新建商合杭鐵路阜陽(yáng)至杭州段油坊大橋現(xiàn)澆施工支架有限元分析

李貴軍

（中鐵六局集團(tuán)石家莊鐵路建設(shè)有限公司，石家莊 050011）

1 引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，橋梁工程越來(lái)越多。在橋梁施工中，現(xiàn)澆梁支架施工至關(guān)重要，直接影響橋梁的整體施工質(zhì)量、進(jìn)度和安全，成為現(xiàn)澆橋梁施工中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。王曉[1]以寧鹽聯(lián)絡(luò)線道岔連續(xù)梁59#～60#墩的建設(shè)為例，詳細(xì)闡述了其現(xiàn)澆支架的設(shè)計(jì)與施工；譚雪峰[2]對(duì)連續(xù)梁橋現(xiàn)澆箱梁支架施工技術(shù)進(jìn)行了論述，并介紹了支架的搭設(shè)和底板大型鋼筋型鋼支架的設(shè)計(jì)；葛林濤[3]采用MIDAS 有限元軟件對(duì)大懸臂蓋梁現(xiàn)澆支架進(jìn)行驗(yàn)算；強(qiáng)偉亮[4]等分析了道慶洲大橋南接線工程，水上公軌兩用現(xiàn)澆主梁的施工技術(shù)方案，并對(duì)單跨雙層加強(qiáng)型貝雷梁支架組合體系進(jìn)行了有限元法空間結(jié)構(gòu)分析。綜上所述，有必要對(duì)新建工程的現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)進(jìn)行力學(xué)驗(yàn)算和仿真分析，以保證設(shè)計(jì)的安全與合理性。

2 工程概況

油坊大橋是新建鐵路商丘至合肥至杭州鐵路段中阜陽(yáng)至杭州段的新建工程，橋梁中心里程為DK620+628.475，全橋孔跨布置為：32m 簡(jiǎn)支梁+6×32m 道岔連續(xù)梁。其中，道岔連續(xù)梁第一跨為32.6m，第二跨至第五跨均為32.7m，第六跨為32.6m，采用支架現(xiàn)澆法施工。全橋共設(shè)7 道橫隔梁，邊隔板厚1.5m，中隔板厚2.0m，隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過(guò)。梁在頂板、底板和腹板布置縱向預(yù)應(yīng)力鋼束。本橋采用鋼管樁+貝雷梁支架現(xiàn)澆法施工。每跨現(xiàn)澆梁支架均采用3 孔貝雷梁鋼管柱支架。支架具體布置：跨中立柱基礎(chǔ)采用條形擴(kuò)大基礎(chǔ)，兩端鋼管直接設(shè)在承臺(tái)上。

3 有限元模型建立

計(jì)算采用有限元軟件MIDAS 建立整體計(jì)算模型，所有桿件均采用梁?jiǎn)卧：奢d在加載位置按節(jié)點(diǎn)荷載施加，自重通過(guò)重力加速度施加，考慮焊縫綴板等的影響，自重施加時(shí)考慮1.05 倍的系數(shù)。根據(jù)貝雷梁位置建立主跨模型以及橋墩兩側(cè)翼緣板下支架模型。

4 有限元方法計(jì)算

4.1 材料參數(shù)選取

1）混凝土：主梁采用C50，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范取其材料參數(shù)。

2）鋼筋：采用HPB300、HRB400，根據(jù)相應(yīng)規(guī)范取其材料參數(shù)。

3）鋼材：選用Q235 鋼材，彎應(yīng)力[σw]=140MPa，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f =215MPa，剪應(yīng)力[τ]=80MPa，彈性模量E=2.06×105MPa，密度ρ=7 850kg/m3。

4）鋼絞線：采用低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=1860MPa，公稱(chēng)直徑為φs=15.2mm，公稱(chēng)截面積為Ay=139mm2，彈性模量為Ep=1.95×105MPa。

5）鋼管立柱：選用直徑φ 630mm，壁厚10mm 的螺旋鋼管。

6）方木：選取針葉材A-5 類(lèi)杉木，順紋受壓及承壓應(yīng)力[σa]=9.5MPa，順紋彎曲應(yīng)力[σw]=9.5MPa，橫紋承壓應(yīng)力（全面積、局部表面、墊板下）[σah]=1.6MPa、2.3MPa、3.1MPa，彎曲剪應(yīng)力[τ]=1.7MPa，彈性模量E=8.5×103MPa。

7）優(yōu)質(zhì)竹膠合板：順長(zhǎng)度方向[σw]=30MPa，順寬度方向[σw]=240MPa，彈性模量E=7.5×103MPa，重度ρ=8.5kN/m3。

