趙 越

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院)

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城市高架橋貝雷梁支架受力分析

趙 越

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院)

以昆山石浦高架橋?yàn)榘咐槍?duì)施工中對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、適用性的需求，采用midas civil 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)現(xiàn)澆梁貝雷支架臨時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，保證結(jié)構(gòu)安全的前提下對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的目的。

Midas civil 軟件應(yīng)用；貝雷梁支架；臨時(shí)結(jié)構(gòu)

1 工程概況

石浦高架橋位于昆山市東城大道快速化改造二期工程南段，橋梁中心樁號(hào)為K3+860，起點(diǎn)樁號(hào)K3+200，終點(diǎn)樁號(hào)K4+520。全橋共2個(gè)橋臺(tái)，43個(gè)橋墩，分14聯(lián)，其中1-6聯(lián)及9-14聯(lián)為3×30 m一聯(lián)，7-8聯(lián)為4×30 m一聯(lián)。

上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。箱梁梁高為2 m，連續(xù)箱梁均為等截面箱梁，箱梁底板、頂板形成雙向2%橫坡。箱梁為單箱四室截面。箱梁底寬17.0 m，頂寬為26.0 m，箱梁頂板厚度為25 cm；箱梁腹板厚度取用40 cm，加厚段腹板厚度為70 cm；箱梁底板厚度變化范圍20～40 cm；翼緣板厚度20 cm，根部厚度60 cm。

其中石浦高架橋16#～17#墩，34#～35#墩橋跨部分分別須跨越石浦中心河西橋(1～13 m)，計(jì)家臺(tái)浜新建橋(1～13 m)板梁橋，橋梁上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，為便于施工，確保小橋的安全，在緊靠?jī)勺虻臉蚺_(tái)后分別設(shè)置一排混凝土地梁，然后在混凝土地梁上設(shè)置貝雷片，貝雷片上鋪設(shè)工字鋼，工字鋼上搭設(shè)WDJ碗扣式支架進(jìn)行箱梁施工，支架搭設(shè)如圖1，圖2。

鋼筋混凝土地梁，設(shè)置于兩座小橋橋臺(tái)后，長(zhǎng)×寬×高=28×1×1 m，混凝土等級(jí)C30，在非老路面上采用5%灰土兩層40 cm處理，壓實(shí)度200 kPa，方向平行于小橋臺(tái)帽。

在地梁上架設(shè)15 m長(zhǎng)321雙排單層貝雷片，共20組，方向平行于道路中心線，每組貝雷片根據(jù)橫向立桿的布置間距隔一個(gè)布置一組。

貝雷片上鋪設(shè)2根1組14工字鋼(2根1組并列排設(shè))，間距按支架立桿縱向間距定，方案垂直于道路中心線。

圖1 跨橋孔支架立面圖(單位：cm)

圖2 跨橋孔支架斷面圖(單位：cm)

2 建立模型

由于貝雷梁桿件較多，傳統(tǒng)分桿件的計(jì)算方法計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，桿件受力計(jì)算較保守，不能充分利用材料強(qiáng)度，造成材料的浪費(fèi)，采用midas 計(jì)算軟件對(duì)整個(gè)貝雷支架進(jìn)行建模，根據(jù)梁體重量、施工荷載乘以相應(yīng)的安全系數(shù)后加載，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。

石浦高架橋16#～17#墩，34#～35#墩橋跨部門(mén)分別須跨越石浦中心河西橋(1～13 m)，計(jì)家臺(tái)浜新建橋(1～13 m)板梁橋，梁體底模下部采用碗扣式支架，立桿步距1.2 m，立桿的縱、橫間距0.9 m，頂托上部縱向分配梁采用[10 槽鋼，縱向間距0.9 m，跨度0.9 m，橋縱向采用貝雷梁， [10#槽鋼上部采用0.1×0.1×0.1 方木，間距0.30 m，跨度0.9 m。

2.1 添加截面和材料

貝雷梁支架材料為16Mn 鋼，選取當(dāng)國(guó)標(biāo)中的16Mn鋼，支架橫向分配梁采用Q235 鋼材，選取國(guó)標(biāo)中對(duì)應(yīng)的Q235 鋼材，參見(jiàn)圖3。

圖3 材料選擇界面

2.2 建立、擴(kuò)展單元

首先建立貝雷片模型，通過(guò)對(duì)單片貝雷片的復(fù)制和擴(kuò)展單元建立貝雷支架的整體模型，貝雷片上、下弦桿由兩根10#槽鋼(背靠背)組成，豎桿均有8#工字鋼自稱(chēng)，橫向支撐架采用L63角鋼。

