跨高速公路現(xiàn)澆連續(xù)箱梁門洞支架設(shè)計(jì)及檢算

郭 成 剛

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

S=85×12.15=1 032.75 m2。

q混凝土=G/S=(914.4×26)÷1 032.75=23 kN/m2。

q振搗=2 kN/m2，q傾倒=4 kN/m2。

Mmax=0.1×q竹膠板l2=0.1×37.6×0.32=0.338 kN·m=3 380 kg。

E=2×105 MPa，W=3 578.5 cm3，[M]〗=788.2 kN·m，

I=2 050 500×108 m4，[Q]〗=245.2 kN。

q縱梁=3 532/(25×9.5)+0.874=15.7 kN/m。

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跨高速公路現(xiàn)澆連續(xù)箱梁門洞支架設(shè)計(jì)及檢算

郭 成 剛

(中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，陜西 西安 710043)

對(duì)八座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁跨公路現(xiàn)澆施工進(jìn)行了研究，提出了兩種門洞支架的設(shè)計(jì)方案，即鋼管支墩+貝雷梁縱梁形式與鋼管支墩+工字鋼縱梁形式，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從安全、經(jīng)濟(jì)的角度進(jìn)行了結(jié)構(gòu)檢算，在實(shí)際施工中取得了最佳的施工效果。

跨高速公路，支架現(xiàn)澆施工，門洞支架，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，檢算

1 工程概況

烏繞高速公路(東線)工程WRDX-3標(biāo)烏拉泊互通式立交及改建段共八座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用支架現(xiàn)澆施工，箱梁結(jié)構(gòu)相同，均為跨既有高速公路，在施工時(shí)為保證高速公路正常通行，需搭設(shè)門洞支架。本門洞支架設(shè)計(jì)檢算以烏拉泊互通式立交K63+143主線橋?yàn)槔?，本橋分左右幅，全橋長(zhǎng)447.5m(雙幅)，下部結(jié)構(gòu)為樁柱結(jié)構(gòu)，上部為六聯(lián)現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，其中右幅8號(hào)墩～12號(hào)墩(18.5+2×24+18.5)m、左幅9號(hào)墩～13號(hào)墩(18.5+2×24+18.5)m連續(xù)現(xiàn)澆箱梁跨吐烏大高速公路，本橋梁高1.4m，橋面寬16.65m，底寬12.15m，為單箱多室截面，斜腹板；箱梁懸臂板長(zhǎng)度2m，懸臂根部厚度40cm，跨中頂板厚度25cm，底板厚度22cm，腹板厚度40cm；支點(diǎn)橫隔梁附近頂板厚度40cm，底板厚度60cm，腹板厚度80cm；本橋采用縱向預(yù)應(yīng)力體系，縱向采用φ15.2-10鋼絞線；本橋橋下凈空為8.8m。

2 支架方案選擇

對(duì)于非跨公路處根據(jù)凈空、地質(zhì)條件、支架材料費(fèi)用確定采用滿堂支架搭設(shè)，支架采用WDJ碗扣式多功能腳手桿搭設(shè)；跨公路處為保證通行，需搭設(shè)門洞，門洞要求最小凈空不小于5m，凈寬不小于8.5m。依據(jù)工程實(shí)際情況，門洞采用兩種方案，一是鋼管支墩+貝雷梁縱梁形式，二是鋼管支墩+工字鋼縱梁形式。在保證橋下通車要求下，優(yōu)選可租賃的貝雷梁搭設(shè)門洞支架。

3 門洞支架布置

3.1 貝雷梁門洞

鋼管支墩每個(gè)門洞布置兩排，間距9.5m，每排5根，采用φ430mm螺旋管，壁厚8mm，鋼管支墩間距4.5m；支墩上放置砂箱，砂箱上放置雙榀40b工字鋼橫梁，橫梁上搭設(shè)貝雷片縱梁，分配梁采用20b工字鋼，間距90cm，縱向鋪設(shè)10cm×10cm方木，間距30cm，底模采用1.5cm厚竹膠板。支架搭設(shè)時(shí)外邊要超出梁邊2.2m，搭設(shè)防落物平臺(tái)，保證落物不落到公路上，貝雷梁門洞橫、縱面圖見圖1，圖2。

