組合支架的計算過程

1、連續(xù)邊跨現(xiàn)澆段支架設計與穩(wěn)定性分析 郭春萌 （中鐵十四局集團第二工程有限公司 山東泰安 271000）摘 要：該文通過某連續(xù)剛構邊跨 現(xiàn)澆段螺旋鋼管框架式支架的設計，介紹了螺旋鋼管框架支架的構造和特點,并進行驗算，得到了其承載力和整體穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足施工要求 ?？晒┩愂┕そY(jié)構設計參考。 關鍵詞:現(xiàn)澆段；鋼管支架；承載力計算；穩(wěn)定分析 1. 工程概況 肖張鎮(zhèn)跨大廣高速公路特大橋DK162+108.36-DK162+221.56（47#-50#墩）采用(32m+48m+32m) 3孔變截面連續(xù)箱梁。該連續(xù)梁主、邊墩皆為圓端形橋墩，其中主墩身48#、49#墩身高度分別為9m、9.5m，邊墩身47

2、#、50#高度分別為12m、11m。連續(xù)梁采用掛籃懸臂澆筑施工,合攏順序為先邊跨后中跨。該梁共有31個施工節(jié)段，梁高自0#塊懸臂，底部線形按二次拋物線變化，其中0#塊長度為6m，高度為3.5m，頂寬7.2m,邊跨直線段梁長7.85 m,梁高皆為2.5m。2 支架設計方案 根據(jù)跨282省道32+48+32懸灌梁施工便道擁擠，滿堂支架不能滿足其要求的特點，經(jīng)過技術經(jīng)濟比選，50#墩支柱組合支架方案。支架體系由承臺基礎 、 螺旋鋼管立柱 、螺旋鋼管聯(lián)系桿件、工字鋼橫梁 、工字鋼縱梁及調(diào)平鋼楔組成。承臺施工完成后，使用級配沙礫按20cm層厚分層夯實回填基坑。墩身施工過程中，在連續(xù)梁側(cè)墩身表面進行鋼套筒

3、預埋（套筒采用邊跨防落梁預埋套筒）。墩身施工完成后，按下圖進行條形基礎施工，基礎采用C25砼?？v橫基礎交叉處設預埋鋼板，壁厚12mm，鋼板下表面以其中心為圓心，50cm直徑分布”U”型錨筋。條形基礎內(nèi)不設鋼筋，采取不立模滿灌。條形基礎施工前，先進行天氣情況調(diào)查，確保在整個基礎施工階段沒有降雨天氣，同時從基礎開挖至混凝土澆筑完成不得超過一天。距條形基礎內(nèi)外緣1.5m范圍內(nèi)全部使用C20混凝土鋪設一層5cm厚防水層。支架主承力柱采用426mm壁厚6mm螺旋焊縫鋼管，共計四根，其縱橫間距分別為3m、3.5m。四角主承力柱沿高度方向每3.2m設一道水平聯(lián)系，同時與墩身預埋件進行連接；支架四面每兩道水平

4、聯(lián)系間均設有斜向連接桿。水平聯(lián)系及斜向連接桿均采用140mm壁厚3.5mm直縫鋼管。 注：圖中單位為cm。 支架基礎平面圖 注：圖中單位為cm。 A-A 注：圖中單位為cm。 現(xiàn)澆段支架側(cè)面圖 注：圖中單位為cm。 現(xiàn)澆支架立面圖 支架主承力柱柱頂焊制鋼板，鋼板上安放2根I32b工字鋼作支架平臺橫梁。在邊墩托盤頂帽上部及支架橫梁頂部鋪設I32b工字鋼作支架分布縱梁，底、腹板下縱梁間距分別為60cm、30cm，橋軸線方向一致，縱梁間采取25螺紋鋼焊接連接。標高精調(diào)采用鋼楔進行?？v梁頂面鋪設10cm*10cm方木及厚1.2cm竹膠板作底模；邊跨外模為整體型鋼模，外側(cè)支架支立于2根I32b工字鋼上（

