高速公路門洞設(shè)計(jì)及計(jì)算實(shí)例

徐 博 楊淞博

1 方案簡介

陽翼高速公路L1合同段東河特大橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋,跨徑為38 m+60 m+38 m=136 m,橋梁寬度為11.75 m,采用單箱單室截面,梁高3.0 m。橋梁位于 A=430 m的緩和曲線上,主跨上跨晉陽高速公路,斜交角度為27°53′52″。

由于該橋橫跨晉陽高速公路,施工時(shí)必須確保正常通行,因此必須在左右幅各設(shè)置1個(gè)單車道通行門洞,門洞按5.5 m寬設(shè)置(0.75 m安全距離+4.0 m行車道+0.75 m安全距離)。由于該橋設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高至下面晉陽高速公路路面頂標(biāo)高最小處為5.2 m,為了保證不小于4.5 m凈空的情況,只能采用工字鋼進(jìn)行門洞搭設(shè)。門洞立柱采用φ 400 mm×6 mm鋼管柱,間距為2 m,每排門洞立柱采用[10a槽鋼設(shè)置上下兩道成45°斜向連接。每排柱頂采用Ⅰ40a工字鋼與鋼管柱焊接成整體,再在柱頂工字鋼上垂直于行車道方向搭設(shè)Ⅰ40a工字鋼。鋼管柱基礎(chǔ)采用0.8 m×0.8 m條形C25混凝土基礎(chǔ),條形基礎(chǔ)上下兩面設(shè)置10 cm×10 cm的鋼筋網(wǎng)片,縱向鋼筋采用φ 16鋼筋,箍筋采用φ 10鋼筋,并在基礎(chǔ)上面預(yù)埋1 cm厚鋼板,用于與鋼管樁焊接連接。要求鋼管立桿位置準(zhǔn)確可靠,與預(yù)埋鋼板焊接牢固。為防止行車對(duì)門洞造成危害,在門洞內(nèi)側(cè)設(shè)置獨(dú)立鋼管防護(hù)架,同時(shí)兼顧限寬限高的作用。門洞設(shè)置見圖1。

2 門架驗(yàn)算

2.1 型鋼受力荷載計(jì)算

1)鋼筋混凝土梁自重:

2)內(nèi)模支架及內(nèi)模構(gòu)造荷載N2按3 kN/m2取值。

3)外模重:

(木膠板按25 kN/m3計(jì),木材按8 kN/m3計(jì))。

4)支架自重:

(支架高度按最高值6 m計(jì)算,鋼管每米按33.3 N計(jì))。

5)施工均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值以N5=3 kN/m2計(jì)。

6)傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載:N6=3 kN/m2。

7)振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載:N7=2 kN/m2。

荷載組合:

工字鋼單位長度荷載值:

2.2 內(nèi)力計(jì)算

跨中最大彎矩:

2.3 選擇型鋼截面

型鋼所需截面抵抗矩為:

故采用Ⅰ40a工字鋼其截面抵抗矩 Wx=1090 cm3,可以滿足施工需要。

其截面慣性矩 Ix=21700 cm4。

半截面面積矩為 Sx=636.4 cm2。

內(nèi)圓弧半徑r=12.5 mm。

回轉(zhuǎn)半徑ix=15.9 cm。

自重 g=67.598×9.81=0.663 kN/m。

2.4 截面應(yīng)力剛度驗(yàn)算

型鋼自重產(chǎn)生彎矩為:

總彎矩值:

彎矩正應(yīng)力:

支座處總剪力值:

2.5 跨中撓度驗(yàn)算

縱梁單位長度荷載值:

2.6 門洞立柱驗(yàn)算

門洞立柱采用φ 400×6 mm鋼管柱,間距為 2 m,由于門洞凈空受設(shè)計(jì)梁底標(biāo)高和晉陽路路面標(biāo)高限制,立柱高取3.2 m。

門洞立柱鋼管力學(xué)特性如下:

斷面積 A=π(D2-d2)/4=74.28 cm2。

截面慣性矩 I=π(D4-d4)/64=14416.4 cm4。

回轉(zhuǎn)半徑i=sqrt(D2-d2)/4=2.43 cm。

截面模量 W=π(D4-d4)/32D=901.02 cm3。

鋼材彈性模量 E=2.1×105MPa。

鋼材容許應(yīng)力[σ]=140 MPa。

受壓構(gòu)件容許長細(xì)比[λ]=150。

門洞立柱與工字鋼橫梁按簡支設(shè)計(jì),故立柱只驗(yàn)算軸心受壓和穩(wěn)定性,驗(yàn)算荷載取平均值。

根據(jù)計(jì)算,單根門洞立柱受力 N=163.3 kN。

立柱強(qiáng)度驗(yàn)算:

N/A=163.3/74.28=21.98 MPa≤[σ]=140 MPa。K=[σ]/(N/A)=140/21.98=6.37≥1.3,立柱強(qiáng)度滿足要求。

立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算:

長細(xì)比:

軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.828。

3 結(jié)語

經(jīng)驗(yàn)算,門洞支架縱梁及立柱滿足支架上各種荷載,穩(wěn)定性及安全符合要求,且經(jīng)實(shí)際施工過程檢驗(yàn),該門洞支架設(shè)計(jì)滿足施工要求,在施工中未出現(xiàn)任何異常。

該計(jì)算方法簡單易懂,可以作為一般結(jié)構(gòu)的施工驗(yàn)算,在電算程序橫行的今天,也可以作為驗(yàn)算輔助程序。

[1]范忠明.簡易跨墩雙龍門吊架橋設(shè)計(jì)方案[J].山西建筑,2009,35(18):293-294.