鋼管貝雷梁拱架計(jì)算

1、鋼管貝雷梁柱式支架在城市立交施工中的運(yùn)用陳建平 （福建省廈門興海灣監(jiān)理咨詢公司） 關(guān)鍵詞：鋼管貝雷梁支架 城市立交 施工運(yùn)用摘要：隨著城市交通車輛的快速增長，城市立交橋隨之大量修建。傳統(tǒng)的滿堂支架無法滿足橋跨以下交通需要，為確保施工的同時(shí)維持交通，采用鋼管貝雷梁柱式支架進(jìn)行上部砼現(xiàn)澆，是解決交通矛盾的有效方法。支架設(shè)計(jì)及預(yù)壓方案是否合理，直接關(guān)系到現(xiàn)澆箱梁能否安全、保質(zhì)施工，并確保交通安全。本橋支架設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通車需要，進(jìn)行專項(xiàng)目設(shè)計(jì)、全面驗(yàn)算，梁體竣工線形、標(biāo)高與設(shè)計(jì)相當(dāng)吻合，并且沒有出現(xiàn)一起安全事故，被推薦參與“省優(yōu)”工程及“省安全文明標(biāo)化工地”評(píng)比，對(duì)于城市立交建設(shè)具有一定的參考借鑒。一

2、、工程概況：該橋?yàn)閺B門市仙岳路上跨縣黃路立交橋，處于廈門島東部縣黃路與仙岳路交叉口，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為城市快速路。橋梁采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、花瓶式墩柱，上部設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆斜腹式連續(xù)箱梁，箱梁斷面為等截面單箱雙室構(gòu)造，梁頂寬度13.25m、梁高1.8m，頂、底板厚度均為0.25m，腹板寬度0.4m，墩頂各設(shè)一道1.0m寬的橫梁。 該橋分左右兩幅，每幅分3聯(lián)各13跨，跨徑除主跨為40m外，其余均為30m。地勘報(bào)告顯示，該項(xiàng)目地層分布，由上至下主要為：人工填土、砂質(zhì)粘土、坡積粘土、殘積砂質(zhì)粘性及花崗巖。二、鋼管貝雷支架計(jì)算及預(yù)拱度設(shè)置為確保維持車輛通行，本橋主跨采用鋼管貝雷梁支架，縱梁跨度13.33米，按3孔簡支

3、梁布設(shè)，單幅設(shè)置12排貝雷梁，每兩排貝雷梁連成一組，每組貝雷片對(duì)應(yīng)端頭采用貝雷框進(jìn)行連接，各排縱梁間通過槽鋼連接加固，使縱梁整體受力。支墩采用600mm×4mm鋼管立柱，擱置在瀝青路面、土基或承臺(tái)頂面,立柱頂、底部均與80cm×80cm×6mm鋼板焊接，為提高支墩的穩(wěn)定性，在各排支墩鋼管之間設(shè)置10b槽鋼連接。支墩頂面用232工字鋼做橫梁，貝雷縱梁頂面設(shè)置 16b槽鋼做分配梁，分配梁上設(shè)置楔木，用來調(diào)整標(biāo)高和落架。該橋側(cè)模采用定型鋼模，底模則采用高強(qiáng)度防水竹膠板制作，箱室內(nèi)模采用2.5cm厚松木板制作。1.豎向荷載計(jì)算（取邊跨13.3m最不利荷載組合進(jìn)行計(jì)算）.新

4、澆筑鋼筋砼箱梁自重（鋼筋砼密度采用2.6t/m3）a墩頂橫梁自重（橫梁寬1m）：15.614×2.6=40.60 t/m b墩側(cè)9.5米范圍內(nèi)箱梁自重（變截面段）：8.028×2.6=20.87 t/m c跨中箱梁自重：7.262×2.6 =18.88 t/m 取均值：q=(40.6×0.5+20.87×9.5+18.88×3.33)÷13.33=21.11t/m.模板自重外模自重：0.405t/m（底模自重）+0.802t/m（側(cè)模自重）=1.21 t/m內(nèi)模自重：0.56 t/m，楔木自重：0.11 t/m，分配梁自重:

