鴉崗村道門洞支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭志遠(yuǎn)

(廣州公路工程集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州 510075)

現(xiàn)澆箱梁是常見(jiàn)橋梁結(jié)構(gòu)形式，其施工關(guān)鍵控制點(diǎn)是支架搭設(shè)。常用支架有滿堂支架和貝雷支架2種，貝雷支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便，拆卸快速，能克服復(fù)雜地形。該文結(jié)合廣州鴉崗立交簡(jiǎn)易互通的A匝道橋上跨既有高速公路現(xiàn)澆箱梁支架工程，采用MIDAS/Civil建立數(shù)值模型，從工程安全、實(shí)用的角度探討貝雷支架在匝道橋建設(shè)中的安全應(yīng)用。

1 支架體系設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與參數(shù)

試驗(yàn)材料包括Q235B鋼、TB17闊葉材(截面尺寸10 cm×10 cm)、膠合板(厚度15 mm)、梁(16Mn鋼材)，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)材料參數(shù)

1.2 MIDAS/Civil數(shù)值模擬

A匝道第5聯(lián)跨鴉崗村門洞支架采用鋼管加工字鋼形式，采用MIDAS/Civil建模對(duì)各構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行分析(見(jiàn)圖1)。

圖1 支架整體模型

1.2.1 強(qiáng)度計(jì)算分析

1.2.1.140a工字鋼縱梁應(yīng)力分析

對(duì)40a工字鋼縱梁和2×I40a工字鋼墊梁進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)力加載，探究其最大剪應(yīng)力和最大彎曲應(yīng)力，模擬結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 縱梁組合應(yīng)力云圖(單位：MPa)

最大彎曲應(yīng)力為：

最大剪應(yīng)力為：

最大組合應(yīng)力為：

σ=118.5 MPa

應(yīng)力校核：

支架縱梁的強(qiáng)度符合要求。

1.2.1.22×I40a工字鋼墊梁應(yīng)力分析

對(duì)2×I40a工字鋼墊梁進(jìn)行最大彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力校核，模擬結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 墊梁組合應(yīng)力云圖(單位：MPa)

最大彎曲應(yīng)力為：

σ=123 MPa

最大剪切應(yīng)力為：

τ=58.2 MPa

最大組合應(yīng)力為：

σ=124.3 MPa

支架工字鋼墊梁的強(qiáng)度符合要求。

1.2.1.3螺旋鋼管應(yīng)力分析

對(duì)螺旋鋼管進(jìn)行應(yīng)力分析，模擬結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 螺旋鋼管應(yīng)力云圖(單位：MPa)

最大組合應(yīng)力為：

σ=50.8 MPa

支架螺旋鋼管的強(qiáng)度符合要求。

1.2.1.4剪刀撐應(yīng)力分析

剪刀撐采用[14槽鋼。對(duì)剪刀撐進(jìn)行應(yīng)力分析，模擬結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 剪刀撐應(yīng)力云圖(單位：MPa)

最大組合應(yīng)力為：

σ=23 MPa

支架剪刀撐的強(qiáng)度符合要求。

1.2.2 螺旋管穩(wěn)定性計(jì)算

螺旋管的軸力和彎矩模擬結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 螺旋管軸力和彎矩云圖

螺旋管直徑630 mm，壁厚10 mm，截面積為：

19 468 mm2

慣性矩為：

935 680 750 mm4

截面面積為：

8 573 986.54 mm3

回旋半徑為：

長(zhǎng)細(xì)比為：

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，C、B類截面軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φ=0.95，應(yīng)力為：

φ630鋼管柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

1.2.3 變形計(jì)算與基礎(chǔ)計(jì)算

(1) 變形計(jì)算。支架最大豎向位移為16.42 mm<8 200/400=20.5 mm(見(jiàn)圖7)。

圖7 支架豎向位移云圖(單位：mm)

(2) 基礎(chǔ)計(jì)算。兩側(cè)螺旋鋼管下方設(shè)置條形基礎(chǔ)，尺寸為寬1.2 m×高1.2 m。標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，兩側(cè)螺旋鋼管最大單柱反力F=792.9 kN(見(jiàn)圖8)。鋼管通過(guò)底部鋼板(長(zhǎng)80 cm×寬80 cm×厚1.5 cm)傳遞給C20條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬1.2 m、高1.2 m，脆性材料按照45°剛性角傳遞，傳遞到基礎(chǔ)底面尺寸為1.2 m×3.2 m?；灼骄鶓?yīng)力見(jiàn)式(1)。兩側(cè)條形基礎(chǔ)安置在既有車道路面上，路面承載力特征值達(dá)到700 kPa以上，滿足要求。

圖8 螺旋管反力云圖(單位：N)

(1)

2 現(xiàn)澆支架的應(yīng)用

應(yīng)力計(jì)算和穩(wěn)定性校核結(jié)果表明支架性能良好?；谏鲜鰯?shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)行支架搭建運(yùn)用。

現(xiàn)澆箱梁為變寬現(xiàn)澆梁(喇叭形)，為方便支架搭設(shè)、調(diào)整，順橋向布置間距為120 cm/60 cm(中橫梁下60 cm)，橫橋向底箱下方布置間距取120 cm，水平桿步距取150 cm，水平桿頂層步距減少一個(gè)盤扣距離。

采用新型盤扣式支架，豎桿采用φ60×3.2 mm Q345鋼管，橫桿采用φ48×2.5 mm鋼管，豎向斜桿采用φ42×2.75 mm鋼管，剪刀撐采用φ48×2.5 mm鋼管；立桿步距設(shè)為1.5 m(局部加密為1或0.5 m)，中橫梁位置立桿布置為橫、縱橋向1.2 m×0.6 m，其他位置橫、縱橋向1.2 m×1.2 m；順橋向、橫橋向豎向斜桿均滿格布置；水平剪刀撐步距4.0～6.0 m；承重梁采用I12.6工字鋼，橫向布置，間距與順橋向立桿匹配；分配梁采用100 mm×100 mm方木，間距30 cm(空箱部位及翼板部位)或20 cm(腹板及中橫梁部位)；模板采用15 mm厚優(yōu)質(zhì)膠合板。臨邊操作平臺(tái)最外側(cè)立柱高出操作平臺(tái)1.5 m，縱向向水平安裝3 條φ48護(hù)欄鋼管，護(hù)欄上安掛密目防護(hù)網(wǎng)及0.5 m提腳板(見(jiàn)圖9、圖10)。

圖9 支架里面示意圖

圖10 支架橫斷面示意圖

結(jié)果證明，增加鋼管直徑對(duì)提高立桿承載力的效果遠(yuǎn)大于增加鋼管壁厚的效果?？紤]到中國(guó)尚未全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，很多項(xiàng)目還不得不手工操作，采用60 mm直徑的鋼管作為支撐架的立桿比較適宜。Q345B高強(qiáng)度低合金鋼材的應(yīng)用，在有效提高立桿承載力的前提下，可減少架體自重。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)鴉崗村道門洞支架使用MIDAS/Civil建立數(shù)值模型，對(duì)縱梁、墊梁、螺旋鋼管和剪力撐進(jìn)行應(yīng)力強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核，驗(yàn)證支架的安全性和穩(wěn)定性能良好，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求和應(yīng)用要求。