林 超

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司)

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馬嶺河特大橋橋塔上橫梁施工方案及設(shè)計(jì)計(jì)算

林 超

(貴州高速公路集團(tuán)有限公司)

通過工程實(shí)例介紹結(jié)構(gòu)計(jì)算在工程施工中的應(yīng)用，達(dá)到縮短工期、保證施工安全以及質(zhì)量要求、節(jié)約施工成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的作用。

上橫梁；荷載；分配梁；主梁；牛腿

1 概況介紹

汕昆高速公路馬嶺河特大橋位于貴州省黔西南州境內(nèi)，大橋全長1 380 m，主塔高度196 m，主橋主跨為360 m雙塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，兩邊孔跨徑155 m。在貴州省內(nèi)同類橋型中屬最大、跨徑在全國同類型鋼筋砼斜拉橋中亦屬于較大跨徑?，F(xiàn)以8號(hào)橋塔上橫梁支架設(shè)計(jì)計(jì)算為例，介紹結(jié)構(gòu)計(jì)算在工程施工中的應(yīng)用。

2 結(jié)構(gòu)布置形式

馬嶺河特大橋上橫梁頂面高程為1 213.174 m,單箱單室斷面寬5.0 m，高4.0 m，頂?shù)装搴穸葹?.6 m，腹板厚度為0.8 m，橫梁橫橋向長14.758 m，橫梁混凝土分兩次澆注完成，第一次澆注2.8 m，第二次澆注1.2 m。

上橫梁施工支架由五片主梁組成，單片主梁采用2HN900×300×16/28的型鋼，其兩端擱置卸荷沙箱上，卸荷沙箱放置在設(shè)置于塔肢上的鋼牛腿上，分配梁采用I25a型工字鋼按75 cm間距均布于主梁上，單片主梁間用I14型工字鋼作為橫向聯(lián)系。

3 荷載計(jì)算

3.1 荷載計(jì)算

(1)上橫梁恒載：196.6 m3混凝土，計(jì)算時(shí)考慮施工偏差，乘以系數(shù)1.05，故上橫梁自重=196.6×1.05×26=5 367.2 kN， 模板荷載:2 kPa。

(2)施工荷載：施工人員、機(jī)械荷載取2.5 kPa?；炷羶A倒(混凝土由導(dǎo)管輸送)荷載取2 kPa?；炷琳駬v荷載取2 kPa。共計(jì)6.5 KPa。

3.2 計(jì)算工況

支架設(shè)計(jì)按上橫梁混凝土一次全部澆注完成。

3.3 上橫梁計(jì)算截面

上橫梁計(jì)算截面簡化如圖1。

圖1 上橫梁計(jì)算截面

4 分配梁計(jì)算

分配梁采用I25a型工字鋼，布置間距為75 cm，截面特性如下：

建立分配梁計(jì)算模型如下：

上橫梁空心段自重分配：

恒載為上橫梁自重、模板，活載有施工荷載。其中：

上橫梁實(shí)心段自重分配：

恒載為上橫梁自重、模板，活載有施工荷載。此時(shí)q1=q2=101.0 kN/m。

采用midas軟件計(jì)算匯總?cè)绫?。

表1 分配梁計(jì)算表

應(yīng)力和變形均滿足規(guī)范要求。

5 主梁計(jì)算

單片主梁采用2HN900×300×16/28的型鋼，在其頂?shù)酌婧附雍穸葹?.5 cm厚的鋼板，以增加工字鋼上下翼緣板厚度，并使兩片型鋼形成箱型截面，共設(shè)置5片主梁。

根據(jù)分配梁計(jì)算結(jié)果，選取空心段分配梁的最大反力處的主梁以及實(shí)心段分配梁的最大反力處的主梁兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算。由以上分配梁反力輸出可知，第2、4片主梁受力最大，故對(duì)該處主梁進(jìn)行受力分析。

第2、4片主梁設(shè)計(jì)荷載為該處的反力，在橫梁空心段其值=59.9/0.75=79.9 kN/m，在橫梁實(shí)心段其值=129.7/0.75=172.9 kN/m。

