（70+125+70）m連續(xù)梁0#塊臨時支架受力分析

□ 劉福才

1??引言

連續(xù)梁橋具有結(jié)構(gòu)簡單、施工簡易等優(yōu)點(diǎn)。因此，在我國高鐵建設(shè)中，對于跨路、跨河工程，連續(xù)梁橋是首要選擇。在連續(xù)梁橋施工過程中，0#塊施工是重要的環(huán)節(jié)之一。施工前對于0#塊整體支架體系的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算是安全施工的前提，大多施工單位常因技術(shù)人員配備不全面，或缺乏類似施工經(jīng)驗(yàn)，在對連續(xù)梁0#塊設(shè)計(jì)及驗(yàn)算時，因考慮不周全，導(dǎo)致施工荷載施加錯誤，影響現(xiàn)場施工安全[1]。本文通過某跨越204國道的（70+125+70）m連續(xù)梁工程，利用Midas Civil有限元軟件建立0#塊整體支架模型進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)算，以期為類似工程提供檢算參考。

2??概述

橋梁是一種連接四通八達(dá)的現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡(luò)的功能性關(guān)鍵結(jié)構(gòu)物，高質(zhì)量的橋梁工程不僅可以推動我國交通運(yùn)輸事業(yè)實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)健快速的發(fā)展，而且對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、團(tuán)結(jié)全國各族人民、加強(qiáng)國防及文化交流等方面的發(fā)展有著積極的推動作用?，F(xiàn)代橋梁工程根據(jù)其主梁靜力體系可分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋三種形式，且均廣泛應(yīng)用于實(shí)際。其中，因?yàn)檫B續(xù)梁橋具有更強(qiáng)的跨越能力且結(jié)構(gòu)形式合理，隨著建橋技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的不斷發(fā)展及更新，一座座連續(xù)梁橋被應(yīng)用于需跨越山川、河流等較大障礙物的交通工程中[2-3]。

對于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋而言，其建設(shè)施工時常常會采用對稱懸臂施工工藝進(jìn)行施工，為了給懸臂施工掛籃安裝提供足夠的空間，就需往橋墩頂部現(xiàn)澆0#塊混凝土，因此，0#塊混凝土施工的質(zhì)量直接影響著連續(xù)梁橋的質(zhì)量[4]。在0#塊施工時通常會應(yīng)用滿堂支架、鋼管支架或三角托架等工藝。其中鋼管支架因?yàn)槠涫┕ぜ夹g(shù)比較成熟、結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件周轉(zhuǎn)使用率高等特點(diǎn)，在連續(xù)梁橋0#塊施工中應(yīng)用非常普遍。

3??工程概況

（70+125+70）m連續(xù)梁為單箱單室、變截面、變高度箱梁，全長265m，上部結(jié)構(gòu)梁高及底板厚度均采用拋物線變化，腹板及底板均采用折線變化。0#塊長度為15m，中支點(diǎn)根部梁高9.40m，邊支點(diǎn)梁高8.65m，橋面寬12.60m，底板寬6.70m，腹板厚100cm～130cm，底板厚98.40cm～123.80cm，頂板厚50cm～115cm。下部橋墩T型梁主墩采用實(shí)體墩，基礎(chǔ)均為實(shí)體承臺接群樁基礎(chǔ)。臨時固結(jié)采用鋼管混凝土立柱結(jié)構(gòu)，操作簡單，安全可靠。

4??結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 總體思路

該橋?yàn)槿€控制工程，臨近國道，工期緊，安全度要求高，因此必須保證支架安全穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、方便施工[5]。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對施工方案做了對比及優(yōu)選，最終確定0#塊施工選擇工字鋼支架平臺進(jìn)行施工，結(jié)構(gòu)形式為鋼管柱式結(jié)構(gòu)。

4.2 支架設(shè)計(jì)

0#塊支架布置自上而下為：底?！?0cm×10cm橫向方木→I36a工字鋼縱向分配梁→三拼I50a工字鋼橫梁→Φ630×12mm鋼管。腹板和底板下10cm×10cm橫向方木間距20cm，翼緣板下10cm×10cm縱向方木間距30cm。I36a工字鋼縱梁在腹板下間距為30cm，底板下間距為60cm，翼緣板下間距為90cm。部分I36a工字鋼與臨時固結(jié)鋼管焊接，焊縫高度應(yīng)不小于8mm。鋼管立柱上放置三拼I50a工字鋼橫擔(dān)，橫擔(dān)下放置Φ630×12mm鋼管立柱以達(dá)到支撐的目的，設(shè)計(jì)鋼管立柱間距的橫向?yàn)?.10m、縱向?yàn)?m，并增設(shè)16#槽鋼來對各鋼管立柱進(jìn)行水平連接，有效增強(qiáng)了穩(wěn)定性。