5、 0.33 t/m模板自重合計(jì)：2.21 t/m.縱梁貝雷片自重：0.275÷3×12=0.92t/m.施工人員和施工材料機(jī)具等行走運(yùn)輸或堆放荷載：13.25×0.1=1.33 t/m.振搗砼時(shí)產(chǎn)生的荷載:13.25×0.2=2.66t/m.鋼管頂工字鋼自重: 1.16 t.鋼管立柱自重（立柱長6.0m）:0.6×3.14×0.006×7.85×6×5=2.66t2.豎向荷載組合驗(yàn)算2.1驗(yàn)算強(qiáng)度荷載時(shí):q1 = +=28.23t/m 2.2驗(yàn)算撓度荷載時(shí): q2= += 25.57t/m 2.3驗(yàn)算基礎(chǔ)

6、荷載時(shí)：q3= q1×13.3÷2+=191.55t 3.貝雷縱梁驗(yàn)算40.6t/m（墩頂100cm范圍） 基座中線 28.23t/m 120 1110 200 1330受力簡圖(單位:cm)采用12排貝雷片做縱梁的強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算:.已知材料的E=2.1×105N/mm2， = L/400。.由表查得貝雷片Q=245.2KNM=788.2KN.m =250497cm4=250497×104mm4.單片貝雷片所受荷載:q1=28.23×10×1.3÷12=30.58KN/m (考慮1.3安全系數(shù))縱梁最大彎矩與最大剪力: Qm

7、ax= 30.58×13.3÷2=203.4KN Q=245.2KN 滿足要求縱梁最大撓度: 計(jì)算撓度時(shí)單片貝雷片的強(qiáng)度q2=25.57×10×1.3÷12=27.7KN/m (考慮1.3安全系數(shù))4.分配梁強(qiáng)度驗(yàn)算:選用16b槽鋼作為分配梁，M=2.215t.m，Q=125KN。該支架設(shè)計(jì)貝雷梁最大間距為1.5米，即：分配梁跨徑為1.5米、間距為0.66米。 1.80t/m 150 受力簡圖(單位:cm)則橫橋向作用在分配梁上的荷載分布為：q=（+）×0.66×1.3（安全系數(shù)） /13.25 =1.80 t/mMmax=

8、 qL2/8=1.8×1.5×1.5/8=0.5t.mMQmax= 1.8×1.5÷2=13.5KN Q=125KN可見槽鋼強(qiáng)度符合要求5.立柱荷載驗(yàn)算:鋼管立柱上下端均與80cm×80cm×6mm鋼板連接。.立柱的剛度計(jì)算：回轉(zhuǎn)半徑：r=0.35（d+D）/2=0.35（60+59.2）/2=20.86cm式中：D鋼管外徑 d鋼管內(nèi)徑長細(xì)比=uL/r=1×600/20.86=28.76=100，剛度滿足要求。式中：u桿件長度系數(shù) 取u=1.0 L桿件幾何長度 取L=600cm 壓桿件允許長細(xì)比。.立柱臨界應(yīng)力驗(yàn)算：一排5根

9、：P1=191.55t*1.3/5=49.8t(考慮1.3安全系數(shù))鋼管臨界應(yīng)力驗(yàn)算： E=2.1×105 N/mm2 I=3.14×（D4-d4）/64=0.049×（6004-5924）=3.32×108mm4 Pk =3.142 EI/（L）2 =3.142×2.1×105×3.32×108/（1.0×6000）2 =1909.5t > P=49.8t 滿足要求式中取1.0，L取6000mm（鋼管立柱最大長度）。 6.驗(yàn)算立柱基礎(chǔ)強(qiáng)度：.中跨支墩位于瀝青砼路面上，采用鋪填30cm碎石后，滿鋪2