5、詳見上圖）。3. 支架承載力及穩(wěn)定性計算3.1工字鋼縱梁計算（1） 取箱梁腹板位置進行分析計算 縱梁采取6.8米長32a工字鋼，跨徑3米，取最大腹板厚度53.6cm,因考慮箱梁頂板底板倒角部分位置變化按60cm考慮，由2根工字鋼承受，單根計算寬度30cm,結(jié)構混凝土自重：q1=0.6*2.5*26/2=19.5KN/m 32a工字鋼自重：q2=0.527KN/m 模板及支撐：q3=2.5KN/，人員，機具行走運輸，堆放荷載取2.5KN/，振搗棒振搗荷載為2KN/，所以施工荷載：q4=(2.5+2)*0.3=1.35KN/m因本項目為重型支撐支架,荷載組合中以恒載為控制荷載,故采用恒載系數(shù):1.

6、35；活載系數(shù)： 1.2進行計算 。荷載組合 =1.35*（q1+q2+0.3*q3)+1.2*q4=29.67KN/m跨中彎矩：M=33.379Kn*m支點反力:用邁達斯2006建立模型如圖可知，中支柱位置為最大應力R1=103.3kn32a工字鋼抗彎截面模量W=692，慣性矩 I=11100,彈性模量E=2.06×10N/ 所以 ,工字鋼縱梁的跨中上下緣的最大應力為 ：=48.235MPa=160MPa32a工字鋼縱梁強度滿足要求工字鋼縱梁的跨中最大撓度=1.37mm32a工字鋼縱梁滿足要求。（2） 取箱梁底板位置進行分析計算 縱梁采取3根6.8米長32a工字鋼，跨徑3米。荷載分

7、析：取底板位置計算，底板+頂板的厚度為85cm,計算寬度為0.75m?；炷两Y(jié)構自重q1=16.575Kn/m.32a工字鋼自重：q2=0.527Kn/m 內(nèi)模及支撐：q3=2.5KN/ 人員，機具行走運輸，堆放荷載取2.5KN/ 振搗棒振搗荷載為2KN/ 施工荷載載：q4=(2.5+2)*0.75=3.375KN/m因本項目為重型支撐支架 ，荷載組合中以恒載為控制荷載 ，故采用恒載系數(shù)：1.35；活載系數(shù)：1.2進行計算 。荷載組合 =1.35*（q1+q2+0.75*q3)+1.2*q4=28.1KN/m跨中彎矩：M=33.378Kn*m 支點反力:用邁達斯2006建立模型，如圖可知，中支

8、柱位置為最大應力R2=98.1kn32a工字鋼抗彎截面模量W=692，慣性矩 I=11100,彈性模量E=2.06×10N/ 所 以,工字鋼縱梁 的跨中上下緣的最大應力為 ：=60.85MPa=160MPa32a工字鋼縱梁強度滿足要求工字鋼縱梁的跨中最大撓度=1.73mm32a工字鋼縱梁滿足要求。 (3)取箱梁翼緣板位置進行分析計算箱梁翼緣板處荷載較小,對該處工字鋼橫梁,可不進行強度和撓度驗算,只進行支點處反力計算,為下橫梁和鋼管立柱受力計算創(chuàng)造條件。每側(cè)翼板下縱梁采取2根3m長32a工字鋼，跨徑3.5m。荷載分析：取采取單側(cè)翼緣板計算，外側(cè)厚度20cm,和腹板交接處計算寬度為60c

9、m,混凝土結(jié)構自重：q1=1.7*（0.2+0.6）/2*26=17.68KN/m2根32a工字鋼自重q2=2*0.527=1.054KN/m 模板及支撐：q3=2.5KN/ 人員，機具行走運輸，堆放荷載取2.5KN/ 振搗棒振搗荷載為2KN/ 施工荷載載：q4=(2.5+2)*0.85=7.65KN/m因本項目為重型支撐支架 ，荷載組合中以恒載為控制荷載 ，故采用恒載系數(shù)：1.35；活載系數(shù)：1.2進行計算 。荷載組合 =1.35*（q1+q2+1.7*q3)+1.2*q4=20.1042KN/m反力:用邁達斯2006建立模型，如圖可知，中支柱位置為最大應力R1=98.1knR3=70.0K

