■彭 婷 姚汪洋

(1.江西省余干縣房地產(chǎn)管理局，余干 335100；2.江西省余干縣交通運(yùn)輸局，余干 335100 )

連續(xù)剛構(gòu)0#塊托架的設(shè)計(jì)和計(jì)算

■彭 婷1 姚汪洋2

(1.江西省余干縣房地產(chǎn)管理局，余干 335100；2.江西省余干縣交通運(yùn)輸局，余干 335100 )

本文以余干縣馬背咀大橋?yàn)閷?shí)例，介紹預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)0#塊現(xiàn)澆箱梁托架的設(shè)計(jì)和計(jì)算，為同行施工同類型橋梁提供借鑒。

連續(xù)剛構(gòu) 0#塊 托架 設(shè)計(jì)計(jì)算

0 引言

馬背咀大橋是省道S208石寧線跨越信江的一座橋梁，橋梁長(zhǎng)399m,橋跨布置為4×30m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁+(38+2×70+38+35+22)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主橋5#、6#、7#墩0#塊采用托架現(xiàn)澆施工方法施工。

1 托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大橋主橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)，0號(hào)塊與主墩現(xiàn)澆相連，屬剛性連接。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，0號(hào)塊盡量一次澆筑，所以托架設(shè)計(jì)按照0號(hào)塊一次澆筑的工況進(jìn)行計(jì)算。

每個(gè)0號(hào)塊托架分為三部分，縱橋向墩身外側(cè)托架、縱橋向墩身內(nèi)側(cè)托架和橫橋向托架。托架通過(guò)墩身預(yù)埋鋼板與墩身相連，連接位置另設(shè)置有節(jié)點(diǎn)板補(bǔ)強(qiáng)焊接。

1.1 托架布置

托架結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1。

圖1 0號(hào)塊托架布置圖

1.2 托架材料選擇

每個(gè)0#塊縱橋向內(nèi)、外托架各10片，托架主橫梁采用I25b，斜撐桿采用I25b，托架內(nèi)部弦桿采用I25b，墩身預(yù)埋鋼板尺寸為50cm×50cm，δ=20mm，預(yù)埋鋼板連接鋼筋為5根Ф25U形鋼筋，每根預(yù)埋U形鋼筋總長(zhǎng)度為120cm。托架形式及預(yù)埋鋼板與鋼筋連接形式見(jiàn)圖2、圖3和圖4。

每個(gè)0#塊橫橋向墩身外側(cè)每側(cè)布置4片托架，共計(jì)8片。托架主橫梁采用I36b，斜撐桿采用I25b，立桿采用I32b，托架內(nèi)部加強(qiáng)撐采用I25b，預(yù)埋鋼板為 50cm× 50cm，δ=20mm，預(yù)埋鋼板連接鋼筋為5根Ф25鋼筋，預(yù)埋鋼筋長(zhǎng)度為120cm。托架構(gòu)造見(jiàn)圖5。

圖2 順橋向墩身內(nèi)側(cè)托架構(gòu)造圖(單位:cm)

圖3 縱橋向墩身內(nèi)側(cè)托架構(gòu)造圖(單位：cm)

圖4 托架墩身預(yù)埋及連接鋼筋鋼板大樣圖

圖5 橫橋向托架構(gòu)造圖(單位：cm)

2 托架結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

0#塊一次澆筑完成，按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)驗(yàn)算；取受力最不利的順橋向墩身外側(cè)托架進(jìn)行驗(yàn)算。

2.1 荷載計(jì)算

(1)基本荷載

混凝土自重G1:箱梁混凝土C60容重r=26.5kN/m3(考慮0#塊鋼筋比較密集)，箱梁斷面按0#塊根部計(jì)算；

托架和模板重量G4:按砼自重的0.2倍考慮。0#塊根部斷面見(jiàn)圖6。

圖6 0#塊根部斷面圖

每延米腹板的體積 V腹=1×10=10m3，每延米腹板的自重 G腹=10×26.5=265kN；

每延米頂板的體積V頂=A頂×1=5.21m3，每延米頂板自重G頂=5.21×26.5=138.1kN；

每延米底板的體積V底=A底×1=11.3m3，每延米底板自重G底=11.33×26.5=300.1kN；

每延米翼緣板的體積V翼=2.47m3，每延米翼緣板的重量是G翼=65.4kN；

每延米箱梁自重 G1=G腹×2+G頂+G底+G翼×2= 1099kN。

橋梁混凝土區(qū)域劃分見(jiàn)圖7?；炷梁奢d分配表見(jiàn)表1。

圖7 混凝土區(qū)域劃分圖

表1 混凝土荷載分配表

(2)活載人員及設(shè)備荷載G2=3kN/m2=0.3t/m2；振動(dòng)荷載G3=2kN/m2=0.2t/m2。

2.2 結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

托架采用工字鋼、槽鋼等材料，現(xiàn)場(chǎng)組合加工三角形托架，屬于靜定平面桁架。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將托架桁架按理想平面桁架構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，托架和模板自重按砼自重的0.2倍計(jì)算。

按照混凝土一次澆筑狀態(tài)計(jì)算各桿件受力，翼緣板部分混凝土荷載由橫橋向托架承受，縱橋向外側(cè)托架承受0#塊懸臂部分底板、腹板和頂板的混凝土重、模板、托架及施工機(jī)具與人群荷載等計(jì)算荷載按照均布荷載考慮。

(1)荷載及內(nèi)力計(jì)算

由于橫向分配梁置于托架上，橫向分配梁在接受上部縱梁的傳遞力，力學(xué)模型如圖8所示。MIDAS Civil有限元軟件計(jì)算得每個(gè)托架上的反力，然后得到受力最大的托架，對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)算。

