賈彥兵
摘? ?要:316國道石潭溪的大橋1#墩施工平臺(tái)采用鋼管樁、工字鋼分配梁,龍門吊為貝雷梁。施工平臺(tái)搭設(shè)前采用midas有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算,龍門吊貝雷梁強(qiáng)度符合要求,一階屈曲模態(tài)為安全性滿足要求;施工平臺(tái)的一階屈曲模態(tài)安全性滿足要求。大橋順利建成通車,使用情況良好。大橋的建成通車恢復(fù)了國道316線在該路段的暢通,交通狀況得到較大的改善。
關(guān)鍵詞:施工平臺(tái)? 貝雷梁? 鋼管樁? 強(qiáng)度? 穩(wěn)定性
1? 工程概況
跨越水口大壩庫區(qū)內(nèi)閩江支流316國道石潭溪的大橋被鑒定為危橋,來往車輛需要通過便道繞行。新建石潭溪大橋建于原石潭溪大橋的下游,采用預(yù)應(yīng)力單箱單室箱梁連續(xù)剛構(gòu)體系,橋跨布置為72+130+72=274m,主墩采用墩梁固結(jié)形式,共12根(直徑1.8m)灌注樁基礎(chǔ),全部為水中樁。橋臺(tái)采用擋墻式橋臺(tái)結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。1#墩直徑1.8m樁基6根,共長222m;2#墩直徑1.8m樁基6根,共長336m。鉆孔灌注樁,按端承樁設(shè)計(jì)。該樁基地質(zhì)為原316國道及水口水電廠修路時(shí)山體開挖回填而成,其中1#墩拋石層厚度在8~15m之間,2#墩拋石層厚度在17.4~20.2m之間。1#墩施工平臺(tái)至河床面深度為20m,2#墩施工平臺(tái)至河床面深度為30m。
如圖1所示,1#墩施工平臺(tái)與水中棧橋相連,平臺(tái)尺寸為12m×18m,棧橋長度39m。模型中支腿鋼管為φ529×8mm,吊貝雷梁龍門吊支承鋼管樁φ630×8mm,管樁連接系采用φ273×6mm,分配梁F4采用2I36,分配梁F5采用I50工字鋼,防滑鋼板厚度10mm,采用密肋工字鋼梁支承。平臺(tái)鋼管樁的長度為36m,入土深度為7m。
2? 計(jì)算模型及計(jì)算
2.1 計(jì)算模型
施工平臺(tái)中管樁、分配梁和連接系等構(gòu)件采用空間兩單元建模,平臺(tái)表面的防滑鋼板采用4節(jié)點(diǎn)薄板單元模擬,midas有限元模型如圖2所示。
2.2 計(jì)算參數(shù)
Q235鋼材的容許應(yīng)力如下。
軸向應(yīng)力:=140MPa,容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3,=140×1.3=182MPa;
彎曲應(yīng)力:=145MPa,容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3,=145×1.3=188.5MPa;
剪應(yīng)力:=85MPa,容許應(yīng)力提高系數(shù)1.3,=85×1.3=110.5MPa;
單片單層普通型:容許彎矩975kN.m,容許剪力245kN。
2.3 計(jì)算荷載
施工平臺(tái)的荷載根據(jù)橋梁總體施工方案確定。針對(duì)本橋,施工平臺(tái)的荷載包括樁基鉆孔設(shè)備及配套設(shè)備、起吊設(shè)備和施工人員及臨時(shí)堆放的材料等荷載。采用跨徑12.8m的龍門吊進(jìn)行鋼筋籠的起吊作業(yè),最大起吊重量360kN,平臺(tái)上3臺(tái)樁基設(shè)備同時(shí)作業(yè),每臺(tái)樁基設(shè)備的荷載為220kN,流水作用力按最大水流速度為1.5m/s考慮,對(duì)平臺(tái)的影響主要體現(xiàn)在對(duì)管樁的橫向作用。
施工平臺(tái)上的荷載包括防滑鋼板、型鋼分配梁和貝雷桁架3個(gè)部分。貝雷梁的主要技術(shù)參數(shù)如下。
單片單層普通型:抗彎慣性矩250497.2cm4,自重2.9kN/m。
施工機(jī)具及人群荷載:3kN/m2。
3? 計(jì)算結(jié)果
3.1 龍門吊貝雷梁計(jì)算
龍門吊貝雷梁按偏于安全考慮,取中間兩個(gè)支點(diǎn)之間的部分作為簡(jiǎn)支梁體系驗(yàn)算,計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。
