箱梁跨河現澆支架搭設計算探討

賀勝義

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

某橋結構為單箱單室變截面預應力連續箱梁，共有3跨，主跨60 m，兩邊跨各為35 m。主橋3跨連續箱梁原設計采用陸上預制箱梁塊體，再分塊懸拼的施工工藝，后經工藝變更，決定采用搭設支架現澆，兩主墩頂0#塊澆筑完成后，對稱現澆1#～9#塊體，現對支架搭設計算等問題進行探討。跨河支架搭設見圖1。

圖1 跨河支架搭設

2 跨河支架搭設

跨中段箱梁施工時，由于在河中無法搭設落地支架，故決定設定簡易的臨時跨河支架進行施工。跨河支架結構見圖2。

圖2 跨河支架結構

2.1 上部鋼結構計算

箱梁塊體中最重塊有38.8 t，底模、側模、內模總重7t，考慮部分施工荷載，決定取p=50 t[1]。計算簡圖見圖3。

圖3 跨河支架計算簡圖

2.1.1 結構內力計算

跨河支架為一次超靜定結構，根據結構力學，算得結構內力圖見圖4～圖6。

跨中撓度:13.6 m m，E=13.6/900=1/662<[f]=1/400

圖 4 N:軸力圖（單位：t）

圖 5 Q:剪力圖（單位：t）

圖 6 M：彎矩圖（單位：t）

2.1.2 結構驗算

2.1.2.1 主梁驗算

初選I 40 a工字鋼作為主梁，其截面力學特性如下[2]：

A=81.6cm2，Ix=2172cm4；ix=15.9cm，Wx=1090cm3，IY=660cm4，iy=2.77cm，wy=93.2cm，Ix/Sx=34.1×10-2

主梁共有4根：

受力情況：N=-37.45 t，Q=25.0 t，M=68.9 t·m

（1）強度驗算。每根主梁:壓彎應力：σ=N/A+158.06 MPa

剪應力：τ=QS×/(L×d)=17.1 MPa

折算應力處正應力（腹板、翼緣交叉點）：σ=N1/A+M1y1/（r×w×h/2）=152.7 MPa

注：由于實際梁上受力并非為集中荷載，且計劃在支座處進行加勁肋處理，故無需驗算局部壓應力σ'。

（2）整體繞主軸穩定性驗算。

①彎矩作用平面內的穩定性：取IX=900c m，則λx=Ix/ix=900/15.9=56.6

查表得 φx=0.895，βmx=1，γ1x=1.05

NEX=π2E A=22281.8 k N

則N（/δ×A）+βmxMx/γ1XW1（X1-0.8 N/NEX）=163MPa

②彎矩作用平面外的穩定性：取Iy=300c m，則λy=Iy/iy=300/2.77=108.3

φb=1.07-fy/（44000×235）

φy=0.829，βtx=1.0

2.1.2.2 斜桿驗算

由于荷載為移動荷載，當荷載作用在斜桿處時斜桿受力最大：N=-1.414×50=-70.7 t（N為4根斜桿的總承受力）。

每根斜桿選用2[12.6槽鋼背拼而成，則I=495cm，Ix=495cm

Ix=0.5×495=248c m，A=31.38c m2，Ix=2×391.47=782.94c m4，Ix=5.0cm，Iy=255.23cm4，Iy=2.85cm，則 λx=495/5.0=99<[λ]=150

λy=248/2.85=87<[λ]=150

由λx=99 查表得φmix=0.561

穩定性計算（注：計算斜桿時，除考慮荷載產生的壓力外，尚應考慮主梁自重對其施加壓力，故取N=70.7+5=75.7 t）。

N/（φmixA）=105.4 MPa

2.1.2.3 立桿驗算

荷載作用在立桿處時，立桿受壓力最大：N=-50+5=55 t（注：5 t為梁自重）。取2根[12.6槽鋼背拼焊接，經計算同樣可以滿足強度、穩定性的要求。

2.2 樁基計算

2.2.1 單樁豎向承載力確定

擬定樁尺寸為邊長30cm的預制方樁，樁長9cm，砼為30#。

（1）根據經驗公式，確定單樁豎向極限承載力標準值。

Qsk=U Σ1iqski

Qpk=Apqpk

Qski=24 kPa（取淤泥質土計算）

qpk取黏性土，0.75

qpk=210 kPa

II=h=6.5 m，u=0.3×4=1.2 m，Ap=0.3×0.3=0.09 m2

則Qsk=187.2 k N

Qpk=18.9 k N

（2）計算承載力設計值。

因承臺底面存在新填土，故不考慮承臺效應。

R=ηsQsk/γs=ηpQpk/γp=124.9 k N

（3）計算極限承載力。

γ0[N]≤R

[N]≤R/γ0=124.9/1.0=124.9 k N

實際產生豎向力N，F=50+5=55 t

N=55×9.8/8=67.4 k N<[N]=124.9 k N

豎向承載力滿足。

2.2.2 單樁水平承載力確定

（1）確定荷載和計算圖式（圖7）。

（2）確定基本參數：

取 m=3.5 M N/m4，E c=3.00×104 MPa(30#砼)

