針魚嶺大橋現澆支架設計計算分析

李　彬

(廣西投資集團建設實業有限公司，廣西　南寧　530222)

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針魚嶺大橋現澆支架設計計算分析

李彬

(廣西投資集團建設實業有限公司，廣西南寧530222)

李彬(1979—)，工程師，主要從事工程項目管理工作。

摘要：文章采用有限元軟件Midas/Civil建立模型，對針魚嶺主橋0#~1#節段、邊跨22#節段和合攏段的現澆段支架進行模擬計算分析，驗證了該支架設計方案安全可行。

關鍵詞：橋梁；現澆支架；Midas/Civil軟件；設計計算

0引言

現澆支架系統是橋梁施工的重要組成部分，由于橋梁建設要求嚴、工期緊，現澆支架系統是否合理，關系橋梁施工的進度及安全。因而現澆支架系統的設計成為橋梁建設中一個關鍵環節。本文利用通用有限元軟件Midas/Civil，結合實際構造建立模型，對針魚嶺大橋的現澆支架系統進行模擬計算分析，設計出結構簡單、質量可靠及低成本的支架系統方案[1]。

1工程概況

針魚嶺大橋位于防城江入海口，項目所在區域為低山、丘陵和濱海平原、臺地，海拔50~100 m。海地帶地形破碎，海岸曲折，港灣、沙堤和沙灘發育。橋位區屬低矮濱海丘陵地貌，橫跨防城江，階地不發育，兩岸基巖受河水、海水侵蝕切割緩慢，沖刷作用不明顯，主要為第四系覆蓋層。主橋橋型為獨塔雙索面斜拉橋，塔、梁固結，雙索面扇形空間布索。主梁的基本斷面形式是帶懸臂的邊主梁，標準段截面頂全寬36.0 m，中心高2.7 m，主肋邊高2.53 m，主梁頂板厚度0.32 m，設雙向2%橫坡。懸澆節段長度有5.3 m、5.75 m、6 m三種，邊肋形狀為倒梯形，標準底寬2.0 m，頂寬2.5 m。標準節段主梁橫斷面如圖1所示。

圖1　標準節段主橫梁斷面圖(單位：cm)

2Midas/Civil軟件介紹

Midas/Civil有限元軟件可適用于橋梁結構、地下結構、工業建筑、飛機場、大壩、港口等結構的分析與設計。Midas/Civil有限元軟件可以對支架進行整體建模計算，從計算結果可以看出支架及鋼管柱的受力狀態，工程技術人員可以根據其計算優化臨時結構桿件的型號和布置，在保證作業安全的同時進而降低成本，最終使得支架系統方案達到最優化[2]。所以Midas/Civil有限元軟件在現澆橋梁支架設計中被廣泛采用。

3現澆支架設計

主橋現澆段有0#~1#節段、邊跨22#節段和合攏段，支架計算均采用MIDAS/civil 2010有限元分析軟件配合計算。

3.1　0#~1#節段現澆支架設計

主梁現澆段0#~1#段長8.34 m，采用掛籃作為底模承載平臺進行節段施工。在掛籃縱梁位置設置三角木作為卸載，上面布置[10分配梁(@90 cm)和8×8的方木(@30 cm)與1.5 cm的模板；在頂板下面布置鋼管滿堂架，鋼管立柱間距90×90 cm，布置兩層水平連接，管頂設頂托，安裝[10分配梁(@90 cm)、8×8方木(@30 cm)及1.5 cm模板。由于12#墩施工平臺支持不能滿足現澆梁段要求，故在掛籃主縱梁及橫梁底部重新安裝掛籃拼裝平臺，拼裝平臺主要由鋼管立柱、管頂橫梁和貝雷梁組成。鋼管立柱同時承載0#~1#節段施工荷載。

3.1.1荷載取值

荷載取值：混凝土：0#塊257.3 m3，1#133.6 m3，共390.9 m3，共重1 016.34 t。掛籃支架：288 t；施工荷載：模板支架+振搗+傾倒+施工=2×4=8 kPa，36×8.34×8=2 402 kN，取240 t；總荷載：1 016.34+288+240=1 544.34 t。布置529×8 mm立柱41根(每根37.6 t)。

3.1.2計算分析

荷載組合與荷載工況：鋼筋混凝土荷載+施工荷載+結構自重。支架所有單元按線型梁單元模擬，截面設計按支架設計所取截面，橫梁型鋼與鋼管之間的焊接節點按剛性連接考慮。荷載加載說明：基本按照梁段截面荷載形狀布置荷載，主要分為主縱梁、橋面板、中縱梁。材料均按Q235鋼材考慮，容許彎曲應力為145 MPa，容許剪切應力為85 MPa。計算結果見下頁圖2。