10、n3.2 工字鋼橫梁的計算橫梁采用7.2米長雙肢i32a工字鋼，放置在螺旋鋼管立柱之上縱梁之下，主要承受由縱梁傳 遞的壓力，其力學參數(shù)為：抗彎截面模量W=692*2=1384，慣性矩 I=11100*2=22200,彈性模量E=2.06×10N/ ,R1=44.505Kn R2=56.151Kn R3=30.1563Kn，雙肢32a工字鋼橫梁 自重：q=0.527×2=1.054KN/m 荷載分析：取橫梁中1 根工字鋼，按3跨連續(xù)梁，雙工字鋼平均分配進行計算,計算跨徑為，加最 不利的荷載。用midas2006建立模型，見下圖。 由模型可以看出整個現(xiàn)澆段的重量主要通過 橫梁傳

11、到下方的鋼管立柱承受。 具體應力分布見下圖，由下圖可知其最大壓力位于腹板中間處，其最大應力=82.635Mpa=160Mpa,強度滿足要求。鋼橫梁變形圖見下圖，由圖可知最大變形處為跨中位置處，其最大撓度32a工字鋼撓度滿足要求。33 支架穩(wěn)定性驗算 支架穩(wěn)定性問題 ，實質(zhì)來說是鋼管立柱穩(wěn)定問題。鋼管立柱屬于軸向受壓桿件，當細長壓桿所 受壓力達到臨界值時 ，橫截面上的應力遠遠小于 材料的允許應力值時，就會突然變彎，在某薄弱環(huán)節(jié)處被折斷。鋼管立柱焊接與基礎 預埋螺栓剛性連接，鋼管立柱間采用10無縫鋼管連接 ，形成穩(wěn)定的空間框架結(jié)構。為增大結(jié)構安全系數(shù) ，按最不利情況進行驗算 ，即假定一端固定，一端

12、自由長度系數(shù) =2。用Midas2006建模將現(xiàn)澆段的自重及工字鋼的自重 ，按結(jié)構的形式以節(jié)點力的形式分配給各個鋼管立柱 。10無縫鋼管連接為桁架單元，鋼管為梁單元 。經(jīng)計算其一階屈曲模態(tài)的穩(wěn)定系數(shù)為57，大于規(guī)范的規(guī)定1.3，所以,左幅5#現(xiàn)澆段 立柱穩(wěn)定性滿足要求 。3.4螺旋鋼管立柱強度計算=426*6鋼管立柱強度驗算采取允許應力法，鋼管采取Q235鋼板制成，允許應力值，中鋼管立柱高度最高，為9.84m,故只驗算中立柱即可。立柱采取=460*6螺旋鋼管，承受由橫梁和斜撐傳遞的荷載。單根鋼管立柱收到的壓力N1=（35*4+51.7*4+49*4+1.054*7.2）/2=275.19KN鋼

13、管自重：62.14Kg/m*9.8m*10=6.09Kn荷載組合KN A = 79.17cm2 鋼管按照軸心受壓構件計算，最大應力： 故鋼管強度滿足要求。3.5 螺旋鋼管變形驗算 中跨位置最高，立柱最高為9.2，故只驗算中跨即可 。=426*6鋼管螺旋鋼管材質(zhì)為Q235鋼 ：E=206×10Nmm2；A=79.19cm2。螺旋鋼管受壓軸向變形：L1=NL/EA=(275.19+6.09)*9.8/(2.06*105*79.19)=1.7mm變形很小，滿足要求。3.6混凝土基礎受力驗算支柱通過等邊長10cm三角肋與條形基礎預埋鋼板連接，將條形基礎視作剛性基礎，按45。受壓擴散角，條形基

14、礎底面有效承壓面積為 A = 2.63 m×1.5 m + 0.56 m ×1 m = 4.505 m2 支架條形基礎底面地基單位面積荷載為 K = F/A + G/A0 = 281.28/4.505 + 25/1 = 87.44 KPa < 120 KPa故地基承載力滿足要求。4.結(jié)語大廣跨282省道50號邊跨直線段采取螺旋鋼管框架式支架體系，確保其強度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求 。選用科學 、合理的地基加固方案，確?，F(xiàn)澆段支架基礎滿足承載力要求 。螺旋鋼管框架式支架體系，具有造價低 、工效高、適應不同地形等優(yōu)點 ，節(jié)省了投資 ，實用性較強 ，在確保工程質(zhì)量的前提下，取得