公路工程懸臂現(xiàn)澆梁0#、1#塊托架設(shè)計(jì)研究

張新波

（山東高速交通建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，山東濟(jì)南 250000）

1 工程概況

該橋梁全長(zhǎng)882.04m，其中主橋（50+85+50）185m，引橋697.04m。主橋上部結(jié)構(gòu)采用三跨（50m+85m+50m）變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁為單箱單室斷面，頂面寬13.25m，箱底寬7.25m，跨中梁高2m，根部梁高5m，箱梁底板水平，頂板橫坡與橋面橫坡一致，設(shè)2%全超高。

2 懸臂現(xiàn)澆0#塊、1#塊和托架結(jié)構(gòu)基本情況

0塊及1塊箱梁采用鋼管支架施工。箱梁墩頂現(xiàn)澆塊（即0及1塊）長(zhǎng)度14.0m，0及1塊總體積為268.1m，重量為697.1t。

懸臂現(xiàn)澆梁0塊、1塊支架自下而上由鋼管（直徑525mm，壁厚10mm）、分配橫梁（I40a 雙拼工字鋼）、縱梁（I20a 工字鋼）、橫方木及底模（1.5cm 竹膠板）、側(cè)模（6mm 鋼模板）及支撐等組成。

3 荷載和主要構(gòu)件力學(xué)分析

3.1 荷載計(jì)算

混凝土容重取26kN/m

3.1.1 鋼筋混凝土自重q

根據(jù)主橋分節(jié)段施工，第一排和第二排鋼管取1-1 截面（見圖1）為計(jì)算斷面（其中第一排腹板為85cm，第二排腹板為60cm），第三排鋼管取1-2（見圖2）截面為計(jì)算斷面。

圖1 1-1 截面橫斷面圖（單位：cm）

圖2 1-2 截面橫斷面圖（單位：cm）

（1）第一排鋼管

腹板處：q=26×5=130kN/m

箱室斷面處：q=26×（0.74+0.75）=38.7kN/m

（2）第二排鋼管

腹板處：q=26×5=130kN/m

箱室斷面處：q=26×（0.74+0.75）=38.7kN/m

（3）第三排鋼管

腹板處：q=26×4.71=122.5kN/m

箱室斷面處：q=26×（0.28+0.71）=25.7kN/m

3.1.2 模板自重

q=3.5kN/m

內(nèi)模（包括支撐架）取1.5kN/m

外模（包括側(cè)模支撐架）取1.5kN/m

底模取0.5kN/m

3.1.3 施工人員、施工材料和施工機(jī)具荷載

q=2.5kN/m

3.1.4 傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載

q=2kN/m

3.1.5 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載

q=2kN/m

3.1.6 混凝土對(duì)側(cè)模產(chǎn)生的壓力

q=0.22γt0k1k2v1/2=34.588kN/m

3.1.7 支架、配件自重q

q=6.1kN/m

3.1.8 荷載組合

計(jì)算模板及支架系統(tǒng)單位面積荷載

腹板處：q=q+q+q+q+q=140kN/m

箱室斷面處：q=q+ q+ q+ q+ q=48.7kN/m

計(jì)算剛度用單位面積荷載

腹板處：q=q+q=133.5kN/m

箱室斷面處：q=q+q=42.2kN/m

3.2 地基承載力計(jì)算

因第一排和第二排鋼管位于承臺(tái)上面，可不進(jìn)行地基承載力計(jì)算，只對(duì)第三排鋼管進(jìn)行地基承載力計(jì)算即可。

第三排由上述知腹板處鋼管承載力最大為409kN

σ=409/1.82=225kPa＜[δ]=260kPa，滿足要求。

傳遞到素土的面積即為：（0.65+0.55×2）×（0.65+0.55×2）=3.06m，素土處理時(shí)其承載力[δ]按150kPa 來(lái)控制。

σ=409/3.06=134kPa＜[δ]=150kPa，滿足要求。

3.3 鋼管力學(xué)分析

3.3.1 第一排鋼管力學(xué)分析

腹板處線荷載：（q+q+q+q+q+q）×1.23=180kN/m

箱室斷面處線荷載:（q+q+q+q+q+q）×1.23=67.4kN/m

翼板處集中荷載：F=（q+q+q+q+q+q）×（1.23×2+2.5×2/2）=102kN

F=（q+q+q+q+q+q）×（1.23×1+2.5×1/2）=66kN

如圖3 所示。

圖3 第一排鋼管荷載分布圖

3.3.2 第二排鋼管力學(xué)分析

腹板處線荷載：（q+q+q+q+q+q）×2.6=380kN/m

箱室斷面處線荷載:（q+q+q+q+q+q）×2.6=142.54kN/m

翼板處集中荷載：F=（+q+q+q+q+q）×2.6×2=107kN

F=（q+q+q+q+q+q）×2.6×1=69kN

如圖4 所示。

圖4 第二排鋼管荷載分布圖

3.3.3 第三排鋼管力學(xué)分析

腹板處線荷載：（q+q+q+q+q+q）×2.43=337kN/m

箱室斷面處線荷載:（q+q+q+q+q+q）×2.43=102kN/m

翼板處集中荷載：F=（q+q+q+q+q+q）×2.43×2=100kN

F=（q+q+q+q+q+q）×2.43×1=65kN

如圖5 所示。

圖5 第三排鋼管荷載分布圖

第二排腹板處鋼管計(jì)算最大承載力為510.7kN≤1619kN，滿足要求。

穩(wěn)定性驗(yàn)算：δ=N/A＜[σ]