2.3 添加邊界條件

整體模型是在空間體系下建立，因此要根據(jù)支架實(shí)際邊界情況，由于是簡(jiǎn)支，所以貝雷梁左下角節(jié)點(diǎn)采用D-all(開(kāi))，Rz(開(kāi))，右下角節(jié)點(diǎn)Dz(開(kāi))，Rz(開(kāi))。由于貝雷片連接采用螺栓連接，因此要釋放螺栓連接處的彎矩。

邊界類(lèi)型一：貝雷梁左下角節(jié)點(diǎn)，參見(jiàn)圖4。

邊界條件二：貝雷片螺栓連接處釋放梁端彎矩，參見(jiàn)圖5。

圖4 貝雷梁左支點(diǎn)

圖5 貝雷片螺栓連接處釋放梁端彎矩

2.4 施加荷載

荷載參數(shù)：

(1)模板自重標(biāo)準(zhǔn)值：Q1=2 kN/m2

(2)新澆混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值：Q2=25 kN/m3

(3)施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q3=2.5 kN/m2

(4)澆筑和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Q4=3.0 kN/m2

(5)其他荷載Q5=3.0 kN/m2

根據(jù)貝雷梁上工字鋼平面布置圖，總長(zhǎng)共計(jì)504 m(18檔，每檔28 m長(zhǎng))，每組由2根14工字鋼并列排設(shè)，則工字鋼總重=504×2×16.9=17 035.2 kg=170 kN

計(jì)算箱梁跨中橫截面面積約為16 m2

正常施工時(shí)貝雷梁承受的總荷載為

q=(Q1+Q3+Q4+Q5)×26+Q2×16+170/15=273+400+11.3=684.3 kN/m

超載預(yù)壓時(shí)貝雷梁承受的總荷載為

q=Q5×26+Q2×16×120%+170/15=78+480+11.3=569.3 kN/m

則驗(yàn)算時(shí)取q=684.3 kN/m

根據(jù)貝雷梁平面布置圖，每組貝雷梁承受的荷載為q=684.3/20=34.215 kN/m。

則每片貝雷梁的均布荷載為34.215/2=17.107 kN/m，見(jiàn)圖6。

Midas 軟件可以根構(gòu)件的實(shí)際重量自動(dòng)添加模型自重，自重按照恒荷載工況添加后和梁體荷載組合計(jì)算，梁體荷載已經(jīng)添加組合系數(shù)，荷載組合時(shí)按照自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2，梁體荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0，見(jiàn)圖7。

圖6 梁部施加荷載

圖7 荷載組合

3 結(jié)果分析

3.1 支架強(qiáng)度分析

貝雷梁最大應(yīng)力為221 MPa，16 Mn鋼材容許應(yīng)力為260 MPa，因此貝雷梁強(qiáng)度滿足要求。見(jiàn)圖8、圖9。

3.2 支架剛度分析

最大位移為跨中處為28.37 mm，L/400=15 000/400=37.5 mm 滿足要求，圖10。

圖8 貝雷梁查看應(yīng)力界面

圖9 貝雷梁應(yīng)力

圖10 貝雷梁位移

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)對(duì)臨時(shí)支架的計(jì)算，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的要求，計(jì)算采用容許應(yīng)力法，容許應(yīng)力設(shè)計(jì)應(yīng)用簡(jiǎn)便，是工程結(jié)構(gòu)中的一種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，目前主要應(yīng)用在公路、鐵路工程設(shè)計(jì)中。它的主要缺點(diǎn)是由于單一安全系數(shù)是一個(gè)籠統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，因之給定的容許應(yīng)力不能保證各種結(jié)構(gòu)具有比較一致的安全水平，也未考慮荷載增大的不同比率或具有異號(hào)荷載效應(yīng)情況對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，計(jì)算結(jié)果比較保守，實(shí)際施工當(dāng)中可以按照理論的計(jì)算結(jié)果并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于一些臨時(shí)結(jié)構(gòu)可以用理論容許應(yīng)力乘以一個(gè)不大于1.3的系數(shù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工表明，滿足結(jié)構(gòu)的功能要求，保證結(jié)構(gòu)安全的前提下達(dá)到結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。

[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003)[S].

[2] 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB50068-2001)[S].

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006 局部修訂版)(GB50009-2001)[S].

[4] 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB50205-2001)[S].

[5] 碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700-2006)[S].

[6] 夏志斌,姚諫.鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計(jì).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

2015-05-12

趙越(1981-)，男，講師，研究方向：交通土建。

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1008-3383(2015)11-0096-02