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        交通門洞設(shè)計(jì)計(jì)算分析

        2015-01-12 02:17:20李文靜
        山西交通科技 2015年3期
        關(guān)鍵詞:木方雙拼門洞

        李文靜

        (山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,山西 太原 030012)

        在公路立體交叉的建設(shè)中,當(dāng)采用現(xiàn)澆橋梁上跨既有公路時(shí),為了保證被跨越公路的交通不被中斷,常采用交通門洞的形式。保證交通門洞的安全性對于上部橋梁的施工以及橋下車輛、行人的安全具有非常重要的作用。在實(shí)際的施工中,由于交通門洞造成生命財(cái)產(chǎn)損失的例子并不鮮見[1]。因此,保證交通門洞結(jié)構(gòu)的安全性具有重要的意義。

        某高速公路TJ4合同段洪山互通立交D匝道橋上跨揭普高速公路,上部結(jié)構(gòu)采用(2×30+2×25)m的現(xiàn)澆箱梁,梁體為單箱單室、等高度、變截面箱梁,高度為1.75 m,箱體寬度為5.5 m,兩側(cè)翼緣板各寬2.5 m。為了保證揭普高速公路的正常通行,施工中擬采用交通門洞跨越的形式。

        1 門洞設(shè)計(jì)原則

        a)門洞設(shè)計(jì)高度為5.05 m。

        b)門洞寬度需跨越超車道和行車道,保證雙車道同時(shí)通行且不分離,門洞基礎(chǔ)間凈跨徑為8.25 m,門洞基礎(chǔ)間中至中距離為9.05 m。

        c)為保證門洞系統(tǒng)的穩(wěn)定性,門洞頂面標(biāo)高水平,箱梁箱體模板底至支架頂面標(biāo)高大于60 cm時(shí),梁底模板橫坡采用短鋼管+頂托進(jìn)行調(diào)平;小于60 cm時(shí),采用楔形方木支架系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)平。

        d)支架系統(tǒng)采用鋼管柱頂設(shè)置砂箱進(jìn)行,最大下沉高度為10 cm。

        e)支架系統(tǒng)需預(yù)壓消除非彈性變性;卸載后,先采用千斤頂將支架系統(tǒng)整體抬升,橫梁底墊鋼板的辦法進(jìn)行調(diào)平。

        2 門洞設(shè)置的具體情況

        為保證施工過程中,交通正常通行,結(jié)合道路寬度,在揭普高速左、右幅各搭設(shè)施工門洞,門洞凈高為5.05 m,A匝道2號橋左幅、右幅,順揭普高速公路方向的長度為15 m,基礎(chǔ)中至中距離(跨徑計(jì)算距離)為9.05 m;門洞基礎(chǔ)采用1.2 m高預(yù)制配筋混凝土基礎(chǔ),尺寸為0.8 m×2.0 m×1.2 m(寬×長×高)。鋼管支墩采用φ630鋼管,壁厚10 mm,每側(cè)均勻布置5~6條,鋼管柱間距為3 m,凈距為2.37 m。鋼管柱頂設(shè)雙拼I36b工字鋼橫梁;在橫梁上布置I50b工字鋼做為縱向分配梁,分配梁間距為50 cm,在兩側(cè)翼緣板處的間距為90 cm。在分配梁上先滿鋪一層18 mm厚木夾板做為防落板,要求鋪設(shè)時(shí),接縫需嚴(yán)密;再在防落板上滿鋪一層(50×200)mm實(shí)木板做橫向分配梁。

        圖1 交通門洞單側(cè)示意圖

        3 門洞主要構(gòu)件計(jì)算

        3.1 荷載傳遞路徑

        經(jīng)分析,本橋門洞荷載的傳遞路徑為結(jié)構(gòu)自重→夾板→橫向分配木方→縱向木方→立桿→平臺(5×20)cm木方→縱向工字梁→橫向雙拼工字梁→鋼管柱頂砂箱鋼管柱→預(yù)制塊基礎(chǔ)→原有道路地基。

        3.2 荷載計(jì)算

        3.2.1 鋼筋混凝土自重

        箱梁鋼筋混凝土自重屬均布荷載,直接作用于底模及側(cè)模,經(jīng)計(jì)算箱梁各部位向下傳遞的自重荷載為:

        橫梁、腹板處 g1-1=1.75×26=45.5 kN/m2;

        箱體處 g1-2=0.47×26=12.2 kN/m2;

        翼緣板處(平均)g1-3=0.38×26=9.88 kN/m2.

        3.2.2 竹膠板底模及防落層底模自重(板厚δ=1.8 cm 容重 γ=6 kN/m3)

        3.2.3 橫向木方自重(10×10 cm@30 cm)

        3.2.4 縱向木方自重(10×10 cm,腹板處間距0.25 m,底板處間距0.5 m,翼緣板處間距0.8 m)

        橫梁、腹板處 g4-1=0.1×0.1×6/0.25=0.24 kN/m2;箱體處 g4-2=0.1×0.1×6/0.5=0.12 kN/m2;

        翼 緣 板 處(平 均)g4-3=0.1×0.1×6/0.8=0.075 kN/m2.

