馬嶺河特大橋橋塔上橫梁施工方案及設計計算

林 超

(貴州高速公路集團有限公司)

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馬嶺河特大橋橋塔上橫梁施工方案及設計計算

林 超

(貴州高速公路集團有限公司)

通過工程實例介紹結構計算在工程施工中的應用，達到縮短工期、保證施工安全以及質量要求、節(jié)約施工成本、提高經濟效益的作用。

上橫梁；荷載；分配梁；主梁；牛腿

1 概況介紹

汕昆高速公路馬嶺河特大橋位于貴州省黔西南州境內，大橋全長1 380 m，主塔高度196 m，主橋主跨為360 m雙塔預應力混凝土斜拉橋，兩邊孔跨徑155 m。在貴州省內同類橋型中屬最大、跨徑在全國同類型鋼筋砼斜拉橋中亦屬于較大跨徑。現(xiàn)以8號橋塔上橫梁支架設計計算為例，介紹結構計算在工程施工中的應用。

2 結構布置形式

馬嶺河特大橋上橫梁頂面高程為1 213.174 m,單箱單室斷面寬5.0 m，高4.0 m，頂?shù)装搴穸葹?.6 m，腹板厚度為0.8 m，橫梁橫橋向長14.758 m，橫梁混凝土分兩次澆注完成，第一次澆注2.8 m，第二次澆注1.2 m。

上橫梁施工支架由五片主梁組成，單片主梁采用2HN900×300×16/28的型鋼，其兩端擱置卸荷沙箱上，卸荷沙箱放置在設置于塔肢上的鋼牛腿上，分配梁采用I25a型工字鋼按75 cm間距均布于主梁上，單片主梁間用I14型工字鋼作為橫向聯(lián)系。

3 荷載計算

3.1 荷載計算

(1)上橫梁恒載：196.6 m3混凝土，計算時考慮施工偏差，乘以系數(shù)1.05，故上橫梁自重=196.6×1.05×26=5 367.2 kN， 模板荷載:2 kPa。

(2)施工荷載：施工人員、機械荷載取2.5 kPa。混凝土傾倒(混凝土由導管輸送)荷載取2 kPa。混凝土振搗荷載取2 kPa。共計6.5 KPa。

3.2 計算工況

支架設計按上橫梁混凝土一次全部澆注完成。

3.3 上橫梁計算截面

上橫梁計算截面簡化如圖1。

圖1 上橫梁計算截面

4 分配梁計算

分配梁采用I25a型工字鋼，布置間距為75 cm，截面特性如下：

建立分配梁計算模型如下：

上橫梁空心段自重分配：

恒載為上橫梁自重、模板，活載有施工荷載。其中：

上橫梁實心段自重分配：

恒載為上橫梁自重、模板，活載有施工荷載。此時q1=q2=101.0 kN/m。

采用midas軟件計算匯總如表1。

表1 分配梁計算表

應力和變形均滿足規(guī)范要求。

5 主梁計算

單片主梁采用2HN900×300×16/28的型鋼，在其頂?shù)酌婧附雍穸葹?.5 cm厚的鋼板，以增加工字鋼上下翼緣板厚度，并使兩片型鋼形成箱型截面，共設置5片主梁。

根據(jù)分配梁計算結果，選取空心段分配梁的最大反力處的主梁以及實心段分配梁的最大反力處的主梁兩種情況分別進行計算。由以上分配梁反力輸出可知，第2、4片主梁受力最大，故對該處主梁進行受力分析。

