316國(guó)道石潭溪大橋橋墩施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

賈彥兵

摘? ?要：316國(guó)道石潭溪的大橋1#墩施工平臺(tái)采用鋼管樁、工字鋼分配梁，龍門(mén)吊為貝雷梁。施工平臺(tái)搭設(shè)前采用midas有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算，龍門(mén)吊貝雷梁強(qiáng)度符合要求，一階屈曲模態(tài)為安全性滿(mǎn)足要求;施工平臺(tái)的一階屈曲模態(tài)安全性滿(mǎn)足要求。大橋順利建成通車(chē)，使用情況良好。大橋的建成通車(chē)恢復(fù)了國(guó)道316線在該路段的暢通，交通狀況得到較大的改善。

關(guān)鍵詞：施工平臺(tái)? 貝雷梁? 鋼管樁? 強(qiáng)度? 穩(wěn)定性

1? 工程概況

跨越水口大壩庫(kù)區(qū)內(nèi)閩江支流316國(guó)道石潭溪的大橋被鑒定為危橋，來(lái)往車(chē)輛需要通過(guò)便道繞行。新建石潭溪大橋建于原石潭溪大橋的下游，采用預(yù)應(yīng)力單箱單室箱梁連續(xù)剛構(gòu)體系，橋跨布置為72+130+72=274m，主墩采用墩梁固結(jié)形式，共12根（直徑1.8m）灌注樁基礎(chǔ)，全部為水中樁。橋臺(tái)采用擋墻式橋臺(tái)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。1#墩直徑1.8m樁基6根，共長(zhǎng)222m;2#墩直徑1.8m樁基6根，共長(zhǎng)336m。鉆孔灌注樁，按端承樁設(shè)計(jì)。該樁基地質(zhì)為原316國(guó)道及水口水電廠修路時(shí)山體開(kāi)挖回填而成，其中1#墩拋石層厚度在8～15m之間，2#墩拋石層厚度在17.4～20.2m之間。1#墩施工平臺(tái)至河床面深度為20m，2#墩施工平臺(tái)至河床面深度為30m。

如圖1所示，1#墩施工平臺(tái)與水中棧橋相連，平臺(tái)尺寸為12m×18m，棧橋長(zhǎng)度39m。模型中支腿鋼管為φ529×8mm，吊貝雷梁龍門(mén)吊支承鋼管樁φ630×8mm，管樁連接系采用φ273×6mm，分配梁F4采用2I36，分配梁F5采用I50工字鋼，防滑鋼板厚度10mm，采用密肋工字鋼梁支承。平臺(tái)鋼管樁的長(zhǎng)度為36m，入土深度為7m。

2? 計(jì)算模型及計(jì)算

2.1 計(jì)算模型

施工平臺(tái)中管樁、分配梁和連接系等構(gòu)件采用空間兩單元建模，平臺(tái)表面的防滑鋼板采用4節(jié)點(diǎn)薄板單元模擬，midas有限元模型如圖2所示。

2.2 計(jì)算參數(shù)

Q235鋼材的容許應(yīng)力如下。

軸向應(yīng)力：=140MPa，容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3，=140×1.3=182MPa;

彎曲應(yīng)力：=145MPa，容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3，=145×1.3=188.5MPa;

剪應(yīng)力：=85MPa，容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3，=85×1.3=110.5MPa;

單片單層普通型：容許彎矩975kN.m，容許剪力245kN。

2.3 計(jì)算荷載

施工平臺(tái)的荷載根據(jù)橋梁總體施工方案確定。針對(duì)本橋，施工平臺(tái)的荷載包括樁基鉆孔設(shè)備及配套設(shè)備、起吊設(shè)備和施工人員及臨時(shí)堆放的材料等荷載。采用跨徑12.8m的龍門(mén)吊進(jìn)行鋼筋籠的起吊作業(yè)，最大起吊重量360kN，平臺(tái)上3臺(tái)樁基設(shè)備同時(shí)作業(yè)，每臺(tái)樁基設(shè)備的荷載為220kN，流水作用力按最大水流速度為1.5m/s考慮，對(duì)平臺(tái)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)管樁的橫向作用。

