胡細根
(中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 100855)
隨著我國交通基礎設施的迅猛發展,公路、鐵路以及市政交通路網的越來越密,而橋梁工程作為跨越路線障礙的通道,在整個交通路網中扮演著舉足輕重的角色。從起初的鋼筋混凝土梁橋發展到預應力混凝土梁橋,滿足了現如今橋梁的大跨徑、耐久性好、經濟、安全等需求。其中預應力混凝土連續梁具備主梁剛度大、跨越能力強、變形小、受力合理等眾多優點,已成為常見的一種橋型[1-4]。
橋梁施工中,往往都會用到鋼結構支架作為橋梁施工的臨時結構工作平臺,由于很多現場施工單位對橋梁結構認知不清,完全憑借以往經驗對橋梁的臨時結構進行設計、施工。因而往往造成臨時結構的設計不合理,結構垮塌等問題,因此,橋梁施工過程中,大臨結構的設計及計算分析顯得尤為重要[5-8]。主墩0#塊支架常見的形式有托架與落地鋼管柱支架兩種形式,托架形式的支架能夠節省材料,但有時傳力不明確,對主墩既有結構造成破壞。而落地鋼管柱支架傳力明確,整體穩定性較好,但是用材較多。而整個主墩支架的設計往往需要結合本工程項目的特點,從經濟、合理、安全、可靠等角度綜合考慮主墩0#塊結構的支架形式[9,10]。
本項目某特大橋位三跨變高度預應力混凝土連續梁,其計算跨徑為(50+85+50)m,橋寬13.15m,主梁為單箱單室截面。邊跨支架現澆直線段梁高2.4m,跨中處梁高為2.4m,主墩位置處梁高5m,剩余梁高按二次拋物線變化。根據本項目橋梁結構情況,0#塊長度為11m,混凝土總方量為242.5m3,梁段總重為630.5t。主墩高5.6m,由此看出,0#塊階段長,自重大,且主墩不高等特點,從安全性考慮,宜采用落地支架施工0#塊。
首先0#塊施工支架搭設需在主墩承臺上預埋4排Φ630mm(厚8mm)鋼管支架。其次,箱梁0#塊底板落地支架構成,鋼管頂部焊接75×75×1.6cm鋼板,鋼板與鋼管樁連接處焊接加勁板,在鋼管上設置砂筒與調平楔塊,鋼管上的下橫梁采用雙拼I40a工字鋼,下橫梁頂的縱向分配梁采用I36a工字鋼,縱向分配梁頂部鋪設的橫向分配梁采用I10工字鋼(間距為0.3m)。鋼管柱上方設置32mm金軋螺紋鋼筋(配合20B槽鋼)作為鋼管柱支撐的拉桿,主墩0#塊支架具體如圖1所示。
圖1 0#號塊支架布置圖/m
表1 材料設計參數
表2 鋼材設計強度值(N/mm2)
①模板自重;
②新澆筑混凝土自重(取26kN/m3);
③施工荷載(人員、材料及機具等)(1.5kPa);
④泵送混凝土沖擊荷載(2kPa);
⑤振搗混凝土產生的荷載(2kPa);
(1)強度計算:荷載組合IQ1=1.2×(①+②)+1.4×(③+④+⑤)。
(2)剛度計算:荷載組合IIQ2=1.2×(①+②)。
圖2 箱梁截面荷載劃分圖/m
連續梁0#塊支架受梯形荷載,由0#塊的主墩處截面與梁端截面組合取平均值。
根據箱梁截面荷載的劃分,0#段支架荷載的計算如表3所示。
表3 0#段支架荷載計算表
采用有限元軟件進行建模計算分析,有限元計算模型如圖3所示。
圖3 整體模型圖
支架整體的強度及剛度計算結果如圖4和圖5所示。
圖4 支架整體應力圖/MPa
支架最大應力σ=143MPa<[σ]=215MPa ,強度滿足要求。支架最大位移為,剛度滿足要求。
下橫梁采用雙拼I40a工字鋼。見圖6。
圖6 下橫梁應力圖
下橫梁最大應力σ=106.5MPa<[σ]=215MPa ,強度滿足要求。
縱向分配梁采用I36a工字鋼。見圖7。
圖7 縱向分配梁應力圖(MPa)
縱向分配梁最大應力σ=142.9MPa<[σ]=215MPa ,強度滿足要求。
圖8 橫向分配梁應力圖(MPa)
橫向分配梁采用I10工字鋼。見圖8。
橫向分配梁最大應力σ=138.4MPa<[σ]=215MPa ,強度滿足要求。
圖9 鋼管及連接系應力圖/MPa
鋼管及連接系最大應力σ=98.4MPa<[σ]=215MPa ,強度滿足要求。見圖9。
本文通過實際特大連續梁工程,結合0#塊的結構特點,節段長,自重大,且主墩不高等特點,從安全性考慮,采用落地支架施工支架并進行方案細化設計,并用有限元軟件對支架進行模擬分析,通過計算,支架整體結構的強度最大為215MPa,最大位移為7.35mm,支架整體強度、剛度均滿足要求,支架各連接桿件的強度均未超過材料容許應力限值,故整個支架的設計方式是合理、可行的。最終在本項目中的得到了較好的實踐與應用,可為今后類似工程的支架設計提供借鑒作用。