        3.2.5 支架體系自重

        3.2.5.1 單根鋼管自重

        按2 m的支架高度計(jì)算鋼管自重荷載(含配件、剪刀撐及水平拉桿等),φ48×3.5鋼管單位重為3.84 kg/m,加配件乘以系數(shù)2.0,則立桿自重平均分配到底層的荷載為:

        3.2.5.2 鋼管支架體系自重

        鋼管支架在橫梁、腹板區(qū)布置間距為0.25 m×0.6 m,箱體處為0.5 m×0.6 m,翼緣板處間距為0.9 m×0.6 m。則鋼管支架的分布荷載為:

        橫梁、腹板處 g5-1=0.154/(0.25×0.6)=1.03 kN/m2;

        箱體處 g5-2=0.154/(0.5×0.6)=0.513 kN/m2;

        翼緣板處g5-3=0.154/(0.9×0.6)=0.285 kN/m2.

        3.2.6

        施工機(jī)具及人員荷載

        3.2.7 傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載

        3.2.8 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載

        3.3 構(gòu)件計(jì)算

        通過分析,本門洞設(shè)計(jì)中夾板、橫向分配木方、縱向分配木方、立桿、平臺(5×20)cm木方等構(gòu)件在滿足構(gòu)造要求的條件下能夠滿足受力要求,本文僅對其余構(gòu)件進(jìn)行受力計(jì)算。

        3.3.1 立桿計(jì)算

        3.3.1.1 立桿軸向荷載計(jì)算

        據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》,采用φ48×3.5鋼管作支架,當(dāng)橫桿步距為1.2 m時(shí),對接立桿的容許荷載[N容]=33.1 kN。

        腹板下立桿底部承受豎向荷載為:

        N=0.25×0.6×[1.2×(g1-1+g2+g3+g4-1+g5-1)+1.4×(g6+g7+g8)]=0.25×0.6×(56.6+7.7)=9.645 kN<[N容]=33.1 kN.

        結(jié)論:單根立桿承受荷載滿足容許荷載要求。

        3.3.1.2 立桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

        立桿的計(jì)算長度為l0為120 cm,截面回轉(zhuǎn)半徑i=1.58 cm,則長細(xì)比λ=l0/i=120 cm/1.58 cm=76,查閱相關(guān)材料力學(xué)書籍可得穩(wěn)定系數(shù)為φ=0.715,則立桿的穩(wěn)定性計(jì)算為:

        故立桿的穩(wěn)定性滿足要求。

        3.3.2 工字鋼縱梁計(jì)算

        根據(jù)平面布置,門洞工字鋼縱梁與現(xiàn)澆箱梁斜交(斜交角為25°),當(dāng)箱梁的腹板位于工字鋼縱梁的跨中時(shí),受力最為不利(如圖2)。此時(shí),經(jīng)計(jì)算,工字鋼縱梁所承受荷載如圖3。

        圖2 工字鋼縱梁與路線相對位置示意圖(單位:m)

        圖3 工字鋼縱梁受力簡圖

        經(jīng)計(jì)算工字鋼縱梁所承受的分布荷載為:腹板區(qū)32.2 kN/m;箱體區(qū)11.8 kN/m;翼緣板區(qū)10.3 kN/m,如圖3。

        采用力學(xué)分析軟件計(jì)算得:工字鋼縱梁最大彎矩Mmax=201.8 kN·m;最大剪力Qmax=75.8 kN,則工字鋼縱梁I50b的強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果為[2]:8.9 MPa≤125 MPa.

        因此,縱梁強(qiáng)度滿足要求。

        跨中撓度 fmax=1.665cm<l0/400=9.05×100/400=2.263 cm,變形滿足要求。3.3.3 雙拼I36b工字鋼橫梁計(jì)算

        雙拼工字鋼橫梁I36b承受來自工字鋼橫梁的支反力,可以簡化為四跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。假定縱梁反力均取最大值78.5 kN,則橫梁受力簡圖如圖4。

        圖4 雙拼工字鋼橫梁受力簡圖

        采用力學(xué)分析軟件計(jì)算得:雙拼工字鋼橫梁最大彎矩Mmax=110.3 kN·m;最大剪力Qmax=246.8 kN,則工字鋼縱梁I50b的強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果為:

        因此,縱梁強(qiáng)度滿足要求。

        跨中撓度fmax=0.29 cm<l0/400=3.0×100/400=0.75 cm,變形滿足要求。

        3.3.4 鋼管立柱受力分析

        鋼管立柱選取φ630鋼管,壁厚10 mm,材質(zhì)為A3鋼,高為5.05 m,承受雙拼工字鋼橫梁傳來的最大反力F=538.0 kN.

        3.3.4.1 穩(wěn)定性驗(yàn)算

        鋼管柱的慣性矩I=1/64×π×(0.634-0.614)=9.362×10-4m4,

        因此,穩(wěn)定性滿足要求。

        3.3.4.2 柱身強(qiáng)度驗(yàn)算

        鋼管柱面積A=1/4π×(0.632-0.612)=0.035 7 m2;

        柱身重量 G=Al×7.85×103×9.8=2 746.4 N≈2.75 kN;

        長細(xì)比 λ=l/i=5.05/(I/A)0.5=5.05/(9.362×10-4/0.035 7)0.5=31.2;

        查相關(guān)手冊可得φ=0.9;

        則鋼管柱應(yīng)力

        經(jīng)計(jì)算,強(qiáng)度滿足要求。

        4 結(jié)語

        本文通過一座匝道橋門洞的計(jì)算實(shí)例,詳細(xì)地介紹了匝道橋門洞的設(shè)計(jì)原則及計(jì)算過程,對于交通門洞的設(shè)計(jì)計(jì)算具有一定的參考意義。

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