橋梁邊跨現(xiàn)澆段支架優(yōu)化設(shè)計

章 林

(中國中鐵五局集團路橋工程有限公司，廣東廣州 510000)

1 原設(shè)計方案

本支架為某高速公路大橋邊跨現(xiàn)澆段支架，橋跨結(jié)構(gòu)為(52+88+52)m，邊跨現(xiàn)澆段共長7.84m。

原設(shè)計方案支架布置如圖1、圖2所示。支架立柱采用φ630×8mm鋼管，沿縱橋向設(shè)置3排，間距6 000mm，每排設(shè)置3根，間距3 400mm。鋼管之間用[20槽鋼平聯(lián)剪刀撐連接以保證整體穩(wěn)定性。鋼管立柱頂部放置雙拼工45c型鋼與三拼工45c型鋼作為承重梁。承重梁上部沿縱橋向布置工45c型鋼作為縱梁，間距900mm，位于箱梁腹板下的縱梁加密至間距450mm?？v梁上橫向布置和翼板支撐梁和橫梁，均采用工16型鋼，橫梁間距600mm，位于三拼工45c型鋼承重梁上部的橫梁加密至間距300mm；翼板支撐梁僅布置在箱梁兩翼緣板下部，間距900mm。橫梁上布置100mm×100mm方木，間距200mm，底模采用厚15mm竹膠板。

圖1 支架立面布置(單位:mm)

圖2 支架斷面布置(單位：mm)

采用MIDASCIVIL構(gòu)建三維有限元模型，如圖3所示。對整體支架結(jié)構(gòu)進行靜力分析，以及對鋼管立柱和平聯(lián)剪刀撐組合結(jié)構(gòu)進行屈曲分析。

圖3 支架計算模型

經(jīng)計算，雖支架各構(gòu)件強度、剛度、立柱承載力及穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，但部分構(gòu)件富余量較多，如翼緣支撐梁、鋼管立柱及平聯(lián)剪力撐的應(yīng)力和撓度的富余量在均45%以上，鋼管立柱及平聯(lián)剪力撐的承載力和穩(wěn)定性驗算結(jié)果富余量也在50%以上，造成用料浪費，應(yīng)適當減少上述構(gòu)件的用鋼量。而橫梁組合應(yīng)力富余量僅2%，承重梁剪應(yīng)力富余量僅4%，應(yīng)適當增加兩者用鋼量，以保證結(jié)構(gòu)的安全性和支架整體布置的合理性。

2 優(yōu)化方案

通過對原方案計算結(jié)果的合理分析，改用工16型鋼作為橫梁，且位于雙拼和三拼承重梁上部的橫梁均加密至間距300mm，即比原方案多布置了2根橫梁，以增加橫梁和承重梁的富余量；翼板支撐梁改用工10型鋼，鋼管立柱改用φ529×8mm鋼管，鋼管之間改用[10槽鋼平聯(lián)剪刀撐，以減少翼緣支撐梁、鋼管立柱及平聯(lián)剪力撐的富余量，其余構(gòu)件布置同原方案。

圖4～圖11為橫梁、翼板支撐梁、鋼管立柱及平聯(lián)剪刀撐的應(yīng)力及撓度云圖，圖12為鋼管立柱反力，表1為鋼管立柱及平聯(lián)剪刀撐的屈曲分析結(jié)果。

圖4 橫梁組合應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖5 橫梁剪應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖6 橫梁撓度云圖(單位：mm)

圖7 翼板支撐梁組合應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖8 翼板支撐梁剪應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖9 翼板支撐梁撓度云圖(單位：mm)

圖10 鋼管立柱及平聯(lián)組合應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖11 立柱及平聯(lián)剪應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖12 鋼管立柱支反力(單位：kN)

3 2種方案對比分析

將2種方案中支架各構(gòu)件應(yīng)力、撓度及穩(wěn)定性計算結(jié)果進行對比，如表2～表5所示，計算結(jié)果表明優(yōu)化方案各構(gòu)件均滿足規(guī)范要求。

由上述結(jié)果計算各構(gòu)件的應(yīng)力、撓度、鋼管立柱承載力和穩(wěn)定性富余量，如圖13～圖16所示。結(jié)果表明，縱梁、翼板支撐梁、鋼管立柱及平聯(lián)剪刀撐的組合應(yīng)力和面板正應(yīng)力的富余量減小7%～14%，橫梁組合應(yīng)力富余量由2%增加至15%；各構(gòu)件剪應(yīng)力富余量變化較??；各構(gòu)件撓度富余量減小2%～7%，立柱承載力富余量基本無變化；立柱一階模態(tài)富余量由150%減小到40%，達到了預期效果。

表1 屈曲分析

表2 面板計算結(jié)果對比

表3 立柱及平聯(lián)屈曲分析結(jié)果對比

表4 立柱承載力計算結(jié)果對比 單位：kN

注：圖中面板對應(yīng)的值是最大正應(yīng)力富余量。圖13 支架各構(gòu)件最大組合應(yīng)力富余量對比

2種方案鋼材用量對比如表6所示，優(yōu)化方案相較于原方案節(jié)約鋼材3.95t，節(jié)約成本2.4萬元，全橋現(xiàn)澆段支架總計節(jié)約成本4.8萬元。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合工程實例，對橋梁邊跨現(xiàn)澆段支架設(shè)計了2種施工方案并進行計算。2種方案均能滿足各項安全指標，而優(yōu)化方案鋼材在用鋼量更省，節(jié)省造價的同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計更為合理，最終選擇優(yōu)化方案作為施工方案。

表5 其余各構(gòu)件計算結(jié)果對比

圖14 支架各構(gòu)件最大剪應(yīng)力富余量對比

圖15 支架各構(gòu)件最大撓度富余量對比

圖16 立柱計算參數(shù)富余量對比

表6 兩種方案鋼材用量對比 單位：kg