10、0cm×15cm的枕木，枕木尺寸為：200 cm（長）×80cm寬。則最大基底壓力為：p=49.8×10/2m×0.8m =311.25 Kpa，遠(yuǎn)小于瀝青路面允許的承載力，滿足要求。.邊跨各有兩根支墩位于墩側(cè)粘土層上，采用C25混凝土作臨時(shí)基礎(chǔ)，基底尺寸為: 1.6m×1.6m×0.3m，最大基底壓力p=49.8×10/1.6m×1.6m =194.5 Kpa，而該地基土是密實(shí)狀態(tài)下的砂質(zhì)粘土，允許壓力為200250Kpa，符合要求。.邊跨支墩各有三根立于承臺(tái)上，鋼管離墩壁10cm（墩壁厚180cm），如右圖示G

11、1、G（圖中單位為厘米），分別對(duì)偏心受壓及承臺(tái)基底承載力驗(yàn)算如下：根據(jù)地勘設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁?，墩下承臺(tái)最大豎向 力設(shè)計(jì)值13000KN，則承臺(tái)基底應(yīng)力設(shè)計(jì)值：f=13000/（6×5.4）=401.2KPa a、計(jì)算軸心力F 墩柱承受豎向靜載：40.6×1.8=73.08t 施工臨時(shí)荷載：1.8×13.25×0.3=5.78t 墩自重：41.6×2.6=108.16 F=75.08+5.78+108.16=188.92t=1889KN b、鋼管立柱所傳壓力（在此考慮承臺(tái)上,前后各設(shè)兩根鋼管立柱） G1=191.55×3/5=115t=115

12、0KN G2=20.87×7.5÷2×3/5=46.9t=469KN（懸臂端澆筑長度為7.5m）承臺(tái)底力距M=（G1-G2）×1.3=681KN.m 偏心距e=M/（F+G1+G2）= 681/（1889+1150+469）=0.194mL/4= 5.4/4=1.35m，滿足要求?；鬃畲髩毫Γ篜max=1.3×（1+6e/L）×（F+G1+G2）/A =1.3×（1+6×0.194/5.4）×（1889+1150+469）/32.4 =172 KPaf=401.2Kpa（考慮1.3的安全系數(shù)）故：施工時(shí)

13、承臺(tái)基底應(yīng)力符合要求 7.預(yù)拱度設(shè)置 預(yù)拱度值主要考慮因素有：支架變形沉降、箱梁自重、預(yù)應(yīng)力大小、施工荷載、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、混凝土收縮和徐變等，包括：卸架后一期恒載產(chǎn)生的繞度f1；卸架后二期恒載產(chǎn)生的繞度f2；成橋后3年內(nèi)砼收縮和徐變產(chǎn)生的繞度f3；支架在一期恒載作用下的彈性變形、非彈性變形和基底沉降f4，其中f4值設(shè)置如下： 貝雷支架承受施工荷載引起的彈性變形1=f撓=1.0cm。.基礎(chǔ)、鋼管墩與工字鋼在荷載作用下的非彈性壓縮2取1.5cm。.模板在荷載作用下的非彈性壓縮3為砼下沉量及各接觸面變形量總和： 1 為砼下沉量，取0.2cm；2 為貝雷片與分配梁接觸面變形量，取0.2cm；3 為分配

14、梁與木楔接觸面變形量，取0.2cm；4 為木楔與木楔接觸面變形量，取0.2cm；5 為木楔與小方木接觸面變形量，取0.3cm。3 =1+2+3+4+5=0.2+0.2+0.2+0.2+0.3=1.3cm則非彈性變形值為：4=3+2=1.5+1.3=2.8 cm卸架前跨中彈性變形1=1.0cm從中間（11.1m跨）向兩邊按二次拋物線進(jìn)行分配，兩支點(diǎn)處預(yù)拱度值為零，拋物線方程為：Y=-0.0331x2+0.3669x y 1.0cm 0 11.1 x（m）卸架后箱梁只有兩個(gè)承載點(diǎn)，產(chǎn)生的跨中（40m跨）繞度f5=f1+f2+f3，按經(jīng)驗(yàn)取值為3.0cm（其中f1=2.0cm，f2+f3=1cm），

