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        高架橋鋼筋混凝土蓋梁鋼砂筒支架施工安全驗(yàn)算

        2019-12-19 02:39:16
        城市道橋與防洪 2019年12期
        關(guān)鍵詞:蓋梁高架橋橋臺(tái)

        王 青

        (蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州730070)

        1 概 述

        西北某縣快速路某互通立交北側(cè)匝道平面交叉口與現(xiàn)有G109線(xiàn)相接,終點(diǎn)位于某市八里灣,與現(xiàn)有G109線(xiàn)城關(guān)段和北環(huán)路大砂溝互通立交順接。全長(zhǎng)11.09 km,路幅寬度33m,雙向六車(chē)道;高架橋長(zhǎng)度9.658 km,斷面寬度17.50 m,雙向四車(chē)道,瀝青混凝土路面,加寬段橋面寬度37.5 m,匝道寬度為8m。

        主線(xiàn)橋梁墩柱共649根,全部為方柱結(jié)構(gòu)1.8m×1.8m。最高為16.5m,最低為1m。匝道橋梁下墩柱共56根,1.3m×1.3m方柱,均采用C35混凝土澆筑。其中超過(guò)8m的墩柱共計(jì)204根。

        主線(xiàn)混凝土蓋梁形式基本一致,橋臺(tái)蓋梁橫橋向?qū)?6.7m,連續(xù)墩,過(guò)渡墩蓋梁16.2m×2m×2m,加寬段37.1m×2m×2m。A、B、C、D匝道蓋梁8m×2m,橋臺(tái)尺寸8m×1.2m。主線(xiàn)橋臺(tái)兩座,蓋梁(16.2m×8m)319座,橋臺(tái)(16.7m×2m)2座,加寬段(37.1 m×2 m)11座。A匝道橋臺(tái)1座,蓋梁9座;B匝道橋臺(tái)1座,蓋梁9座;C匝道橋臺(tái)1座,蓋梁5座;D匝道橋臺(tái)1座,蓋梁5座。主線(xiàn)蓋梁距墩柱最邊緣5.35m,加寬段蓋梁距墩柱最邊緣2.7m。主線(xiàn)蓋梁采用預(yù)應(yīng)力7束1715.2。全線(xiàn)高墩柱及蓋梁高度都集中在219#~284#墩,高度分別為9~14.5m。

        蓋梁結(jié)構(gòu)如圖1所示,項(xiàng)目主線(xiàn)橋高墩蓋梁統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

        圖1 蓋梁結(jié)構(gòu)圖(單位:cm)

        表1 項(xiàng)目主線(xiàn)橋高墩蓋梁統(tǒng)計(jì)

        2 蓋梁安全布置

        蓋梁安全布置如圖2所示。

        圖2 蓋梁布置立面、側(cè)面圖

        3 驗(yàn)算過(guò)程

        高架橋蓋梁施工采用鋼砂筒法,現(xiàn)澆蓋梁長(zhǎng)度16.2 m(H=2m,b=2m),混凝土方量55.6 m3,鋼筋7.8 t,鋼絞線(xiàn)2.3 t。

        3.1 荷載種類(lèi)

        (1)混凝土平均荷載:q1=55.6×2.5×10/16.2/2=42.9(kN/m2)。

        (2)鋼筋及鋼絞線(xiàn):q2=(7.8+2.3)×10/16.2/2=3.12(kN/m2)。

        (3)模板:q3=23×10/16.2/2=7.09(kN/m2)。

        (4)施工人員、機(jī)械重量:q4=3 kN/m2。

        (5)傾倒和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生沖擊荷載:q4=1.0 kN/m2。

        (6)風(fēng)荷載:q5=ωk=0.7μzμsω0。

        (7)400mm蓋梁兩側(cè)各設(shè)置通長(zhǎng)工字鋼作為主梁,L1=18.2m、L2=6.1m各兩根:Q5=48.6×73.8×9.8=35.2(kN)。

        (8)300mm工字鋼(L=3m)5根:q6=15×57.7×9.8=8.5(kN)。

        (9)方木每道的鋪設(shè)長(zhǎng)度(按忽略橋墩計(jì)算)為4m,布置28道,參照相關(guān)資料p木=6.0 kN/m3,所以方木的重量為Q7=Vp木=4×28×0.1×0.15×6=10.08(kN)。