3.2 工字鋼門洞

門洞支架采用φ430鋼管支墩，鋼管間距5m，門洞跨徑9.5m，凈距7.5m。單孔門洞設(shè)兩排支墩，共8個(gè)，鋼管支撐在條形基礎(chǔ)上并和預(yù)埋件焊接牢固；橫梁采用雙40b工字鋼，縱梁采用45b工字鋼，間距為60cm，縱梁上鋪設(shè)一層10cm×10cm方木，間距為30cm，腹板下加密至20cm；支架搭設(shè)時(shí)外邊要超出梁邊2.2m，搭設(shè)防落物平臺(tái)，保證落物不落到公路上。工字鋼門洞支架橫、縱斷面見圖3，圖4。

4 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 受力計(jì)算內(nèi)容

受力計(jì)算內(nèi)容包括：1)底模竹膠板、方木強(qiáng)度；2)分配梁強(qiáng)度、剛度；3)貝雷梁強(qiáng)度、剛度；4)工字鋼縱梁強(qiáng)度、剛度；5)工字鋼橫梁強(qiáng)度；6)鋼管支墩穩(wěn)定性。

4.2 支架結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

4.2.1 荷載取值及計(jì)算

1)梁體混凝土沿縱向分布荷載計(jì)算，混凝土容重取26kN/m3，混凝土荷載考慮全部按分布在底板上計(jì)算，底板面積為：

S=85×12.15=1 032.75m2。

混凝土平面荷載為：

q混凝土=G/S=(914.4×26)÷1 032.75=23kN/m2。

2)振搗、傾倒混凝土產(chǎn)生的平面荷載分別?。?/p>

q振搗=2kN/m2，q傾倒=4kN/m2。

3)施工、料具等運(yùn)輸或堆放平面荷載q人員=2kN/m2。

4)模板重量計(jì)算時(shí)，底、內(nèi)模平面荷載q模板=2.5kN/m2。

5)全部荷載組合q計(jì)算：恒載、活載安全系數(shù)分別取1.2，1.4計(jì)算，不考慮其他可能產(chǎn)生的荷載，后續(xù)計(jì)算按全部荷載作用于底板范圍考慮：

q=1.2(q混凝土+q模板)+1.4(q振搗+q傾倒+q人員)=1.2×(23+2.5)+1.4×(2+4+2)=41.8kN/m2。

4.2.2 貝雷梁門洞支架檢算

1)底模竹膠板強(qiáng)度檢算。

底模采用1.5cm厚高強(qiáng)竹膠板，力學(xué)參數(shù)Wx=bh2/6=90×1.52/6=33.8cm3，[σ]w〗=145 kg/cm2，[τ]〗=15kg/cm2，方木按最大布設(shè)間距30cm考慮，分配梁間距為90cm，所以板寬按90cm，按三跨連續(xù)梁每跨長(zhǎng)度0.3m計(jì)算。

線形荷載為：q竹膠板=41.8×(0.3×0.9)/0.3=37.6kN/m。

計(jì)算得：

Mmax=0.1×q竹膠板l2=0.1×37.6×0.32=0.338kN·m=3 380kg。

Qmax=0.6×q竹膠板l=0.6×37.6×0.3=6.77kN=677kg。

σ=Mmax/Wx=3 380/33.8=100kg/cm2<145kg/cm2(滿足要求)。

τ=Qmax/A=677/(90×1.5)=5kg/cm2<15kg/cm2(滿足要求)。

2)底模方木強(qiáng)度檢算。

方木采用杉木，長(zhǎng)度不小于3m，規(guī)格為10cm×10cm，縱向跨度0.9m，橫向間距為30cm，按三跨連續(xù)梁計(jì)算，方木力學(xué)參數(shù)：Wx=bh2/6=10×102/6=167cm3，[σ]w〗=110 kg/cm2，[τ]〗=12kg/cm2。

每根方木線形荷載為：q方木=41.8×(3×1)÷1÷0.3÷3=12.7kN/m。

計(jì)算得：Mmax=0.1×q方木l2=0.1×12.7×0.92=1.03kN·m=10 300kg·cm。

Qmax=0.6×q方木l=0.6×12.7×0.9=6.8kN=680kg。

σ=Mmax/Wx=10 300/167=61kg/cm2<110kg/cm2(滿足要求)。

τ=Qmax/A=680/(10×10)=6.8kg/cm2<12kg/cm2(滿足要求)。

3)20b工字鋼分配梁強(qiáng)度、剛度檢算。

a.強(qiáng)度檢算。整個(gè)門洞鋪設(shè)貝雷梁長(zhǎng)度11m，分配梁工字鋼按間距90cm布置，共鋪設(shè)13根，分配梁和貝雷梁采用U形卡連接，所以計(jì)算時(shí)選取跨度為2.25m，按兩端固定簡(jiǎn)支梁模型進(jìn)行計(jì)算，20b熱軋普通工字鋼力學(xué)參數(shù)Wx=250cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=2 500 cm4，單位重量31.1 kg/m。