15、應(yīng)在40m跨徑范圍內(nèi)按二次拋物線進(jìn)行分配，兩端墩頂處預(yù)拱度值為零，拋物線方程為：Y=-0.0075x2+0.3x y 2.4cm 3.0cm 則累加預(yù)拱度計(jì)算見下表： 0 11.1 40 X（m）Xy 01.553.555.557.559.5511.12+32.82.82.82.82.82.82.8卸架前1分布值00.50.91.00.90.50卸架后f5分布值00.50.971.41.82.22.4合計(jì)2.83.84.675.25.75.55.2四、支架預(yù)壓方案及成果支架預(yù)壓主要是收集支架、地基的變形數(shù)據(jù)，作為檢驗(yàn)和調(diào)整預(yù)拱度設(shè)置的依據(jù)， 本項(xiàng)目安排在南幅主跨6#7#處，采用水壓法配合砂袋進(jìn)

16、行預(yù)壓，預(yù)壓荷載按照設(shè)計(jì)要求取1.2倍的梁體自重。做法如下：在預(yù)壓段兩端頭，按計(jì)算荷載擺放砂袋，砂袋密度按1.7t/ m3，經(jīng)計(jì)算翼緣板頂面砂袋堆放高度為1.0m1.2m（自邊緣向中間遞增），而墩頂橫梁處砂袋堆放高度為1.2+1.8=3m，該端頭砂袋直接作為預(yù)壓加水時(shí)的端頭板。沿橋梁縱向翼緣端設(shè)置加高擋水板，擋水板通過鋼管對(duì)拉，確保牢固不暴模。為確保預(yù)壓荷載與現(xiàn)澆砼時(shí)加載型式一致，先在腹板處堆疊砂袋，而后再向梁體內(nèi)加灌1.5m深的水荷載。為確保不漏水，在模板內(nèi)側(cè)采用瀝青油布作為止水布進(jìn)行防漏，止水布接頭采用熱燙接處理。觀測(cè)： 預(yù)壓前每隔5米設(shè)一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)（均位于腹板底下部

17、位），每個(gè)測(cè)點(diǎn)吊掛一個(gè)垂球。在支架未施加預(yù)壓荷載前實(shí)施第一次觀測(cè)，記為D1，而后勻速加載；當(dāng)全部加載完成后，每12小時(shí)觀測(cè)一次，直至沉降穩(wěn)定后進(jìn)行卸載，并記錄卸載之前的最后一次觀測(cè)值記為D2；卸載后進(jìn)行第三次觀測(cè)，記為D3；砼澆筑完成并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉后，開始卸架，卸架后進(jìn)行第四次觀測(cè)，記為D4。觀測(cè)成果及預(yù)拱度調(diào)整：通過（D3-D2）觀測(cè)值計(jì)算，可求的卸架前支架、基礎(chǔ)的彈性及非彈性變形值，即：支架在一期恒載作用下的彈性變形、非彈性變形和基底沉降f4；通過（D4-D2）觀測(cè)值計(jì)算，可求的卸架后梁體自身的繞度值，并進(jìn)行相應(yīng)預(yù)拱度調(diào)整。該橋卸架后，跨中實(shí)測(cè)標(biāo)高較設(shè)計(jì)梁體標(biāo)高高出1.0cm，主要是由于f2+f3繞度值屬于后期影響，因?yàn)轭A(yù)拱度考慮全面，特別是考慮卸架后梁體自身繞度（包括結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換及預(yù)應(yīng)力上拱值等）的影響，卸架后實(shí)測(cè)梁體標(biāo)高與設(shè)計(jì)相當(dāng)吻合。五、交通安全保障措施 為防止墜物傷人，在鋼管貝雷梁底部及側(cè)面張掛安全網(wǎng)；支墩處設(shè)置交通警示燈，警示燈夜間連續(xù)亮燈；在遠(yuǎn)離支架100m處設(shè)置施工警示牌及限速標(biāo)