龍門吊上桁架由6片貝雷梁組成,圖中集中荷載P的大小按龍門吊的最大起吊重量,并考慮1.2的吊裝動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,P=360×1.2/2=216kN,貝雷梁的自重q=2.9×6=17.4kN/m,計(jì)算貝雷梁的最大彎矩為:
3.2 施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定驗(yàn)算
平臺(tái)鋼管樁由于入土深度較大,有限元分析時(shí)按照樁底固結(jié)的方式考慮。進(jìn)行總體穩(wěn)定分析時(shí),由于龍門吊和水上施工平臺(tái)是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的體系,其總體穩(wěn)定分析采用兩個(gè)子結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行計(jì)算,平臺(tái)的總體穩(wěn)定計(jì)算考慮龍門吊傳遞的最不利荷載工況進(jìn)行分析。
鋼筋籠吊裝過程中,當(dāng)龍門吊的天車偏于一側(cè)作用時(shí),對(duì)整體的穩(wěn)定影響更為不利,對(duì)其下的鋼管樁平臺(tái)的影響也更為不利。對(duì)平臺(tái)上可能同時(shí)作用的3臺(tái)樁基設(shè)備,其最不利狀態(tài)為3臺(tái)樁基設(shè)備同側(cè)布置的工況,故進(jìn)行管樁施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí),樁基設(shè)備采用同側(cè)布置。
龍門吊的屈曲分析考慮的荷載包括:結(jié)構(gòu)的自重+吊裝鋼筋籠重量(考慮1.2的動(dòng)力系數(shù)),通過對(duì)龍門吊的屈曲分析發(fā)現(xiàn),龍門吊的一階屈曲模態(tài)為側(cè)向失穩(wěn),屈曲荷載系數(shù)為(該系數(shù)為可變荷載系數(shù)),結(jié)構(gòu)的安全性滿足要求。龍門吊的一階失穩(wěn)模態(tài)見圖4所示。
施工平臺(tái)的屈曲分析考慮的荷載如下:
(1)結(jié)構(gòu)自重。
(2)龍門吊傳遞的支點(diǎn)集中荷載(可變),其不利情況為龍門吊滑行至平臺(tái)中心處。
(3)施工機(jī)具及人群荷載(可變)。
根據(jù)有關(guān)規(guī)范中的條文規(guī)定,流水壓力合力的作用點(diǎn),假定在設(shè)計(jì)水位線以下0.3倍的水深處,下連接系以下7.6m位置處。
通過對(duì)水上施工平臺(tái)的屈曲分析發(fā)現(xiàn),施工平臺(tái)的一階屈曲模態(tài)為側(cè)向彎扭失穩(wěn),屈曲荷載系數(shù)為(該系數(shù)為可變荷載系數(shù)),結(jié)構(gòu)的安全性滿足要求,施工平臺(tái)的一階失穩(wěn)模態(tài)見圖5所示。
由以上屈曲分析結(jié)果可知,龍門吊和施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定均滿足設(shè)計(jì)要求,安全性可以滿足要求,且有較大的安全余度。
4? 結(jié)語
通過以上分析可以得出以下結(jié)論:
(1)龍門吊的貝雷桁架的抗彎和抗剪強(qiáng)度均能滿足要求,安全余度較大。
(2)龍門吊和施工平臺(tái)的總體穩(wěn)定均滿足設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)安全性可以滿足施工要求,且有較大的安全余度。
2016年8月建成通車,目前使用情況良好。大橋的建成通車不僅恢復(fù)了國道316線在該路段的暢通,也提升了線路安全標(biāo)準(zhǔn),改善了行車舒適性(見圖6)。
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科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2020年3期