荷載計(jì)算：

每根分配梁受力：F=41.8×11×12.15÷13=429.7 kN。

線形荷載：q分配梁=F/L=429.7÷12.15=35.4 kN/m。

Mmax=q分配梁l2/8=22.4 kN·m。

σ=Mmax/Wx=22 400/250=89.6 MPa<210 MPa(強(qiáng)度滿足要求)。

b.剛度檢算。荷載組合：1.2(q混凝土+q模板)=1.2×(23+2.5)=30.6 kN/m2。

每根分配梁受力：30.6×11×12.15÷13=314.6 kN。

線形荷載：q=314.6÷12.15=25.9 kN/m。

Fmax=ql4/(384EI)=0.003 4 m<[F]〗=2 250/400=5.6mm(剛度滿足要求)。

4)貝雷梁強(qiáng)度、剛度檢算。

按全部荷載由梁底12片貝雷梁承擔(dān)計(jì)算,貝雷梁跨度為9.5m。貝雷梁力學(xué)參數(shù)：

E=2×105MPa，W=3 578.5cm3，[M]〗=788.2 kN·m，

I=2 050 500×108m4，[Q]〗=245.2kN。

a.強(qiáng)度檢算。

分配梁荷載為：31.1×12.15×13×10÷1 000=49.1kN。

貝雷梁上全部荷載為：41.8×12.15×9.5+49.1=4 873.9kN。

每片貝雷梁線形荷載：q=4 873.9/(12×9.5)=42.8kN/m。

最大彎矩Mmax=ql2/8=42.8×9.52/8=483kN·m；最大剪力Q=42.8×9.5/2=203.3kN；考慮貝雷梁不均勻系數(shù)取0.9，則Mmax=483kN·m<788.2×0.9=709.38kN·m，則Q=203.3kN<245.2×0.9=220.7kN(滿足要求)。

b.剛度檢算。

荷載組合：1.2(q混凝土+q模板)=1.2×(23+2.5)=30.6kN/m2。

貝雷梁上全部荷載為：30.6×12.15×9.5+49.1=3 581kN。

每片貝雷梁線形荷載：q=3 581/(12×9.5)=31.4kN/m。

Fmax=5ql4/(384EI)=8mm<9 500/400=24mm，剛度滿足要求。

5)工字鋼橫梁檢算。

橫梁采用雙榀40b熱軋普通工字鋼，分4跨，每跨4.5m。力學(xué)參數(shù)Wx=1 140cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=22 780 cm4，單位重量73.8 kg/m。

梁底布置4組12片貝雷梁，按最不利情況考慮，兩片貝雷梁集中荷載作用于橫梁跨中。

集中荷載：P=4 837.9/(12×2)×2=403 kN。

橫梁最大彎矩Mmax=PL/4=453 kN·m，σ=Mmax/Wx=199 MPa<210 MPa(強(qiáng)度滿足要求)。

6)鋼管支墩檢算。

采用φ430螺旋鋼管，壁厚8 mm，前后兩排共10根，因有兩根為左右幅共用，計(jì)算時(shí)按9根考慮，每根長(zhǎng)度為5.3 m。力學(xué)參數(shù)：ix=14.922 cm，A=106.06 cm2。荷載計(jì)算結(jié)果如下：

全部組合荷載F1=48.1×11×12.15=6 428.6 kN；分配梁荷載F2=49.1 kN；貝雷梁荷載：總重量F3=300 kg/片×60片×10/1 000=180 kN；工字鋼橫梁總重量F4=4根×20 m/根×73.8 kg/m×10/1 000=59 kN；每根鋼管支墩受力為F=(F1+F2+F3+F4)/9=746.3 kN；i=14.922 cm，按兩端鉸接取μ=1，λ=μl/i=36，λ<λ2=61，所以桿件按短粗桿計(jì)算：