I0=a4/12=6.75×10-4m4

EI=0.85

EcI0=17.213×106N.m2

b0=1.5 b+0.5=1.5×0.3+0.5=0.95

（3）求地面處樁身內力：

M0=H10/n=H010，H=366.5 k m，

H0=H/n=366.5/8=45.8

取I0=1.5 m

則M0=H0I0=68.7 k N.m

（4）求最大彎矩：

C1＝a M0/H0=1.08

查表得

CⅡ=1.55

所以 Mmax=M0CⅡ=106.5 k N.m

2.2.3 樁基結構設計

（1）水平力驗算[3]：

圖7 單樁荷載計算圖

α=3cm，h0=27，Rg==340 MPa，Ag=3 π×82=603.2 m m2=2 π×82=402.1 m m2，Ra=17.5 MPa

RgA=Rabx

又RgAg（h0/γs=39.4 k N.m

故樁基抗彎不滿足，應設擋土墻支撐結構以支撐231 k N的水平力。

（2）豎向力驗算：

h=7.5 m，I0=1.5 m，h≥4.0/α=4.0/0.72=5.55

則 Lc=0.7×（I0+4.0/α）=4.59

Lc/d=15.3，故取 φ=0.81

樁身豎向承載力φ（RaA+R）=1715.3 k N

實際豎向壓力N=55×9.8/8=67.4 k N

可知 N<φ（RaA+R

）豎向力滿足要求。

式中：Lc：樁身計算長度；

φ：樁的穩定系數。

樁基斷面30cm×30cm，主筋間距20cm。

2.3 承臺計算

由于上部鋼結構的8根立桿與下部8根樁基一一對應，且樁基計算時采用單樁承載力設計，故對承臺要求不高，本工程采用幾根圈梁作為承臺將8根樁連成一整體，圈梁斷面尺寸采用40cm×40cm，主筋為4 φ16螺紋鋼。

2.4 聯系梁預埋件計算

由于砼承臺與上部鋼結構的連接要通過預埋鋼板來實現，故還需計算預埋件大小。經計算，預埋件鋼板采用Q 235鋼，板的厚度為t=10 m m，錨筋采用4 φ14螺紋鋼，錨固長度Ia=25cm。

2.5 擋墻承載力計算

擋墻取高80cm，長8 m，采用75#槳砌片石砌筑。

（1）按朗金被動土壓力理論計算：

土的指標：φ=14°，C=20 kPa，γ=19 k N/m2，

Kp=t g2（45°+φ/2）=1.638

P=γH2k p/2+2 cH

=61.2 k N/m

F=61.2×8=489.2 k N>水平力H=231 k N

（2）按擋墻承載力計算：

由題意，根據墻后壓力分布可得：

Ph1/2=H0

P=2 H0/h1=114.7 kPa

則其對擋墻后趾靠上點產生的彎矩（每延米）

M=ph2/6=12.23 k N·m

該處產生的拉應力

σ=M/Wx=0.115 MPa<[σ]=0.42 MPa

擋墻承載力滿足要求

2.6 水平支撐設計

選用支撐截面為20cm×20cm，25#砼，配筋為：主筋4 φ10，箍筋φ6.5 α15，支柱在河兩側各4根，長度不超過8 m。

L0/b=8/0.2=40

φ=0.23

Nj=φ（RaA=RgAg）=126 k N>HO=367/4=91.75 k N

上式滿足要求。

3 跨河支架上部設施

跨河支架搭設完成后，在主梁上部橫橋向擺置I 16工字鋼，工字鋼下翼緣與主梁用鐵卡卡住，使其固定不動，然后在其上搭設腳手架，腳手架采用滿堂碗扣支架，輔以剪力撐、斜撐，碗扣鋼管選用φ48×3.5規格，鋼管之間橫向間距約為0.9 m、縱向間距為0.8 m，I 16工字鋼間距同腳手架的排距。

由于跨河支架主梁的跨中撓度達13.6 m m，如不采取措施，所澆箱梁塊體底模將隨之下沉，與前段箱梁銜接不平順，因此決定在施工5#、6#、7#箱梁節段（其處在跨河支架中位置）時，分別在其前一節段箱梁塊體底部預埋幾塊鋼板，在其上焊吊筋，后節段箱梁塊體底模系統與之固結，使底模一端不因撓度而下沉，確保銜接平順。

4 結束語

由于施工初期考慮不周，支承箱梁底部的鋼管支架未設置調節螺桿，底模鋪設出現高或低于設計標高的情況，而無法進行調節。因此建議在類似工程中預先設置調節螺桿，通過調節螺桿及時調整標高。按照本文跨河支架搭設的受力計算，順利完成了箱梁現澆任務。

[1]交通部公路勘察設計院.J T J025—1989公路橋涵鋼結構及木結構設計規范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[2]建設部.GB 5009—2001建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3]中交公路規劃設計院.J T G D 60-2004公路橋涵設計通用規范[S].北京：人民交通出版社，2004.