        內(nèi)鋼筒上托盤(pán)(50 cm×50 cm×1.5 cm)10塊:0.5×0.5×0.015×7.85×10×9.8/1 000=2.88(kN)。

        內(nèi)鋼筒下托盤(pán)(40 cm×40 cm×1.5 cm)10塊:0.4×0.4×0.015×7.85×10×9.8/1 000=1.85(kN)。

        安全系數(shù)取1.5。

        3.2 方木承載力驗(yàn)算

        方木上部 承受q1、q2、q3、q4共同作用下的荷載,故q=(42.9+3.12+3+7.09)×2×16.2/4/28=16.23(kN/m)。

        3.2.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

        取方木最大跨徑1m,按最不利條件(簡(jiǎn)支狀態(tài))計(jì)算,則有Ix=bh3/12=28 125 000(mm4)。

        截面抵抗矩Wx=bh2/6=375 000(mm3),則最大彎距為MAB=qL2/8=1/8×16.23=2.03(kN·m)。

        由彎矩強(qiáng)度公式δ=MAB/Wx,可得δmax=2.03×106/3.75×105=5.4(MPa)<[σ]=13MPa,符合要求。

        3.2.2 撓度計(jì)算

        根據(jù)規(guī)范,對(duì)支架的允許撓度值按照L/400來(lái)進(jìn)行控制,則[f]=L/400=2.5(mm),則有fAB=0.75mm<[f]=2.5mm,符合要求。

        3.3 工字鋼驗(yàn)算

        3.3.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

        工字鋼所承受的荷載為Q工=(q1+q2+q3+q4+q7)=42.9+3.12+7.09+3)×16.2×2+10.08=1 828.044(kN)。

        根據(jù)砂筒布置計(jì)算彎矩:

        彎矩計(jì)算公式為M=ql2(1-4a2/L2)/8,q=(Q工/L木)/10=1 828.044/4/10=45.7(kN/m)。

        工字鋼計(jì)算跨度L=16.2m,外挑壁長(zhǎng)度a=1m,查表40b工字鋼截面抵抗矩W=1 140 cm3,彎矩值M=-137.1 kN·m。

        彎矩強(qiáng)度:δ=MAB/Wx=137.1/1140=120.26(MPa)<[σ]=190MPa,符合要求。

        3.3.2 剪切應(yīng)力驗(yàn)算

        剪力端處支承力Q=1 828.044/10=182.8(kN),查表40b工字鋼的截面面積A=94.112 cm2。

        τ=(-qa+Q)/A=(-45.7×1+182.8)/(94.112×10-4)=14.568(MPa)<[τ]=101.04MPa,符合要求。

        3.4 鋼砂筒承載驗(yàn)算

        首先計(jì)算慣性矩I,D外筒為426 mm,d內(nèi)筒為377 mm,α 為d/D,對(duì)圓管的慣性矩可根據(jù)I=πD4(1-α4)/64=0.81(cm4)。116.28,兩端均固定,即μ=0.578A=3.14×24.52=1 884.785(mm2)。

        查規(guī)范B表,f取值為205 N/m2,則[N]=μAf=0.578×1 884.785×205=223.3(kN),N=187.6 kN﹤223.3 kN,滿(mǎn)足要求。

        3.5 地基承載力驗(yàn)算

        砂筒底部主要承受上部傳遞過(guò)來(lái)的自重荷載,單個(gè)砂筒的承載力為N。N總=(q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8+q9)=1 876.474 kN。

        每個(gè)砂筒承受的荷載:N=1876.474/10=187.6(kN)。其中4個(gè)砂筒位于C30澆筑的鋼筋混凝土石墩基礎(chǔ)上,其余6個(gè)位于C35澆筑的橋梁承臺(tái)上,因此只驗(yàn)算C30混凝土基礎(chǔ)。

        C30混凝土基礎(chǔ)尺寸為1.5 m×1.5 m×1 m,其中砂筒受力面積為0.6m×0.6m,故RA=187.6/(0.6×0.6)=521.1(kPa)=0.521(MPa)。

        查C30混凝土軸心抗壓強(qiáng)度Ra=20.1 MPa,RA<Ra,滿(mǎn)足要求。

        3.6 蓋梁側(cè)模計(jì)算

        蓋梁側(cè)模整體如圖3所示。

        圖3 蓋梁側(cè)模整體示意圖(單位:mm)

