、剪力等，不同体系的围护结构，其内力计算的方法是不同的；由于围护结构常常是多次超静定的，计算内力时需要对具体围护结构进行简化，不同的简化方法得到的内力不会相同，需要根据工程经验加以判断；变形计算的目的则是为了减少对环境的影响，控制环境质量，变形计算内容包括围护结构的侧向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。,2.3
8、 基坑支护结构的破坏或失效形式 支护结构的破坏或失效有多种形式，任何一种控制条件不能满足都有可能造成支护结构的整体破坏或支护功能的丧失。支护结构方案制定时应全面考虑这些破坏因素，施工过程也要观察和监测各种不同的破坏迹象，一旦发现问题后及时采取有效措施，避免在某一个环节上处理不当而造成通盘失败。这些破坏和失效形式归纳起来主要包括：1)支护结构构件的承载能力破坏 根据支护结构形式的不同，其构件承载能力包括：(1)护坡桩或地下连续墙的受弯、受剪承载能力：(2)支撑和支撑立柱的承载能力；(3)锚杆或土钉的杭拔承载力；(4)腰梁或受力冠梁的受弯、受剪承载力；(5)结构各连接件的受压、受剪承载力等。在支护
9、结构设计和施工时，这些构件应严格满足有关的设计规范和施工质景要求。,2)支护结构的整体失稳破坏和土的隆起破坏 根据不同的支护型式特点，其整体失稳的破坏形式为：(1)当桩墙锚杆结构滑动面向外延伸发展时，使其滑动面以外的锚杆锚固长度减小，或最危险滑动面出现在锚杆以外，造成滑动面以内土体和支护结构一起滑移失稳；(2)对于各种支护结构，由于支护结构下面土的承载力不够，产生沿支护结构底面的滑动面，土体向幕坑内滑动，基坑外土体下沉，基底隆起；(3)重力式结构自身的抗倾覆或抗滑移能力不够，使重力式结构倾覆或向基坑内水平滑移；(4)土钉墙的滑弧稳定能力不足，土钉拔出，产生边坡整体滑动；或滑动面发展到土钉以外，
10、使上钉和土体一起滑移。,3)支护结构位移和地面沉降过大 基坑周边地面的过大沉降，特别是不均匀沉降会导致沉降影响范围内建筑物和道路的下沉、结构开裂、门窗变形，也会导致刚性地下管线接头处的断裂或损坏，严重时可使这些建筑物、地下管线失去使用功能而报废，而基坑周边地面一般为不均匀沉降。影响基坑周边地面沉降的因素主要有以下几点：(1)由于支护结构水平位移连带着基坑周边土体的水平变形和垂直变形；(2)在地下水位高于基坑面的场地上，由于施工降水或基坑开挖引起的地下水位下降，降水影响范围土的有效应力增加，使土层产生固结变形而引起地面下沉；(3)由于支护结构施工对土的扰动变形，如地下连续墙或护坡桩成糟成孔时的流
11、砂、涌泥、塌孔，锚杆或土钉成孔时孔的压缩、塌孔等。特别是在砂土、软土和有地下水渗流时较为严重。,4)地下水作用下土的渗透破坏 地下水位高于基坑面或地层中有承压含水层的场地上，当有水的渗流时，应防止坑底和侧壁土的渗流破坏。土的渗流破坏的形式主要有流土、管涌破坏，以及基底下有承压含水层的地层条件下使较薄的上层隔水土层被顶破而产生的突涌破坏。是否会产生渗透破坏及发生哪种形式的破坏取决于土类、土的颗粒级配、密实度及渗流的水力坡度等因素，应分别按照流土、管涌和突涌的临界条件和计算方法进行检算。基坑降水或基坑侧壁采用截水帷幕后，能防止侧壁的渗透破坏，增加地下水的渗透路径长度和减小基底的渗流水力坡度，从而减
12、小渗透破坏发生的可能性。基坑下采用旋喷桩、搅拌桩等方法进行封底加固，能防止基底突涌。,总之，在基坑工程施工中，要严格按照设计提供步骤进行施工，进行有效的施工监测（位移、应力），确保基坑的安全施工。,3、支架工程,支架在桥梁施工中被广泛使用，主要有满堂支架、墩梁式支架、组合支架等。在支架设计中，使用的材料主要有普通钢管、碗口式钢管、门式脚手架、型钢、贝雷梁、万能杆件等。在此，主要针对使用较多的普通钢管及碗扣式支架、墩梁式支架检算中应重点注意的问题的进行介绍。,3.1 普通钢管及碗口式脚手架检算 3.1.1 支架基础 支架基础可直接使用原始地面（承载力较高）、素混凝土基础（处理）及其他形式的基础。