4.2 荷載計(jì)算

4.2.1 1#～6#墩跨支架

縱梁布置考慮混凝土荷載分布的不均勻性，分為翼緣板、腹板、頂?shù)装澹ㄏ涫遥┎糠郑砭壈逄幙v梁間距根據(jù)實(shí)際模板尺寸及支撐位置適當(dāng)調(diào)整位置，腹板和頂?shù)装澹ㄏ涫遥┎糠址謩e按不同間距布置，混凝土計(jì)算時(shí)按縱梁布置分為若干個(gè)部分（半幅）。按寬度分布，橫縱方木接觸點(diǎn)處傳力以點(diǎn)荷載計(jì)算。

4.2.2 墩身兩側(cè)過(guò)渡段之支架

荷載根據(jù)縱梁布置按均布荷載計(jì)算，荷載計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 墩身側(cè)過(guò)渡段之間荷載計(jì)算

5 計(jì)算結(jié)果分析

5.1 1#～6#墩跨支架

1）橫向方木計(jì)算結(jié)果

方木最大組合應(yīng)力值4.7MPa＜[σ]=9.5MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。方木最大變形值14.4mm，相對(duì)最大變形0.5mm，位于跨度0.75m 處，750/400=1.875mm，滿(mǎn)足要求。

2）貝雷梁計(jì)算結(jié)果

弦桿最大軸力為227.2kN＜560kN，豎桿最大軸力為195.8kN ＜210kN，斜桿最大軸力為142.2kN＜171.5kN，軸力強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。變形最大值位于10.4m 跨處，為14.2mm＜10400/400=26mm，滿(mǎn)足要求。

3）3I32b 柱頂橫梁計(jì)算結(jié)果

3 I 3 2 b 柱頂橫梁最大彎矩2 5 9.1 k N·m。最大剪應(yīng)力：69.8MPa＜[τ]=80MPa，滿(mǎn)足要求。最大組合應(yīng)力：119.6MPa＜[σ]=140MPa，滿(mǎn)足要求。最大豎向變形4.7mm，位于懸臂端，而相對(duì)變形為3.5mm，懸臂長(zhǎng)度為1.9m，取容許變形值1900/250=7.6mm＞3.5mm，滿(mǎn)足要求。

4）立柱計(jì)算結(jié)果

立柱底部最大豎向反力為997.3kN，滿(mǎn)足要求。

5.2 連續(xù)梁邊跨支架

1）貝雷梁計(jì)算結(jié)果

弦桿最大軸力為175.6kN＜560kN，豎桿最大軸力為184.5kN ＜210kN，斜桿最大軸力為130.5kN＜171.5kN，軸力強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求。變形最大值位于邊跨跨中位置，為10mm＜9000/400=22.5mm，滿(mǎn)足要求。

2）3I32b 柱頂橫梁彎矩計(jì)算結(jié)果

3 I 3 2 b 柱頂橫梁最大彎矩2 3 1.7 k N·m。最大剪應(yīng)力：65.6MPa＜[τ]=80MPa，滿(mǎn)足要求。最大組合應(yīng)力：107MPa＜[σ]=140MPa，滿(mǎn)足要求。最大豎向變形4.2mm，位于懸臂端，而相對(duì)變形為3.1mm，懸臂長(zhǎng)度為1.9m，取容許變形值1900/250=7.6mm＞3.1mm，滿(mǎn)足要求。

3）立柱計(jì)算結(jié)果

立柱底部最大豎向反力924.2kN，滿(mǎn)足要求。

5.3 墩身兩側(cè)過(guò)渡段之支架

根據(jù)貝雷梁位置建立計(jì)算模型。通過(guò)計(jì)算，支撐結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)力為28.5MPa，最大組合應(yīng)力為61.3MPa，均滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。支架縱梁跨度4.38m，最大豎向變形位于縱梁跨中附近，最大值3.9mm＜4380/400=10.95mm，所以，剛度滿(mǎn)足要求。縱梁上翼緣通過(guò)間距小于1.2m 的10#槽鋼連為整體，整體穩(wěn)定性也滿(mǎn)足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析計(jì)算，支架結(jié)構(gòu)各桿件均滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求，證明了油坊大橋現(xiàn)澆施工支架設(shè)計(jì)的合理性。采用上述支架，安全順利地完成了32m 簡(jiǎn)支梁+6×32m道岔連續(xù)梁現(xiàn)澆支架的施工，各項(xiàng)質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)均滿(mǎn)足施工規(guī)定要求，表明該現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與施工是成功的，為同類(lèi)現(xiàn)澆支架在橋梁工程的推廣應(yīng)用積累了技術(shù)資料，可供類(lèi)似工程參考。