施工平臺(tái)上的荷載包括防滑鋼板、型鋼分配梁和貝雷桁架3個(gè)部分。貝雷梁的主要技術(shù)參數(shù)如下。

單片單層普通型：抗彎慣性矩250497.2cm4，自重2.9kN/m。

施工機(jī)具及人群荷載：3kN/m2。

3? 計(jì)算結(jié)果

3.1 龍門(mén)吊貝雷梁計(jì)算

龍門(mén)吊貝雷梁按偏于安全考慮，取中間兩個(gè)支點(diǎn)之間的部分作為簡(jiǎn)支梁體系驗(yàn)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。

龍門(mén)吊上桁架由6片貝雷梁組成，圖中集中荷載P的大小按龍門(mén)吊的最大起吊重量，并考慮1.2的吊裝動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，P=360×1.2/2=216kN，貝雷梁的自重q=2.9×6=17.4kN/m，計(jì)算貝雷梁的最大彎矩為：

3.2 施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定驗(yàn)算

平臺(tái)鋼管樁由于入土深度較大，有限元分析時(shí)按照樁底固結(jié)的方式考慮。進(jìn)行總體穩(wěn)定分析時(shí)，由于龍門(mén)吊和水上施工平臺(tái)是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的體系，其總體穩(wěn)定分析采用兩個(gè)子結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行計(jì)算，平臺(tái)的總體穩(wěn)定計(jì)算考慮龍門(mén)吊傳遞的最不利荷載工況進(jìn)行分析。

鋼筋籠吊裝過(guò)程中，當(dāng)龍門(mén)吊的天車(chē)偏于一側(cè)作用時(shí)，對(duì)整體的穩(wěn)定影響更為不利，對(duì)其下的鋼管樁平臺(tái)的影響也更為不利。對(duì)平臺(tái)上可能同時(shí)作用的3臺(tái)樁基設(shè)備，其最不利狀態(tài)為3臺(tái)樁基設(shè)備同側(cè)布置的工況，故進(jìn)行管樁施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，樁基設(shè)備采用同側(cè)布置。

龍門(mén)吊的屈曲分析考慮的荷載包括：結(jié)構(gòu)的自重+吊裝鋼筋籠重量（考慮1.2的動(dòng)力系數(shù)），通過(guò)對(duì)龍門(mén)吊的屈曲分析發(fā)現(xiàn)，龍門(mén)吊的一階屈曲模態(tài)為側(cè)向失穩(wěn)，屈曲荷載系數(shù)為（該系數(shù)為可變荷載系數(shù)），結(jié)構(gòu)的安全性滿(mǎn)足要求。龍門(mén)吊的一階失穩(wěn)模態(tài)見(jiàn)圖4所示。

施工平臺(tái)的屈曲分析考慮的荷載如下：

（1）結(jié)構(gòu)自重。

（2）龍門(mén)吊傳遞的支點(diǎn)集中荷載（可變），其不利情況為龍門(mén)吊滑行至平臺(tái)中心處。

（3）施工機(jī)具及人群荷載（可變）。

根據(jù)有關(guān)規(guī)范中的條文規(guī)定，流水壓力合力的作用點(diǎn)，假定在設(shè)計(jì)水位線以下0.3倍的水深處，下連接系以下7.6m位置處。

通過(guò)對(duì)水上施工平臺(tái)的屈曲分析發(fā)現(xiàn)，施工平臺(tái)的一階屈曲模態(tài)為側(cè)向彎扭失穩(wěn)，屈曲荷載系數(shù)為（該系數(shù)為可變荷載系數(shù)），結(jié)構(gòu)的安全性滿(mǎn)足要求，施工平臺(tái)的一階失穩(wěn)模態(tài)見(jiàn)圖5所示。

由以上屈曲分析結(jié)果可知，龍門(mén)吊和施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，安全性可以滿(mǎn)足要求，且有較大的安全余度。

4? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以得出以下結(jié)論：

（1）龍門(mén)吊的貝雷桁架的抗彎和抗剪強(qiáng)度均能滿(mǎn)足要求，安全余度較大。

（2）龍門(mén)吊和施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)安全性可以滿(mǎn)足施工要求，且有較大的安全余度。

2016年8月建成通車(chē)，目前使用情況良好。大橋的建成通車(chē)不僅恢復(fù)了國(guó)道316線在該路段的暢通，也提升了線路安全標(biāo)準(zhǔn)，改善了行車(chē)舒適性（見(jiàn)圖6）。

參考文獻(xiàn)

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