支架的立面、斷面和平面示意圖如圖1—圖3所示。

5??支架檢算

5.1 模型

使用Midas Civil構(gòu)建出現(xiàn)澆梁體支架的有限元模型，以此來分析支架結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況。支架有限元模型選用的是梁單元，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)情況，將支架模型細(xì)分成了1358個節(jié)點(diǎn)及1323個單元。具體有限元模型如圖4所示。

5.2 材料參數(shù)

工字鋼及鋼管均采用Q235鋼材，抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]=215N/mm2，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]=125N/mm2。

5.3 荷載取值

（1）混凝土容重取值是26.5kN/m3；

（2）模板和支架荷載取值是1kN/m2；

（3）施工人員、堆放荷載取值是1kN/m2；

（4）傾倒混凝土沖擊荷載取值是2kN/m2；

（5）振搗混凝土產(chǎn)生荷載取值是2kN/m2。

強(qiáng)度驗(yàn)算荷載組合[6]：

1.2×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.4×（施工人員、材料及施工機(jī)具荷載+傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載）（kPa）

剛度驗(yàn)算荷載組合：

1.0×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.0×（施工人員、材料及施工機(jī)具荷載+傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載）（kPa）

圖1 支架立面圖

圖2 支架斷面圖

圖3 支架平面圖

圖4 有限元模型圖

表1 支架最大應(yīng)力表

5.4 計(jì)算結(jié)果

5.4.1 強(qiáng)度檢算

經(jīng)計(jì)算分析，最終強(qiáng)度結(jié)果見表1，支架主體的實(shí)際受力情況如圖5—圖8所示。

5.4.2 剛度檢算

支架整體位移如圖9所示，最大位移發(fā)生在I36a工字鋼縱梁處。

0#塊臨時支架最大位移為Smax=4.22mm＜10.25mm滿足要求。

5.4.3 焊縫驗(yàn)算

I36a工字鋼在臨時固結(jié)鋼管處斷開，采用焊接的方式使支架穩(wěn)固。建立模型計(jì)算時，該處施加一般約束，產(chǎn)生的反力和彎矩由焊縫承擔(dān)。反力如圖10所示，彎矩如圖11所示。

I36a工字鋼在臨時固結(jié)鋼管處斷開，支點(diǎn)最大剪力為35.7kN，最大彎矩為44.1kN·m。

彎矩作用下的應(yīng)力為：

圖5 I36a工字鋼縱梁組合應(yīng)力圖（MPa）

圖6 I36a工字鋼縱梁剪切應(yīng)力圖（MPa）

圖7 三拼I50a工字鋼橫梁組合應(yīng)力圖（MPa）

圖8 三拼I50a工字鋼橫梁剪切應(yīng)力圖（MPa）

圖9 支架整體位移圖（mm）

圖10 I36a工字鋼反力圖（kN）

圖11 I36a工字鋼彎矩圖（kN·m）

βf—正面角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)：對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，βf=1.22；

則計(jì)算結(jié)果：

剪力作用下的應(yīng)力為：

式中：τf—焊縫有效截面計(jì)算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力；

lw—角焊縫的計(jì)算長度，取680mm；

he—角焊縫的計(jì)算厚度8×0.7=5.6mm；

則計(jì)算結(jié)果為：

在各種力作用下，在σM和τf共同作用處：

綜上所述，焊縫驗(yàn)算滿足要求。

5.4.4 鋼管強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼管立柱上放置三拼I50a工字鋼橫擔(dān)，橫擔(dān)的支反力即為鋼管立柱的受力，反力如圖12所示。鋼管所承受的最大荷載為1366.5kN，取最不利荷載對鋼管的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

圖12 支架反力圖（kN）

鋼管長度：L=11.90m；

鋼管凈截面積：A=232.98cm2；

最小回轉(zhuǎn)半徑：ix=21.85；

鋼管的計(jì)算長度系數(shù)取為μ=2，則鋼管立柱的長細(xì)比：

鋼管材料選用Q235鋼，fy=235MPa，所以

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2017）附錄表D.0.2，得到穩(wěn)定系數(shù)：φ=0.498[7]，計(jì)算結(jié)果：

綜上所述，鋼管立柱強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

6??結(jié)論

通過對該橋梁0#塊支架的設(shè)計(jì)及分析，有效解決了0#塊現(xiàn)場施工的難題，為采用鋼管混凝土立柱結(jié)構(gòu)作為臨時固結(jié)的連續(xù)梁0#塊支架設(shè)計(jì)及施工奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)及社會效益。該支架結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全可靠，大大縮減了施工工期。