13、支架基础必须有足够的承载力，对软弱基础必须进行处理后方可使用，一般情况下地基承载力不应小于120KPa，必须根据计算确定。若为台阶状基础，支架基础离台阶边距离应大于台阶高度，保证应力扩散。承重支架底应设置底托，底托下设置方木或直接放置于坚实地面，不能直接将钢管立于方木上。支架基础必须设置排水措施，且排水沟离支架边应大于1m。,3.1.2 支架 根据建筑施工碗扣式钢管脚手架安全技术规范（JGJ 166-2008）钢管支架立杆的计算长度 l=h+2a 其中：h为立杆步距；a为立杆伸出顶层水平杆长度。经过工程实践，将以前计算所采用2倍系数或计算长度系数法（2002版)改为现在这种公式，考虑进去了顶部
14、悬臂高度，与工程实际更吻合。,支架设计计算应包括以下内容：1）计算最不利单肢立杆轴向力及承载力；2）架体倾覆检算；3）地基承载力检算；4）斜杆扣件连接强度检算。步距1.2m情况下，483.0mm钢管容许荷载29.5KN，483.5mm钢管容许荷载32KN，荷载值均应取荷载分项系数。在初步估算中，可将单根立杆上混凝土重量乘以1.6倍左右进行粗算。支架布置中应严格按照规范进行剪刀撑、扫地杆等的布设。,3.2 墩梁式支架 3.2.1 基础 墩梁式支架基础可采用桩基础、扩大基础等形式，其设置应根据计算结果进行，必须保证基底应力满足要求。墩梁式支架基础根据其受力形式的不同应分别进行计算。基础必须有足够的
15、强度，并与墩柱连接牢固。,3.2.2 墩 计算墩柱承载力时，必须采用连续梁的形式计算出其反力，不允许采用平均分布荷载或简支梁进行计算。普通钢管排式墩，墩顶必须进行处理：先使用纵向分配量撑于顶托上，然后在墩中心设置横向分配梁，将纵梁搁置在横向分配梁上，使墩整体受力，若直接将纵梁搁置在顶托上，很可能造成内侧受力过大，外侧不受力，使支架垮塌。大钢管立柱，必须进行稳定性检算，若受弯矩，必须进行压弯构件计算，若有斜撑，必须保证接触点有足够的强度，保证钢管局部不失稳。,3.2.3 梁 梁建模应按实际情况进行计算，计算梁本身时可采用简支梁计算，但若求支点反力时，必须采用连续梁进行检算。贝雷梁使用时，上部分配
16、梁及底部支撑点均应设置在节点上，若受力点不能设置在节点上，应对贝雷梁进行西部分析，因在贝雷梁弦杆受弯时，其承载力丧失很大；另应加强节点反力计算，必要时采取补强措施。型钢梁在接长时，必须采用等强度（弯、剪）接长，且受力关键点必须进行细部稳定性计算。,4、模板工程,模板在现场施工中涉及范围较广，也是最容易出现安全问题的部分，在模板检算中，需要分别对模板、背肋、拉筋、支撑等内容进行详细计算。因混凝土浇筑方式的不同，浇筑混凝土产生的压力计算也各不相同，在此以使用最多的泵送混凝土浇筑为例进行讲解。,泵送混凝土对模板侧面的压力计算：采用内部振捣器，当混凝土的浇筑速度在6mh以下时，新浇筑的普通混凝土作用于
17、模板的最大侧压力可按式（1）和式（2）计算，并取两式中的较小值。侧压力分布图如右图：（1）（2）在模板的检算中，应同时加入人员荷载、倾倒荷载、震动荷载等，考虑背肋、拉筋的强度和刚度检算。,在施工中应注意：1）计算模板、背肋等可使用简支梁进行计算，应使用连续梁计算拉筋反力；2）背肋不得悬臂，若必须采用悬臂状态，必须进行检算；3）拉筋接长时，使用的接长钢筋不应小于计算拉筋直径，若直径不一致时，应按最小直径进行计算；4）注意拉结结构（山形卡、螺栓、螺母等）的计算；5）最外排拉筋离结构边不应超过15cm，若超过该尺寸，应对转角处两侧模板进行连接处理。,5、结束语,在桥梁临时结构检算中，一定要根据实际情况进行建模，充分考虑各方面因素，选取好分项系数及荷载组合，并在实际施工过程中，严格按照计算模型及步骤进行施工，一旦发现实际施工与设计检算情况不符，应立即补充检算，确保受力满足后方可继续施工。在临时结构施工过程中，应有清晰的力学概念，充分利用各种材料的优势，避免材料的缺陷被使用，使临时结构更加安全可靠。,汇报完毕，谢谢大家!,