δ=36.7MPa＜[σ]=140MPa，滿足要求。

3.4 模板計(jì)算

3.4.1 底模受力計(jì)算

如圖6 所示。

圖6 底模荷載分布圖

（1）模板力學(xué)性能

竹膠板規(guī)格為122cm×244cm×1.5cm

彈性模量E=6.5×10MPa

允許應(yīng)力：[σ]=80MPa

截面慣性矩：I=bh/12=28.125cm

截面抵抗矩：W=bh/6=37.5cm

截面積：A=bh=150cm

（2）跨中最大彎矩

M=1×q/L/10=0.56kN·m

（3）彎拉應(yīng)力

σ=M/W=14.9MPa＜[σ]=80MPa

結(jié)論：竹膠板彎拉應(yīng)力滿足要求。

（4）撓度

按三等跨均布荷載作用連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算：

腹板處f=qL/128EI=1.0×q//L/128EI=0.13mm＜L/400=130/400=0.325mm

竹膠板剛度滿足要求。

3.4.2 側(cè)模受力計(jì)算

（1）荷載計(jì)算

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：4.0kN/m

混凝土對(duì)側(cè)模產(chǎn)生的壓力：

q=0.22γkkv/2

q=0.22γkkv/2=34.588kN/m

q=34.588+4=38.588kN/m

（2）跨中最大彎矩

M=1.0qL/8=0.772kN·m

（3）彎拉應(yīng)力

σ=M/W=128.7MPa＜[σ]=145MPa

（4）撓度

按三等跨均布荷載作用連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，間距0.4m：

f=1×qL/128EI=0.04mm＜L/400=400/400=1mm

結(jié)論：鋼模板剛度滿足要求。

3.5 縱向槽鋼計(jì)算

3.5.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

M=q×L/8=1.09kN·m

σ=M/W=27.34MPa＜[σ]=145MPa

結(jié)論：強(qiáng)度滿足要求。

3.5.2 剛度驗(yàn)算

組合最大荷載為34.588kN/m

f=5×q/384EI=0.14mm

f=0.14mm＜1/400=750/400=1.875mm

結(jié)論：剛度滿足要求。

3.6 底模橫方木受力分析

3.6.1 小方木力學(xué)性能

松木容許抗彎應(yīng)力[σ]=12MPa，彈性模量E=9×10MPa

橫方木10cm×10cm 小方木力學(xué)性能：

截面慣性矩：I=bh/12=833.3cm

截面抵抗矩：W=bh/6=166.7cm

截面積：A=bh=100cm

3.6.2 抗彎強(qiáng)度計(jì)算

腹板處

M=0.2q/l2/8=0.14kN·m

σ=M/W=0.8MPa＜[σ]=12MPa

箱室斷面處

M=0.2q/l2/8=0.19kN·m

σ=M/W=1.2MPa＜[σ]=12MPa

小方木抗彎強(qiáng)度滿足要求。

3.6.3 撓度計(jì)算

腹板處：f=5q//l4/384EI=0.01mm＜[f]=200/400=0.5mm

箱室斷面處：f=5q//l4/384EI=0.04mm＜[f]=400/400=1mm

結(jié)論：小方木剛度符合要求。

3.7 I20a 工字鋼縱梁驗(yàn)算

3.7.1 腹板處強(qiáng)度和剛度力學(xué)分析

強(qiáng)度驗(yàn)算：

M=q×l2/8=29.5kN·m

σ=M/W=62MPa＜[σ]=145MPa

Q=q×L/2=0.2×140×2.9/2=40.6kN

τ=Q×S÷(I×d)=16.9Pa＜[

τ

]=85MPa

結(jié)論：強(qiáng)度滿足要求。

剛度驗(yàn)算：組合最大荷載為133.5kN/m

f=5×q/（384EI)=2.4mm

f=2.4mm＜1/400=2900/400=7.25mm

結(jié)論：剛度滿足要求。

3.7.2 箱室斷面處強(qiáng)度和剛度力學(xué)分析

強(qiáng)度驗(yàn)算：

M=q×l2/8=20.5kN·m

σ=M/W=86.5MPa＜[σ]=145MPa

Q=q×L/2=28.2kN

τ=Q×S÷(I×d)=23.4MPa＜[

τ

]=85MPa

結(jié)論：強(qiáng)度滿足要求。

剛度驗(yàn)算：組合最大荷載為42.2kN/m

f=5×q/（384EI)==3.1mm

f=3.1mm＜L/400=2900/400=7.25mm

結(jié)論：剛度滿足要求。

綜上，該支架搭設(shè)方案滿足0#,1#塊施工所承受各種荷載的需要。

3.8 I40a 雙拼工字鋼分配橫梁驗(yàn)算

3.8.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

組合最大荷載為48.7kN/m

M=q×l2/8=194kN·m

σ=M/W=89.5MPa＜[σ]=145MPa

Q=q×L/2=233.7kN

τ=Q×S÷(2×I×d)=32.3MPa＜[

τ

]=85MPa

結(jié)論：強(qiáng)度滿足要求。

3.8.2 剛度驗(yàn)算

組合最大荷載為42.2kN/m

f=5×q/（2×384EI)=2.1mm

f=2.1mm＜1/400=3313/400=8.3mm

結(jié)論：剛度滿足要求。

綜上，該支架搭設(shè)方案滿足0,1塊施工所承受各種荷載的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)懸臂澆筑“0和1”托架的設(shè)計(jì)，滿足了結(jié)構(gòu)受力和剛度要求，確保了施工的安全。在實(shí)施過(guò)程中，本著方案策劃—詳細(xì)檢算—指導(dǎo)實(shí)施—現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)—經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的原則和思路，成功解決了技術(shù)難題。