σmax=F/A=746.3×103/(106.06×10-4)=70.4×106Pa=70.4 MPa<[σ ]=210MPa(滿足要求)。

4.2.3 工字鋼門洞支架檢算

1)底模檢算。

底模檢算同貝雷梁門洞支架，這里不再重復(fù)檢算。

2)工字鋼縱梁剛度、強(qiáng)度檢算。

縱梁采用45b熱軋普通工字鋼，間距60cm，4道腹板下各加強(qiáng)一根，底板下共鋪設(shè)25根工字鋼，按簡(jiǎn)支梁檢算，跨徑9.5m。力學(xué)參數(shù)Wx=1 500cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=33 760 cm4，單位重量87.4 kg/m。

a.強(qiáng)度檢算。

荷載計(jì)算：

全部組合荷載F=41.8×9.5×12.15=4 824.7 kN；工字鋼自重ql=0.874 kN/m。

縱梁均布荷載：q縱梁=4 824.7/(25×9.5)+0.875=21.2 kN/m。

最大彎矩Mmax=q縱梁l2/8=21.2×9.52/8=239 kN·m。

強(qiáng)度檢算：σ=Mmax/Wx=239 000/(1 500×10-6)=159 MPa<210 MPa(滿足要求)。

b.剛度檢算。

荷載組合F=1.2(q混凝土+q模板)×12.15×9.5=3 532 kN。

q縱梁=3 532/(25×9.5)+0.874=15.7 kN/m。

Fmax=5q縱梁l4/(384EI)=23.8 mm<9 500/400=24 mm(滿足要求)。

3)工字鋼橫梁強(qiáng)度檢算。

橫梁為雙榀40b熱軋普通工字鋼，一個(gè)門洞共2道橫梁，每道橫梁由4個(gè)鋼管支墩支撐，支墩間距為5 m，按3跨連續(xù)梁檢算橫梁。力學(xué)參數(shù)Wx=1 140 cm3，[σ]w〗=210MPa，Ix=22 780cm4，單位重量73.8kg/m。

荷載計(jì)算結(jié)果如下：

全部組合荷載：F1=41.8×9.5×12.15=4 824.7kN。

工字鋼縱梁荷載：F2=34×12×73.8×10/1 000=301kN。

橫梁均布荷載：q橫梁=(F1+F2)/(2×18)=(4 824.7+301)/(2×18)=142kN/m。

最大彎矩：Mmax=0.1×ql2=0.1×142×52=355kN·m。

強(qiáng)度檢算：σmax=Mmax/Wx=355×103/(1 140×2)=156MPa<[σ ]=210 MPa(滿足要求)。

4)鋼管立柱穩(wěn)定性檢算。

采用φ430螺旋鋼管，厚8 mm，前后兩排共8根，長(zhǎng)為6.3 m。力學(xué)參數(shù)：ix=14.922 cm，A=106.06 cm2。

荷載計(jì)算：

全部荷載組合：F1=41.8×12×12.15=6 094.4 kN；縱梁荷載：F2=34×12×73.8×10/1 000=301 kN；橫梁荷載：F3=18×73.8×2×10/1 000=26.6 kN；每根鋼管支墩受力：F=(F1/2+F2/2+F3)/4=806 kN；鋼管支墩穩(wěn)定性檢算i=14.922 cm，按兩端鉸接取μ=1。

λ=μl/i=630/14.922=42，λ<λ2=61，所以桿件為短粗桿，按下式進(jìn)行計(jì)算：

σmax=F/A=806×103/(106.06×10-4)=76×106Pa=76MPa<[σ ]=210 MPa(滿足要求)。

5 結(jié)語(yǔ)

在公路施工當(dāng)中常遇到跨越既有公路現(xiàn)澆梁施工，需搭設(shè)門洞支架以保證既有公路的通行。本項(xiàng)目跨公路現(xiàn)澆梁共八座，需搭設(shè)門洞16個(gè)，工期緊張，材料用量大，周轉(zhuǎn)次數(shù)少。本方案從現(xiàn)場(chǎng)條件、經(jīng)濟(jì)方面考慮采用兩種門洞搭設(shè)方案，通過(guò)結(jié)構(gòu)檢算，方案滿足安全通行的條件并節(jié)約了成本，可對(duì)類似的施工項(xiàng)目起到借鑒作用。

Ondooropeningdesignofcast-in-placecontinuousboxgirderoverpassingexpresswaysandcalculation

GuoChenggang

(No.2 Engineering Co., Ltd, China Railway 17th Bureau Group, Xi’an 710043, China)

Thepaperresearchesthecast-in-placeconstructionofeightprestressedconcretecontinuousboxgirderoverpassingroads,pointsouttwodesignschemesofthedooropeningsupport,includingsteeltubebuttress+baileytrussgirderandsteeltube+I-shapedgirder,undertakesthestructuralcalculationfromthesafetyandmoney-savingaccordingtothesitefact,andachievestheoptimalconstructioneffectinthefactualconstruction.

crossingexpressway,buttresscast-in-placeconstruction,dooropenbuttress,structuraldesign,calculation

1009-6825(2015)01-0179-04

2014-11-25

郭成剛(1982- )，男，工程師

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