采用midas軟件計(jì)算匯總?cè)绫?。

表2 主梁計(jì)算表

以上均滿足規(guī)范要求。

(1)主梁整體穩(wěn)定性計(jì)算。

對(duì)于箱型截面簡支梁，其截面尺寸滿足h/b0≤6，l1/b0≤95(235/fy)，符合上述規(guī)定的箱型截面簡支梁，滿足要求。

由主梁截面可知：

h/b0=900/300=3≤6，l1/b0=14 500/300=48.3≤95(235/fy)=95，滿足要求。

(2)主梁局部穩(wěn)定性計(jì)算。

組合梁腹板配置加勁肋符合下列規(guī)定：當(dāng)h0/tw≤80(235/fy)0.5時(shí)，對(duì)有局部壓應(yīng)力的梁，應(yīng)按構(gòu)造配置橫向加勁肋。

由主梁截面可知：

h0/tw=(900-28×2)/16=52.8≤80(235/fy)0.5=83.6，故只需按構(gòu)造配置橫向加勁肋。由于主梁在集中荷載作用處(即貝雷片作用處)設(shè)置有支承加勁肋，兼有中間橫向加勁肋的作用，故不再設(shè)置中間橫向加勁肋。

6 牛腿計(jì)算

6.1 牛腿計(jì)算荷載

由邊跨主梁反力輸出可知：牛腿作用力為876.8 kN，方向豎直向下。設(shè)計(jì)牛腿采用嵌入式鋼牛腿，兩個(gè)為一組。

6.2 牛腿受力分析

牛腿受力分析時(shí)將每組牛腿作用力簡化為由2個(gè)牛腿承擔(dān)，故只對(duì)單個(gè)牛腿進(jìn)行受力分析， 其中N1為牛腿上部荷載作用力，其大小為N1=876.8/2=438.4 kN。N2為精軋螺紋鋼筋預(yù)拉力，大小由計(jì)算確定。N3、N4為牛腿底面(即預(yù)埋鋼盒內(nèi)部壓力面)和牛腿正面(即塔肢表面壓力面)均布荷載簡化至壓力面形心的集中荷載的反力，大小由計(jì)算確定。故由靜力平衡方程可知：N1=N3=438.4kN，N2=N4≥0.5/0.7×438.4=313.1，取400 kN。

6.3 牛腿底面混凝土局部承壓驗(yàn)算

由上可知，與牛腿底面接觸的混凝土面較為不利，故對(duì)其混凝土進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算。由《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.7.1條和第5.7.2條可知：5.7.1 配置間接鋼筋的混凝土構(gòu)件，其局部受壓區(qū)的截面尺寸應(yīng)滿足下列要求：

γ0Fld≤ηsβfcdAln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

即得Aln≥95.6cm2

實(shí)際Aln=Al=0.04m2=400cm2，滿足規(guī)范要求。

配置間接鋼筋的局部受壓構(gòu)件，其局部受壓承載力應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：

γ0Fld≤0.9(ηsβfcd+kρvβcorfsd)Aln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

fsd=195MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

局部承壓區(qū)設(shè)置6層80×80mm直徑為12的鋼筋網(wǎng)。

則

n1=4

As1=1.131cm2

l1=30cm

n2=6

As2=1.131cm2

L2=40cm

Acor=30×40=1 200cm2

s=8cm

故

ρv=0.042

k=2.0

βcor=1.732

則公式左邊=482.2kN

公式右邊=2 531.5kN>左邊，滿足規(guī)范要求。

6.4 牛腿強(qiáng)度驗(yàn)算

牛腿最不利位置是與塔肢混凝土表面平齊的剪切面，對(duì)該面進(jìn)行抗剪驗(yàn)算。

該處牛腿的剪切面積計(jì)算

Sτ=0.4×0.02×2=0.016m2

牛腿的抗剪切容許應(yīng)力[τ]=85MPa

故該處最大容許剪力Q=Sτ×[τ]=0.016×85=1 360kN>438.4kN，滿足規(guī)范要求。

7 結(jié) 論

經(jīng)過對(duì)上橫梁支架體系的強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性計(jì)算，上橫梁支架的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)體系安全可靠，可以在實(shí)際施工中進(jìn)行應(yīng)用。

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

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)[S].

[3] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)[S].

[4] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD62-2004)[S].

2014-10-29

林超(1979-)，男，中級(jí)工程師，研究方向：工程管理。

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1008-3383(2015)09-0119-02