        3.6.1 材料特性

        鋼材參數(shù):E=206 000 N/mm2,[f]=215 N/mm2。

        面板:A3鋼板,厚度5mm。

        豎肋:[8槽鋼,Ix=101×104mm4,Wx=25.8×103mm3。

        分配梁:雙拼][12槽鋼,Ix=391×2×10-4mm4,Wx=62.1×10-3mm3。

        3.6.2 面板計(jì)算

        面板計(jì)算混凝土側(cè)壓力:

        兩者取小值:P1=23.68×10-3N/mm2。

        新建筑混凝土傾倒水平荷載:P2=6×10-3N/mm2。

        3.6.3 計(jì)算模型

        按照三等跨連續(xù)梁計(jì)算(見(jiàn)圖4)。

        圖4 蓋梁側(cè)模三等跨連續(xù)梁示意圖

        3.6.4 荷載計(jì)算

        取高度方向100mm寬度面板計(jì)算。

        線(xiàn)荷載:q1=23.68×10-3×100=2.368(N/mm);q2=6×10-3×100=0.6(N/mm)。

        3.6.5 強(qiáng)度計(jì)算

        計(jì)算荷載:q=1.2P1+1.4P2=1.2×2.368+1.4×0.6=2.926(N/mm)。

        σ= Mmax/Wx=26 334/417=63.15(N/mm2)≤215(N/mm2),滿(mǎn)足要求。

        3.6.6 剛度計(jì)算

        計(jì)算荷載:q=1.2P1=1.2×2.368=2.842(N/mm)。

        δ=0.677ql4/100EI=0.677×2.842×3004/(100×206 000×1 042)=0.72(mm)≤L/400=0.75(mm),滿(mǎn)足要求。

        3.7 蓋梁底模計(jì)算

        本文工程蓋梁采用定型鋼模板作為底模施工,底模小楞采用[8槽鋼,間距0.3m,計(jì)算示意如圖5所示。

        圖5 蓋梁底模示意圖(單位:mm)

        (1)材料特性:小楞間距0.3m×0.3m;[8槽鋼(弱軸)W=5.79×103mm3,I=16.6×104mm4。

        (2)計(jì)算模型:按照三等跨連續(xù)梁計(jì)算(見(jiàn)圖6)。取寬度方向1m寬度面板作為計(jì)算單元。

        圖6 蓋梁底模三等跨連續(xù)梁示意圖

        強(qiáng)度驗(yàn)算線(xiàn)荷載:q1=Q1×1m=67.65 kN/m。剛度驗(yàn)算線(xiàn)荷載:q2=Q2×1m=64.44 kN/m。

        (3)強(qiáng)度驗(yàn)算:Mmax=0.08q1l2=0.08×67.65×0.3×0.3=0.487(kN·m),σ=Mmax/Wx=0.487×106/(5.79×103)=84.11(N/mm2)≤215 N/mm2,滿(mǎn)足要求。

        (4)剛度驗(yàn)算:f=0.677q2l4/100EI=0.677×64.44×3004/(100×206 000×16.6×104)=0.103(mm)≤300/400=0.75(mm),滿(mǎn)足要求。

        (5)支反力計(jì)算:P=0.6Q1l=0.6×64.44×0.3=11.59(kN)。

        3.8 立柱穩(wěn)定性計(jì)算

        立柱布置如圖7所示。

        圖7 立柱布置圖

        立桿受由36b雙拼工字鋼傳遞來(lái)的荷載,因此N=67.65×1.15×11=855.8(kN),長(zhǎng)細(xì)比λ=l/i=8 000/219.9=36.38。

        查表得φ=0.914,[N]=φA[σ]=0.914×15 633×215=3 072(kN),N=1.4×885.8=1 240(kN)≤[N]=3 072 kN,滿(mǎn)足要求。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)該工程高架橋鋼筋混凝土蓋梁鋼砂筒支架施工安全驗(yàn)算,使鋼砂筒支架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性符合規(guī)范要求,為城鎮(zhèn)高架橋承臺(tái)以上蓋梁的安全施工提供一種更加簡(jiǎn)便、新穎、成本較低的施工方法,促進(jìn)行業(yè)內(nèi)高架橋施工新技術(shù)的發(fā)展。

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