跨公路48米雙線鐵路橋現澆箱梁支撐系統檢算分析

2016-05-05 08:42:54繆成功

大陸橋視野·下 2016年3期

繆成功

【摘要】本文結合東烏進站路48米現澆箱梁工程實例，深入核算了支撐系統的受力情況，對現澆梁支撐系統進行受力檢算、對比分析，為后續工程提供參考。

【關鍵詞】跨線橋；現澆箱梁；支撐系統；檢算

1.工程概況

海勒斯壕集運站專用線進站路中橋是跨東烏進站公路而設，橋跨為32+48+32m簡支梁，其中1#～2#為48m現澆預應力箱梁，箱梁混凝土568.16m3。根據現場施工條件，該現澆梁采用鋼管立柱搭設貝雷梁原位進行混凝土澆筑。支柱范圍梁體混凝土為42米（混凝土393.12m3）范圍內支立4排Φ63鋼管，間距為（14+14+14）m，每排3根，間距為3.5m。鋼管頂部橫向雙拼2Ⅰ45a工字鋼，工字鋼縱向鋪設13排貝雷片為箱梁作業平臺。

2.支架布置

2.1支架布置說明：該橋48米箱梁采用原位現澆，跨中設置2個臨時支墩，另2個支墩在承臺面上，支墩上采用鋼管立柱，立柱頂橫向設置2拼I45a工字鋼橫梁?？v向鋪設貝雷片，面上鋪設I20a工字鋼作為梁體澆筑平臺，進行模板安裝、混凝土施工。

2.1.1臨時支墩設置：共4個，邊支墩采用8.6×1.5×1（長寬高）C25混凝土，中支墩采用10×1.5×2（長寬高）C25混凝土，支墩內設鋼筋籠，臨時中支墩埋深1m，外露1m作為安全防護墩，并做安全防護請示。

2.1.2鋼管立柱設置：鋼管立柱采用Φ630×10mm，承臺處鋼管立柱高11.97m，臨時支墩處鋼管立柱為10.97m，每個支墩設置3根鋼管，鋼管底部連接預埋0.8*0.8*0.02m鋼板，鋼管橫向采用[12槽鋼連接，每根鋼管設置3道抱箍。

2.1.3橫梁設置：橫梁采用2I45a工字鋼，承臺處橫梁長10m，臨時支墩處橫梁為12m，橫梁工字鋼間采用1cm鋼板焊接成整體，與鋼管交接處需單獨進行加強處理，鋼管頂鋪設2cm厚墊板。

2.1.4貝雷片設置：貝雷片設置縱向鋪設長度為43.5m，橫向鋪設13道，間距布設為（1+0.5×2+0.8×6+0.5×2+1）m，橫向采用[12槽鋼鏈接成整體。

2.1.5工字鋼設置：貝雷片頂面橫向鋪設I20a工字鋼，長10m，間距為1m，縱向利用鋼筋連接成整體，共47排。

2.1.6梁體底板、側模及內膜設置：底板縱向采用10cm×10cm方木頂鋪設竹膠板。內膜采用竹膠板，內支撐采用鋼管頂托加固。側模采用鋼模板支架加固。

3.主要材料特性參數

（1）混凝土自重G=26KN/m3

（2）鋼材彈性模量Es=2.1×105MPa

（3）Q235鋼：彎曲應力[σw]=145MPa，軸向應力[σ]=140MPa，剪應力[τ]=85MPa

（4）16Mn鋼：彎曲應力[σw]=210MPa，軸向應力[σ]=200MPa，剪應力[τ]=120MPa。

4.主要材料參數及數量表

5.荷載取值

貝雷梁范圍內荷載：

混凝土393.12m3×2.6T/m3=1022T

模板、支架重量60T

橫向Ⅰ20a工字鋼27.9×43×10=12T

貝雷片重量300×195=58.5T

橫向2Ⅰ45a工字鋼80.4×12×2=1.9T

鋼管立柱（單排）152.9×11×3=5.1T

6.貝雷梁強度、剛度計算

貝雷梁按不同間距布置在腹板、底板、翼板的位置處，理論上要分別計算每片貝雷梁的受力，根據截面受力基本相同，為簡化計算，考慮橫橋每片貝雷梁受力相同，貝雷片布置比較合理，所有計算可直接按均部荷載考慮，順橋向混凝土和模板支架均布荷載為（1022+60+12）/（42×13）=20KN/m，人員、機具等施工荷載為1.25KN/m，貝雷片自重為1KN/m。