圖8 橫向分配梁受力模型圖

由圖8可知，橫向分配梁對(duì)托架施加的最大力值F＝188.1kN。

3根橫向分配梁對(duì)托架施加3個(gè)集中力，MIDAS計(jì)算的托架彎矩見(jiàn)圖9，托架剪力見(jiàn)圖10。

圖9 托架彎矩圖(單位：kN·m)

由圖9可知，Mmax＝41.77kN·m

由圖10可知，最大剪力設(shè)計(jì)值為Vmax＝186.39kN

(2)主橫梁驗(yàn)算

主橫梁選用I25b工字鋼，MIDAS計(jì)算得的彎曲正應(yīng)力如圖11所示：

彎曲正應(yīng)力為：σ＝98.93MPa＜1.3×145MPa＝188.5MPa滿足要求(臨時(shí)結(jié)構(gòu)，取1.3的容許應(yīng)力增大系數(shù))。主橫梁的跨中撓度驗(yàn)算，撓度位移計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖12。

圖10 托架剪力圖(單位：kN)

圖11 托架主橫梁彎曲正應(yīng)力圖

圖12 托架主橫梁撓度圖

其中，最大撓度f(wàn)max＝1.14mm＜[f]＝l/600＝1.46mm；剛度滿足要求。

斜桿Ι25b驗(yàn)算：MIDAS計(jì)算斜桿的應(yīng)力斜桿最大應(yīng)力σmax＝62MPa＜[σ壓]＝140MPa。滿足要求(由此可見(jiàn)，在托架中間的立桿同樣采用Ⅰ25b,可不予驗(yàn)算)。

(3)縱向分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算

縱向分配梁在腹板、底板和頂板各處的受力不同，故在它們的位置處布置不同的均布荷載，各處橫橋向均布荷載換算如下：

G腹＝265kN/m×1.75m＝463.75kN

則承載能力極限狀態(tài)下的力P1＝463.75×1.2×1.2+(G2+ G3)×1.0×1.75×1.4＝680.0kN

其橫橋向均布荷載q1＝680.05/1.0＝680.05kN/m

同理，G頂+G底＝(138.1+300.1)kN/m×1.75m＝766.85kN

則承載能力極限狀態(tài)下的力P2＝766.85×1.2×1.2+(G2+G3) ×7.15×1.75×1.4＝1191.85kN,其橫橋向均布荷載q2＝1191.85/ 7.15＝166.69kN/m

翼緣板由于不作用在縱向分配梁上，故不計(jì)算。

計(jì)算各縱向分配梁承受的反力?？v向分配梁的最大受力為355.89kN，則整根梁受到均布荷載為q＝355.89kN/ 1.8m＝197.72kN/m

縱向分配梁跨度L＝70cm，則Mmax＝ql2/8＝197.72×0.72/ 8＝12.11kN·m，W需＝Mmax/[σw]＝12.11/(145×103)＝83.52cm3

選用I14b作為縱向分配梁，I＝712cm4,W＝102cm3;σ＝M/W＝144.995MPa＜1.3×145MPa＝188.5MPa

f＝5ql4/384EΙx＝5×197.72×7004/(384×2.1×105×7.12× 106)＝0.413mm＜[f]＝700/600＝1.17mm

(4)橫向分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算在橫橋向，托架上共設(shè)有3根橫向分配梁。由于15根縱向分配梁對(duì)3根橫向分配梁施加荷載，在每個(gè)搭接處，每根橫向分配梁承受來(lái)自縱向分配梁的集中力作用，其所受的荷載為每根縱向分配梁施加荷載的1/3。

支點(diǎn)間橫向分配梁受力驗(yàn)算，MIDAS計(jì)算橫向分配梁的彎矩可知，其最大彎矩Mmax＝20.58kN·m；

MIDAS計(jì)算計(jì)算的橫向分配梁應(yīng)力可知，σmax＝80074.77kPa＝80.07MPa＜1.3×145MPa＝188.5MPa;在集中力作用的范圍內(nèi)，橫梁產(chǎn)生的最大撓度f(wàn)max＝0.908mm＜2075/ 600＝3.46mm。

3 小結(jié)

本文以余干縣馬背咀大橋?yàn)楸尘?，?duì)大方量砼的連續(xù)鋼構(gòu)0#塊托架設(shè)計(jì)、墩身鋼板預(yù)埋連接等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，得出以下結(jié)論：

(1)0#塊的托架施工是關(guān)系連續(xù)鋼構(gòu)施工成敗的關(guān)鍵，本文對(duì)托架的設(shè)計(jì)、受力驗(yàn)算、墩身鋼板的預(yù)埋等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，實(shí)踐證明設(shè)計(jì)的0#塊托架是符合工程要求的。

(2)連續(xù)鋼構(gòu)0#塊采用墩身預(yù)埋鋼板與托架焊接施工，該方法節(jié)省材料和人工，施工方便，具有工期短、費(fèi)用省、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益可觀，可以應(yīng)用于其他類似工程施工中，具有推廣價(jià)值。

(3)通過(guò)MIDAS計(jì)算軟件對(duì)0#塊托架受力過(guò)程進(jìn)行擬真計(jì)算，并將分析結(jié)果實(shí)用于工程實(shí)體，通過(guò)實(shí)際施工情況來(lái)看，計(jì)算結(jié)果與施工結(jié)果相吻合，說(shuō)明了計(jì)算結(jié)果的正確性。也為以后類似的橋梁托架設(shè)計(jì)施工提供了借鑒參考。

[1]周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計(jì)算手冊(cè).北京：人民交通出版社.

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

[3]JTG/T F50-2011,公路橋涵規(guī)范[S].