基于Midas civil的0#塊支架設計及驗算分析

詹凱，曾曉冬，李貴康，祁叢林，李長楊，祝文帥

（中國建筑第六工程局有限公司，天津 300450）

0 前言

連續梁施工過程中，0#塊施工是其重要的環節之一，尤其是0#塊整體支架體系的設計和驗算。雖然連續梁懸臂澆筑法發展至今已經是一種成熟的施工工藝，然而大多數項目常常因技術專業人員配備不齊全，或未有類似施工經驗，在對連續梁0#塊設計及驗算時，極易因考慮不全面，導致施工荷載施加錯誤，影響現場施工安全。本文通過溫東跨線橋的具體工程，利用Midas civil有限元軟件對0#塊支架進行設計及驗算，以期能為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

溫東跨線橋跨越莆永高速，橋跨布置為3×（3×30m）+（50m+85m+50m）+（4×30m）=575m。引橋上部結構標準段采用30m跨預制小箱梁結構，跨越莆永高速主橋采用50m+85m+50m=185m變高度預應力連續箱梁，橫橋向分幅布置。引橋下部結構高墩采用雙柱式倒T型蓋梁，矮墩采用板式倒T蓋梁，主橋下部結構采用雙柱墩。基礎采用矩形承臺及直徑1.5m鉆孔灌注樁。其主橋0#塊為單箱雙室結構，邊腹為斜腹板，單側長度為6m，頂板寬度為23.45m，底板寬度11m，兩側翼緣懸臂長4.35m。

2 0#塊支架設計方案

支架總體考慮采用Φ820*10mm、Φ429*8mm螺旋鋼管+型鋼搭設而成。在承臺上連續梁墩柱兩側橫橋向各支立7根螺旋鋼管，間距為490、242.5、242.5、242.5、242.5、490cm。螺旋鋼管柱底部焊接法蘭與承臺預埋件連接。鋼管支架上順橋向鋪設12m長雙拼45b工字鋼做作為主橫梁，橫橋向每側鋪設23m長雙拼I36b工字鋼分配梁，間距1.5m+2+2m。根據底模板支撐桁架布置，翼緣板采用定型鋼模板桁架支撐，所有頂底板荷載由6榀支撐桁架均勻分擔；邊腹板分別由3榀支撐桁架承擔，中腹板由5榀支撐桁架承擔。立柱間橫向連接系采用C12.6槽鋼、縱向采用雙拼32a槽鋼。

3 工況組合

3.1 工況分析

支架計算按以下梁兩種工況進行計算。

工況1：澆筑混凝土工況，對支架強度和穩定性進行計算。

工況2：澆筑混凝土工況，對支架剛度進行計算[1]。

3.2 荷載組合

各工況分別考慮兩種組合，基本組合與標準組合，基本組合計算結果用于評價強度與穩定性指標，標準組合用于評價剛度指標[2]，各工況荷載系數取值如表1所示。

4 結構整體計算

4.1 強度及剛度驗算

工況1下，整體模型強度計算結果匯總如下。

由上表可得支架結構最大組合應力設計值為174.6MPa，小于鋼材強度設計值215MPa，故強度滿足要求。

工況2下，整體模型位移計算結果如下。

各工況荷載組合 表1

平臺應力計算結果 表2

平臺位移計算結果 表3

綜上，支架的整體強度和剛度滿足要求。

4.2 穩定性計算

4.2.1 彎矩作用平面內的穩定性驗算

根據《鋼結構設計標準》（GB 5007-2017），鋼管的穩定性計算公式如下：

式中：N——壓彎構件軸心壓力設計值；

φ_x——在彎矩作用平面內，不計彎矩作用時軸心受壓構件的穩定系數；

M_x——壓彎構件最大彎矩設計值；

N_Ex^′—— 參 數，N_Ex^′=N_Ex/1.1=π^2EA/（1.1λ_x^2）；

W_1x——彎矩作用平面內受壓最大纖維的毛截面系數；

β_mx——等效彎矩系數；

γ_x——截面塑性發展系數；

A——截面面積。

根據計算結果，鋼管立柱φ820×10mm承受最大軸力設計值N=1337.0kN，對應彎矩設計值M=0.3kN·m，按單向壓彎結構進行承載能力檢算。

歐拉臨界力

根據計算結果，可得鋼管在彎矩作用平面內的穩定性滿足要求。

4.2.2 局部穩定性驗算

根據結果，鋼管局部穩定性也滿足要求。

故鋼管單肢穩定性滿足要求。

5 柱腳驗算

根據Midas civil計算結果，柱腳受力最大節點為φ820×10mm鋼管柱腳，其受力為Fz=1337.0kN,Vx=15.0kN,Mx=5.4kN·m；Vy=36.5kN,My=46.1kN·m。柱腳底板尺寸為1000×1000mm。

5.1 橫橋方向Y

e=M/N=46.1/1337=0.04m；L=1.0m；e＜L/6=0.17m。

底板下混凝土最大壓應力：

受拉側螺栓得總拉力：T=0；

水平抗剪承載力：

5.2 縱橋向X

e=M/N=5.4/1337=0.004m；L=1.0m；e＜L/6=0.17m。

底板下混凝土最大壓應力：

受拉側螺栓得總拉力：T=0；

水平抗剪承載力：

綜上，鋼管在柱腳位置受力滿足要求。

6 結束語

溫東跨線橋連續梁主橋0#塊支架采用螺旋鋼管+型鋼搭設而成，支架設計充分考慮了主橋墩柱與承臺的結構尺寸，在對支架驗算過程中，各荷載取值合理，并利用Midas civil有限元軟件對支架整體進行建模分析，分別對設計荷載組合和標準荷載組合進行模擬驗算，分析結果表明，支架的整體強度、剛度和穩定性均滿足設計及規范要求，保證0#塊支架施工過程中的安全與質量。同時在現場實際施工過程中，對支架應力及變形量進行檢測，檢測數據與Midas civil各工況驗算結果相吻合，進一步表明本工程支架整體模擬計算方法的可靠性，可為今后類似工程提供借鑒。