斜拉橋上橫梁支架系統(tǒng)技術(shù)探討

王 斌

(中交路橋華東工程有限公司，上海 201210)

1 主塔上橫梁支架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

1.1 工程概況

甬臺溫高速公路復(fù)線溫州靈昆飛云江跨海特大橋通航孔主橋部分跨徑為50m+110m+380m+110m+50m雙塔雙索面疊合梁斜拉橋。上橫梁采用箱型截面，截面尺寸為6m(高)×8.14m(寬)，頂?shù)装搴?.8m，腹板厚0.8m，橫梁頂、底板共配置36根Φs15.2-19的鋼束，腹板配置8根Φs15.2-19的豎彎預(yù)應(yīng)力鋼束。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

橫梁底板為曲線形式，采用自制型鋼托架支承在牛腿支架上。托架上、斜桿及腹桿采用[]12.6a，下弦桿采用[]16a。托架分片加工制作，橫橋向同一斷面處托架為一片，共13片。利用塔吊吊裝，并在牛腿支架拼裝成整體。

2 參考資料及荷載、工況選定

2.1 計算依據(jù)

(1)業(yè)主、設(shè)計院提供的該項目相關(guān)技術(shù)資料。(2)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2011)-人民交通出版社。(3)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》(第二版)-中國建筑工業(yè)出版社。(4)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(JTJ025-86)。(5)《路橋施工計算手冊》。(6)《公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTCD62-2004)。(7)《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》(JGJ81-2002)。(8)《建筑施工計算手冊》。

2.2 計算參數(shù)確定

按照《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》取值。

Q235鋼材的允許應(yīng)力：[σ]=140MPa，

Q235鋼材的允許剪應(yīng)力：[τ]=85MPa，

Q235鋼材的彈性模量：E=2.1×105MPa。

根據(jù)該規(guī)范規(guī)定，臨時結(jié)構(gòu)可在容許應(yīng)力基礎(chǔ)上乘以1.3的擴大系數(shù)。允許撓度L/400。

2.3 設(shè)計技術(shù)參數(shù)及相關(guān)荷載大小選定

2.3.1 荷載類型

(1)支架結(jié)構(gòu)自重 實際結(jié)構(gòu)自重計算，程序自動計入。(2)上橫梁混凝土自重 容重γ=26.25kN/m3，按一次完成混凝土澆注加載。(3)上橫梁模板自重 側(cè)模、頂模及支撐系統(tǒng)按2.0kN/m3計，底模板在模型中建立，程序自動計入。(4)施工人員、機具荷載 按2.5kN/m3計。(5)振搗砼產(chǎn)生的荷載 按2.0kN/m3計。(6)風(fēng)荷載 按733.139kN計。 根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》可知，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算。

Fwh=K0K1K3WdAwh=

0.75×1.96×1.0×2.922×170.7=733.139kN。

查《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》得各參數(shù)取值如下。

K0：設(shè)計風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，施工架設(shè)期橋梁，取0.75。

K1：風(fēng)載阻力系數(shù)，查表計算得K1=1.96。

K3：地形、地理條件系數(shù)，取1.0。

z：距地面或水面的高度(m)。

Vd：高度Z處的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速，

Vd=K2K5V10=

1.34×1.38×37.4=69.160(m/s)。

K2：考慮地面粗糙度類別和梯度風(fēng)的風(fēng)速高度變化修正系數(shù)，取1.34。

K5：陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)，取1.38。

V10：橋梁所在地區(qū)的設(shè)計基本風(fēng)速，V10=37.4。

g：重力加速度，g=9.81m/s2。

Awh：鋼管樁立柱與水平連接桿迎風(fēng)面積，Awh=170.7m2。

Fwh：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN)。

2.3.2 計算工況荷載

工況一：支架搭設(shè)完畢，模板安裝就位；荷載組合：1+3+4+6。

工況二：砼澆注完畢，荷載組合：1+2+3+4+5+6。

工況三：梁重1.1倍系數(shù)預(yù)壓，荷載組合：1+1.1×2+3+4+5+6。

比較以上三個工況可知，工況三最不利，因而只對工況三進行計算，驗算支架結(jié)構(gòu)的強度、剛度及穩(wěn)定是否滿設(shè)計和施工要求。

2.3.3 計算方法

上橫梁支架結(jié)構(gòu)采用midas程序進行計算。選取整體支架進行三維空間建模，并對各種桿件賦予各自材料特性。

3 上橫梁支架結(jié)構(gòu)計算

3.1 牛腿計算

預(yù)埋在墩身鋼牛腿受到壓力為V=558.4kN;M=0，N=0。

3.1.1 錨筋計算

受力預(yù)埋件的錨板采用Q235鋼材，錨筋采用HRB400Φ32mm鋼筋，錨板厚度為16mm，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)9.7.2條中，當(dāng)有剪力、法向壓力和彎矩共同作用是，應(yīng)按下列公式計算，并取其中較大值。

fc：砼抗壓強度設(shè)計值，砼為C50，fc=23.10MPa。

fy：錨筋抗拉強度設(shè)計值，錨筋為HRB400，fy=300.00MPa

t：錨板厚度，t=16mm。

d：錨筋直徑，d=32mm。

z：外層錨筋中心間距，z=200mm。

αr：錨筋層數(shù)影響系數(shù)，錨筋分為三層，αr=0.9。

αb：錨板的彎曲變形折減系數(shù)，αb=1.0。αv：錨筋的受剪承載力系數(shù)，αv=0.4。

所需錨筋總截面面積As=5170.4mm2。

現(xiàn)配錨筋總截面面積As0=9πd2/4=7234.6mm2≥As滿足要求。

3.1.2 錨固鋼筋長度計算

錨固長度la=ζalab=1.1×711=781mm；取錨固長度800mm，滿足要求。

α：錨固鋼筋外形系數(shù)，帶肋鋼筋取0.14。

fy:錨固鋼筋抗拉強度，取300MPa。

ft:混凝土抗拉強度，C50取1.89MPa;

ζab：錨固長度修正系數(shù)，直徑大于25mm取1.1。

3.1.3 牛腿計算

牛腿采用2肢16mm勁板，面板采用12mm勁板；焊腳尺寸hf為10mm。

焊縫計算厚度為hg=0.7hf=0.7×10mm=7mm。

計算長度lw=400-2hf=386mm。

3.2 設(shè)計成果匯總

將最不利工況作用下，上橫梁支架結(jié)構(gòu)體系各構(gòu)件的計算結(jié)果匯總?cè)绫?。

表1 上橫梁支架結(jié)構(gòu)計算結(jié)果匯總表

3.3 設(shè)計結(jié)論

從上面表中可以得知，最不利工況荷載作用下，根據(jù)此種計算和驗算方法，能滿足斜拉橋上橫梁支架結(jié)構(gòu)體系驗收。