316國道石潭溪大橋橋墩施工平臺結構計算分析

賈彥兵

摘? ?要：316國道石潭溪的大橋1#墩施工平臺采用鋼管樁、工字鋼分配梁，龍門吊為貝雷梁。施工平臺搭設前采用midas有限元軟件進行強度和穩定性計算，龍門吊貝雷梁強度符合要求，一階屈曲模態為安全性滿足要求;施工平臺的一階屈曲模態安全性滿足要求。大橋順利建成通車，使用情況良好。大橋的建成通車恢復了國道316線在該路段的暢通，交通狀況得到較大的改善。

關鍵詞：施工平臺? 貝雷梁? 鋼管樁? 強度? 穩定性

1? 工程概況

跨越水口大壩庫區內閩江支流316國道石潭溪的大橋被鑒定為危橋，來往車輛需要通過便道繞行。新建石潭溪大橋建于原石潭溪大橋的下游，采用預應力單箱單室箱梁連續剛構體系，橋跨布置為72+130+72=274m，主墩采用墩梁固結形式，共12根（直徑1.8m）灌注樁基礎，全部為水中樁。橋臺采用擋墻式橋臺結構，基礎采用擴大基礎。1#墩直徑1.8m樁基6根，共長222m;2#墩直徑1.8m樁基6根，共長336m。鉆孔灌注樁，按端承樁設計。該樁基地質為原316國道及水口水電廠修路時山體開挖回填而成，其中1#墩拋石層厚度在8～15m之間，2#墩拋石層厚度在17.4～20.2m之間。1#墩施工平臺至河床面深度為20m，2#墩施工平臺至河床面深度為30m。

如圖1所示，1#墩施工平臺與水中棧橋相連，平臺尺寸為12m×18m，棧橋長度39m。模型中支腿鋼管為φ529×8mm，吊貝雷梁龍門吊支承鋼管樁φ630×8mm，管樁連接系采用φ273×6mm，分配梁F4采用2I36，分配梁F5采用I50工字鋼，防滑鋼板厚度10mm，采用密肋工字鋼梁支承。平臺鋼管樁的長度為36m，入土深度為7m。

2? 計算模型及計算

2.1 計算模型

施工平臺中管樁、分配梁和連接系等構件采用空間兩單元建模，平臺表面的防滑鋼板采用4節點薄板單元模擬，midas有限元模型如圖2所示。

2.2 計算參數

Q235鋼材的容許應力如下。

軸向應力：=140MPa，容許應力提高系數1.3，=140×1.3=182MPa;

彎曲應力：=145MPa，容許應力提高系數1.3，=145×1.3=188.5MPa;

剪應力：=85MPa，容許應力提高系數1.3，=85×1.3=110.5MPa;

單片單層普通型：容許彎矩975kN.m，容許剪力245kN。

2.3 計算荷載

施工平臺的荷載根據橋梁總體施工方案確定。針對本橋，施工平臺的荷載包括樁基鉆孔設備及配套設備、起吊設備和施工人員及臨時堆放的材料等荷載。采用跨徑12.8m的龍門吊進行鋼筋籠的起吊作業，最大起吊重量360kN，平臺上3臺樁基設備同時作業，每臺樁基設備的荷載為220kN，流水作用力按最大水流速度為1.5m/s考慮，對平臺的影響主要體現在對管樁的橫向作用。

施工平臺上的荷載包括防滑鋼板、型鋼分配梁和貝雷桁架3個部分。貝雷梁的主要技術參數如下。

單片單層普通型：抗彎慣性矩250497.2cm4，自重2.9kN/m。

施工機具及人群荷載：3kN/m2。

3? 計算結果

3.1 龍門吊貝雷梁計算

龍門吊貝雷梁按偏于安全考慮，取中間兩個支點之間的部分作為簡支梁體系驗算，計算簡圖如圖3所示。

龍門吊上桁架由6片貝雷梁組成，圖中集中荷載P的大小按龍門吊的最大起吊重量，并考慮1.2的吊裝動力系數進行計算，P=360×1.2/2=216kN，貝雷梁的自重q=2.9×6=17.4kN/m，計算貝雷梁的最大彎矩為：

3.2 施工平臺的總體穩定驗算

平臺鋼管樁由于入土深度較大，有限元分析時按照樁底固結的方式考慮。進行總體穩定分析時，由于龍門吊和水上施工平臺是兩個相對獨立的體系，其總體穩定分析采用兩個子結構分別進行計算，平臺的總體穩定計算考慮龍門吊傳遞的最不利荷載工況進行分析。

鋼筋籠吊裝過程中，當龍門吊的天車偏于一側作用時，對整體的穩定影響更為不利，對其下的鋼管樁平臺的影響也更為不利。對平臺上可能同時作用的3臺樁基設備，其最不利狀態為3臺樁基設備同側布置的工況，故進行管樁施工平臺的總體穩定驗算時，樁基設備采用同側布置。

龍門吊的屈曲分析考慮的荷載包括：結構的自重+吊裝鋼筋籠重量（考慮1.2的動力系數），通過對龍門吊的屈曲分析發現，龍門吊的一階屈曲模態為側向失穩，屈曲荷載系數為（該系數為可變荷載系數），結構的安全性滿足要求。龍門吊的一階失穩模態見圖4所示。

施工平臺的屈曲分析考慮的荷載如下：

（1）結構自重。

（2）龍門吊傳遞的支點集中荷載（可變），其不利情況為龍門吊滑行至平臺中心處。

（3）施工機具及人群荷載（可變）。

根據有關規范中的條文規定，流水壓力合力的作用點，假定在設計水位線以下0.3倍的水深處，下連接系以下7.6m位置處。

通過對水上施工平臺的屈曲分析發現，施工平臺的一階屈曲模態為側向彎扭失穩，屈曲荷載系數為（該系數為可變荷載系數），結構的安全性滿足要求，施工平臺的一階失穩模態見圖5所示。

由以上屈曲分析結果可知，龍門吊和施工平臺的總體穩定均滿足設計要求，安全性可以滿足要求，且有較大的安全余度。

4? 結語

通過以上分析可以得出以下結論：

（1）龍門吊的貝雷桁架的抗彎和抗剪強度均能滿足要求，安全余度較大。

（2）龍門吊和施工平臺的總體穩定均滿足設計要求，結構安全性可以滿足施工要求，且有較大的安全余度。

2016年8月建成通車，目前使用情況良好。大橋的建成通車不僅恢復了國道316線在該路段的暢通，也提升了線路安全標準，改善了行車舒適性（見圖6）。

參考文獻

[1] 朱加軍.大型橋梁深水基礎鉆孔平臺受力分析[J].交通世界，2017（10）：118-119.

[2] 田慶.深水橋梁搭設水中平臺鉆孔樁施工[J].工程建設與設計，2017（6）：160-162.

[3] 李躍穗.烏龍江大橋（新建復線橋）深水樁基礎的施工技術研究碩士論文[D].福建農林大學，2010.