由圖2(a)組合應力模擬圖可得，組合應力最大為140.3 MPa<145 MPa，滿足要求。根據圖2(b)剪應力模擬圖可得，Q235鋼材剪切應力最大為41 MPa<85 MPa，滿足要求。由圖2(c)撓度模擬圖可得，最大撓度出現在分配梁位置，為12.7 mm<5 100/400=12.75 mm，滿足要求。

根據圖2(d)反力模擬圖計算得出的反力情況布置支點處的鋼管立柱，鋼管按照每根43 t承載力計算[3]。

長細比λ=L/i=18/0.184 2=97.72。

(a)組合應力模擬圖

(b)剪應力模擬圖

(c)撓度模擬圖

(d)反力模擬圖

查表用內插法得Ф=0.65，則：

N=43 t<[N]=φ[σ]A=0.65×140×13 100=119.2t

滿足要求。

鋼管立柱使用60t振動錘下沉，按照75%的功效計算得振動力為45t，滿足施工要求。

3.2　邊跨22#節段和合攏段現澆支架設計

22#節段實心段均落于過渡墩蓋梁上，只需在蓋梁上鋪設方木和模板即可(不考慮拆除)；22#節段剩余長度與21#合攏段采用同一個支架施工。支架用φ529×8mm鋼管作為立柱，Ⅰ45a型鋼和掛籃前橫梁作為橫梁，橫梁上鋪設[10a分配梁。主肋位置用三角木作為卸載，鋪裝8×8cm(@30cm)方木和1.5cm模板；頂板位置搭設鋼管滿堂架，鋼管立柱間距為90×90cm，上部布置和0#~1#節段施工方法一致。

3.2.1荷載取值

荷載取值包括：混凝土荷載，支架自重、施工荷載、總荷載[4]。混凝土荷載：22#節段共216m3，其中162m3由蓋梁承擔，54m3由支架承擔；21#合攏段共60.8m3，全部由支架承擔。則支架共承擔114.8m3，約300t。支架自重由軟件自動生成。施工荷載：模板支架+振搗+傾倒+施工=2×4=8kPa，36×3.7×8=1 065kN，取110t；總荷載：300+110=410t。

3.2.2計算分析

荷載組合與荷載工況：鋼筋混凝土荷載+施工荷載+結構自重。建模說明：(1)單元：支架所有單元按線型梁單元模擬，截面設計按支架設計所取截面，橫梁型鋼與鋼管之間為焊接節點按剛性連接考慮；(2)荷載加載說明：基本按照梁段截面荷載形狀布置荷載，主梁主要分為主縱梁、橋面板、中縱梁[5]。材料均按Q235鋼材考慮，Q235鋼材容許彎曲應力為145×1.3=188.5MPa，容許剪切應力為85MPa。計算結果見圖3。

(a)組合應力模擬圖

(b)剪應力模擬圖

(c)撓度模擬圖

(d)反力模擬圖

由圖3(a)組合應力模擬圖可得，組合應力最大145.5MPa<145x1.3=188.5MPa，滿足施工要求。根據圖3(b)剪應力模擬圖可得，最大剪應力為56.1MPa<85MPa，滿足施工要求。由圖3(c)撓度模擬圖可得，最大撓度為5.66mm<6 000/400=15mm，滿足要求。根據圖3(d)反力模擬圖，最大反力54.5t，在此處設置2根鋼管立柱以滿足要求。

4結語

(1)0#~1#節段現澆支架，其組合應力最大為140.3MPa，Q235鋼材剪切應力最大為41MPa，最大撓度出現在分配梁位置為12.7mm，均滿足設計安全規程的要求。

(2)邊跨22#節段和合攏段支架，其組合應力最大145.5MPa，最大剪應力為56.1MPa<85MPa，最大撓度為5.66mm，均滿足設計安全規程的要求。最大反力54.5t，在此處設置2根鋼管立柱可以滿足要求。

參考文獻

[1]范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]郝永軍.橋梁現澆支架布設及施工[J].交通世界(建養.機械)，2013(Z1)：182-183.

[4]于連營.時令河大橋箱梁現澆支架設計與施工[J].石家莊鐵道學院學報(自然科學版)，2009(2)：107-109.

[5]趙常煜.大跨連續梁現澆支架的設計和施工[J].鐵道標準設計，2003(6)：28-29.

Analysis on Cast-in-place Stent Design and Calculations of Zhenyuling Bridge

LI Bin

(Guangxi Investment Group Construction Industry Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530222)

Abstract：This article established the model by using the finite element software Midas Civil，conducted the simulation calculation and analysis on cast-in-place stents of Zhenyuling Main Bridge 0#~1#segment，side-span 22#segment and closing segment，and verified that this stent design program is fea-sible and safe.

Keywords：Bridge；Cast-in-place stent；Midas/Civil software；Design and calculation

收稿日期：2015-07-06

文章編號：1673-4874(2015)08-0064-04

中圖分類號：U442

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.08.016

作者簡介