第2、4片主梁設計荷載為該處的反力，在橫梁空心段其值=59.9/0.75=79.9 kN/m，在橫梁實心段其值=129.7/0.75=172.9 kN/m。

采用midas軟件計算匯總如表2。

表2 主梁計算表

以上均滿足規(guī)范要求。

(1)主梁整體穩(wěn)定性計算。

對于箱型截面簡支梁，其截面尺寸滿足h/b0≤6，l1/b0≤95(235/fy)，符合上述規(guī)定的箱型截面簡支梁，滿足要求。

由主梁截面可知：

h/b0=900/300=3≤6，l1/b0=14 500/300=48.3≤95(235/fy)=95，滿足要求。

(2)主梁局部穩(wěn)定性計算。

組合梁腹板配置加勁肋符合下列規(guī)定：當h0/tw≤80(235/fy)0.5時，對有局部壓應力的梁，應按構造配置橫向加勁肋。

由主梁截面可知：

h0/tw=(900-28×2)/16=52.8≤80(235/fy)0.5=83.6，故只需按構造配置橫向加勁肋。由于主梁在集中荷載作用處(即貝雷片作用處)設置有支承加勁肋，兼有中間橫向加勁肋的作用，故不再設置中間橫向加勁肋。

6 牛腿計算

6.1 牛腿計算荷載

由邊跨主梁反力輸出可知：牛腿作用力為876.8 kN，方向豎直向下。設計牛腿采用嵌入式鋼牛腿，兩個為一組。

6.2 牛腿受力分析

牛腿受力分析時將每組牛腿作用力簡化為由2個牛腿承擔，故只對單個牛腿進行受力分析， 其中N1為牛腿上部荷載作用力，其大小為N1=876.8/2=438.4 kN。N2為精軋螺紋鋼筋預拉力，大小由計算確定。N3、N4為牛腿底面(即預埋鋼盒內部壓力面)和牛腿正面(即塔肢表面壓力面)均布荷載簡化至壓力面形心的集中荷載的反力，大小由計算確定。故由靜力平衡方程可知：N1=N3=438.4kN，N2=N4≥0.5/0.7×438.4=313.1，取400 kN。

6.3 牛腿底面混凝土局部承壓驗算

由上可知，與牛腿底面接觸的混凝土面較為不利，故對其混凝土進行局部承壓驗算。由《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》第5.7.1條和第5.7.2條可知：5.7.1 配置間接鋼筋的混凝土構件，其局部受壓區(qū)的截面尺寸應滿足下列要求：

γ0Fld≤ηsβfcdAln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

即得Aln≥95.6cm2

實際Aln=Al=0.04m2=400cm2，滿足規(guī)范要求。

配置間接鋼筋的局部受壓構件，其局部受壓承載力應按下列規(guī)定計算：

γ0Fld≤0.9(ηsβfcd+kρvβcorfsd)Aln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

fsd=195MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

局部承壓區(qū)設置6層80×80mm直徑為12的鋼筋網(wǎng)。

則

n1=4

As1=1.131cm2

l1=30cm

n2=6

As2=1.131cm2

L2=40cm

Acor=30×40=1 200cm2

s=8cm

故

ρv=0.042

k=2.0

βcor=1.732

則公式左邊=482.2kN

公式右邊=2 531.5kN>左邊，滿足規(guī)范要求。

6.4 牛腿強度驗算

牛腿最不利位置是與塔肢混凝土表面平齊的剪切面，對該面進行抗剪驗算。

該處牛腿的剪切面積計算

Sτ=0.4×0.02×2=0.016m2

牛腿的抗剪切容許應力[τ]=85MPa

故該處最大容許剪力Q=Sτ×[τ]=0.016×85=1 360kN>438.4kN，滿足規(guī)范要求。

7 結 論

經過對上橫梁支架體系的強度、變形、穩(wěn)定性計算，上橫梁支架的各項技術指標均滿足設計及規(guī)范要求，結構體系安全可靠，可以在實際施工中進行應用。

[1] 鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003)[S].

[2] 建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-2001)[S].

[3] 公路橋涵施工技術規(guī)范(JTJ041-2000)[S].

[4] 公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTGD62-2004)[S].

2014-10-29

林超(1979-)，男，中級工程師，研究方向：工程管理。

U445

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1008-3383(2015)09-0119-02