大節段鋼箱梁鋼管柱支架設計

王 剛

(中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450004)

1 工程概況

鋼箱梁具有強度高、重量輕、整體性好、便于工廠化制作等特點，現大跨徑橋梁越來越多采用鋼箱梁形式。本文結合一市政跨路橋梁鋼箱梁支架設計進行了論述。在鋼箱梁橋吊裝施工過程中，需要臨時支架支撐各個分塊，然后焊接成整體來完成最后的施工過程。為保證某跨路鋼箱梁的施工安全，對鋼箱梁臨時支架安全性進行分析。現場采用鋼立柱、H型鋼、角鋼等相互連接的方法構建臨時支架，用MIDAS Civil進行仿真分析，用極限狀態法驗算臨時支架受力及變形，分析得到臨時支架應力和變形情況，指導現場施工。

工程實例為市政橋梁鋼箱梁施工項目，本橋上跨一道路。橋梁跨徑布置為(50+80+50)m，橋寬為10 m，鋼箱梁采用連續變高粱，梁高2.3～3.6m，懸臂長度1.55 m，懸臂根部厚0.45m。橫橋向設置2%的單向橫坡，最大梁段長度18.792 m，最大梁段重64 853.4 kg。鋼箱梁臨時支撐體系采用Q235鋼材。

2 臨時支架設計與驗算

2.1 臨時支架結構設計

臨時支架結構見圖1。

圖1 臨時支架結構圖

由橫梁(分配梁)及臨時支架組成，橫梁(分配梁)采用熱軋H型鋼HM440×300×11×18制作，臨時支架采用Φ273×8mm鋼管，中間橫、斜撐采用角鋼L75×75×5連接成整體，本工程支架(含橫梁)最高約10.2 m。

根據節段劃分圖，臨時支撐設置在節段與節段對接環口處；梁段與臨時支撐間放置調節支墩，其主要用于鋼箱梁吊裝時調節鋼箱梁標高和安裝結束后進行鋼箱梁整體卸載。支架落在加固地面上，加固地面需將坡度找平，臨時支架底部采用4塊鋼板鋪墊，四周采用M16×150膨脹螺栓與混凝土路面固定。臨時支架平面布置圖見圖2。

圖2 臨時支架平面布置圖

2.2 臨時支架應力驗算

1)應力驗算選取參數見表1。

表1 Φ273鋼管柱的參數表[1]

按照最大荷載137 t計，為支架最不利荷載情況。吊裝梁段的自重荷載通過分配梁傳遞到立柱上，立柱和分配梁之間屬于剛性連接。由于吊裝階段是動態過程，計算荷載乘以1.4的安全系數。每個吊裝階段有10個調節點，因此，節段重量作為集中荷載加載在分配梁上，每個節點重量為：137×1.02×1.4÷10=19.6 t。

支架重量乘以1.4的安全系數，建模時計算軟件作為自重荷載加載。

2)建立模型。采用MIDASCivil2006建模，各桿件采用空間梁單元模擬。材料采用Q235，截面與設計圖紙相同。根據結構支撐條件，假定立柱的柱腳不發生沉降和轉動，因此約束節點6個自由度[2]。

根據支架的支撐條件，主拱荷載作為節點集中力加入，立柱和分配梁作為自重加載。根據相關文件的要求，施工荷載的不均衡系數，梁段自重和支架自重分項系數取1.4[3]。

臨時支架立柱的計算模型如圖3所示。

圖3 施工支架計算模型圖

3)支架計算。

通過有限元建模分析，分兩種工況進行計算，第一種是兩側橫梁受力，第二種是一側橫梁受力進行計算：

(1)工況一：兩側橫梁受力。

①強度驗算。最大應力為47.3 MPa，小于允許值205 MPa，滿足強度要求，輸出計算圖形見圖4。

圖4 應力圖(單位：MPa)

②剛度驗算。施工支架分配梁最大變形為2.8 mm，S=L/500=1950/500=3.9在彈性范圍內，施工臨時支架剛度滿足要求，變形圖見圖5。

圖5 變形圖(單位：mm)

③穩定性驗算。支座反力圖見圖6。

圖6 支座反力圖(單位：t)

最大支反力位26.9 t，鋼管柱按一端鉸接一端固定計算：

長細比=l/i=9600/9.37=102.5

查鋼結構設計規范得Φ=0.445

鋼管柱最大抗壓強度為：

結構支架滿足穩定性要求。

(2)工況二：單側橫梁受力

①強度驗算。

最大應力為48.7 MPa，小于允許值205MPa，滿足強度要求，輸出計算圖形見圖7。

圖7 應力圖(單位：MPa)

②剛度驗算。施工支架分配梁最大變形為2.9 mm，S=L/500=1950/500=3.9在彈性范圍內，施工臨時支架剛度滿足要求，變形圖見圖8。

圖8 變形圖(單位：mm)

③穩定性驗算。支座反力圖見圖9。

圖9 支座反力圖(單位：t)

最大支反力位26.5 t，鋼管柱按一端鉸接一端固定計算：

長細比=l/i=9600/9.37=102.5

查鋼結構設計規范得Φ=0.445

鋼管柱最大抗壓強度為：

結構支架滿足穩定性要求。

3 結論及建議

3.1 結 論

通過MIDASCivil2006仿真計算表明：臨時支撐結構的剛度、強度及穩定性滿足施工要求。

3.2 對現場施工建議

1)臨時支撐結構的基礎應按要求施工，同時注意基礎的保護，防止地基泡水。

2)鋼箱梁吊裝前，建議對臨時支撐結構進行預壓，合格后進行吊裝。鋼箱梁預起拱時應考慮臨時支撐結構的豎向變形。

3)部分臨時支撐在斜坡面上的臨時支撐結構基礎，建議將原土體挖至水平面或者做成階梯狀，避免基礎沿斜坡面方向不穩定。

4)地基承載力不低于基礎計算要求值。

5)本計算未考慮材料折舊等因素影響，要求支架安裝精度滿足現相關規范要求。

6)支架搭設過程中應保證鋼管位置偏差滿足設計要求，重要節點連接應嚴格按照圖紙要求施工。

7)支架使用過程中應定期檢查，發現樁基沉降過大、支架明顯變形應立即停止作業并采取對應措施處理。

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