q==22.25KN/m

6.1抗彎強度驗算

Mmax=ql2=22.25×14×14=436.1KN.m

貝雷片最大彎矩發生在第一跨的中部，M=436.1KN.m<[M]=788.2KN.m，滿足要求。

6.2抗剪強度驗算

Q=ql/2=22.25×14/2=157.5KN

貝雷片最大剪力發生在支座位置，Q=157.5KN<[Q]=245.2KN，滿足要求。

6.3貝雷片的撓度Δ由兩部分組成：一是貝雷片彈性撓度Δ1，二是貝雷片之間銷孔空隙引起的彈性撓度Δ2。

Δ1=5ql4/384EI=5×22.25×（14×103）4/（384×2.1×105×250497.2×104）=15.1mmm

Δ2=0.03556（n2-1）/8=0.04445×（4.72-1）=9.37mm

所以貝雷片的撓度為Δ=Δ1+Δ2=15.1+9.37=24.47<[Δ]=

L/400=15000/400=37.5mm，滿足要求。

7.蓋梁計算

蓋梁采用2拼I45工字鋼橫橋向設置在鋼管立柱頂，中間跨兩支墩長度為12米，橋墩處長度為10米，根據貝雷片支反力結果，蓋梁上貝雷片受力比較均勻，為簡化計算過程，蓋梁受力為均布荷載。q=157.5KN/m，工字鋼自重為2×80.4=1.6KN/m，均轉化為均布荷載作用在蓋梁上。q=159.1KN/m。

7.1抗彎、抗剪計算

σ=Mmax/W=ql2/2×I=159.1×3.5×3.5/（2×1430）=68MPa<[σw]=145MPa，滿足要求。

τ=QmaxS/dI=ql/2×S/2×dI=33.6MPa<[τ]=85MPa，滿足要求。（查表可得I45a工字鋼d=11.5mm；I=32240cm2；W=1430cm3；S=836.4cm3）。

8.鋼管強度、穩定性計算

2拼I45工字鋼下設鋼管支架，共4排，2排在支撐在承臺頂面上，2排支撐在臨時支墩上，采用橫向3根Φ630×10mm鋼管立柱，間距為3.5m，鋼管立柱之間采用[12槽鋼橫向連接，立柱中間設置3道抱箍。根據貝雷梁支座位置分擔最大剪力為157.5KN，橫向共13排貝雷片，為簡化計算模型，考慮13排貝雷片均達最大剪力，發生在中跨支墩處的鋼管受剪力2047.5+19.2=2066.7KN（包括I45工字鋼重量），故單根鋼管最大支反力為2066.7KN/3=688.9KN，單根Φ630×10mm鋼管的面積為A=194.8cm2，自重G=152.9×13=19.9KN。

8.1鋼管強度計算：

σ=F/A=（688.9+19.9）×103/194.8×102=36.4MPa<[σ]=140MPa，滿足要求。

8.2鋼管穩定性計算：

長細比λ=l0/i=13×100/21.92=59.3（查表得Φ630×10mm的回轉半徑i=21.92cm）查GB/T3811-2008GB表中查的φ=0.8。

σ=F/φA=36.4/0.8=45.5MPa<[σ]=140MPa，滿足要求。

9.基礎計算

跨中支墩鋼管立柱下設置條形基礎，基礎底部鋪設20cm×20cmΦ20鋼筋網片，基礎尺寸為10×1×2m。計算單根立柱下受力面積的獨立基礎為3×1×2m。尺寸為長3m，寬1m，高2m；立柱直徑Φ=630mm；混凝土等級C25；地基設計承載力最小為300KPa。

基礎頂面受力：

軸壓力N=（688.9+19.9）=708.8KN

基礎自重G=3×1×2×25=150KN

承載力驗算：基底平均應力p=N/A=（708.8+150）/3×1=286.27KPa<300KPa，滿足地基承載力要求。

10.結論