淺析框架墩橫梁支架設(shè)計(jì)

王海龍

摘 要：通過對(duì)新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線神池南特大橋框架墩橫梁支架的設(shè)計(jì)、計(jì)算的詳細(xì)講述，著重介紹設(shè)計(jì)計(jì)算過程，給今后類似工程的設(shè)計(jì)、計(jì)算提供參考。

關(guān)鍵詞：框架墩；橫梁；支架；設(shè)計(jì)

1 工程概況

新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線工程，神池南特大橋全長(zhǎng)3487.435m，中心里程DK176+498.668。本橋于DK175+902.3處跨越神池至岢嵐輸氣管道，管道直徑為0.55m，埋置于地下1.2m左右，與線路夾角為21.4°，輸氣管道協(xié)議要求管道兩側(cè)各8m范圍內(nèi)不許立橋墩；于DK175+980.8處跨越陜京輸氣管道，管道直徑為0.66m，埋置于地下1.2m左右，與線路夾角為24.9°，輸氣管道協(xié)議要求管道兩側(cè)各8m范圍內(nèi)不許立橋墩。根據(jù)協(xié)議要求，35～37#、39#、40#采用框架墩跨越方案。

框架墩軸線沿線路曲線法線方向布置，基礎(chǔ)按圖中與橫梁相交角度布置。框架橫梁采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，其余部分均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。35#墩橫梁長(zhǎng)33.3m，36#、37#、39#、40#墩橫梁長(zhǎng)30.0m，均采用實(shí)心矩形截面，橫梁寬3.2m，高3.0m，與墩柱相接的部分加厚至3.5m；墩柱橫向?qū)?.8m，直坡，墩柱頂縱向?qū)?m，坡率為26：1，采用矩形截面，設(shè)半徑R=10cm圓弧倒角。35～37#、39#、40#墩柱左右側(cè)高均為38.5m，其中框架墩上設(shè)1根橫撐，橫撐中心線距橫梁底17.5m，橫撐截面形式為200*180cm矩形。

為減小施工對(duì)輸氣管道的影響和框架墩的橫向跨度，承臺(tái)平行于管道中心線布置，35～37#墩承臺(tái)與準(zhǔn)朔聯(lián)絡(luò)線交角為70°，39#、40#墩承臺(tái)與與準(zhǔn)朔聯(lián)絡(luò)線交角為65°。樁基采用樁徑1.5m鉆孔灌注樁。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)及各種參數(shù)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

準(zhǔn)聯(lián)施橋（特）（變）25-Ⅱ；

《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.1-2005）；

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB1002.2-2005）；

設(shè)計(jì)參數(shù)：[σ]=140MPa E=2.1×105N/mm2 [τ]=80MPa

3 橫梁支架設(shè)計(jì)計(jì)算

框架墩橫撐設(shè)計(jì)截面尺寸為200*180cm，兩端與墩身相接處上、下各設(shè)置橫向1m、高0.5m斜面，在澆筑立柱時(shí)將斜面混凝土灌注完成。跨距為25.7m。

3.1外力計(jì)算

①混凝土重量按2.65T/m3，合計(jì)P砼=653.8（T）

②模板重量按100kg/m2，P模=（3+3+3.2）*25.7*100=23.64（T）

③支架重按砼重的25%計(jì)，P支=P砼*25%=653.8*25%=163.45（T）

④人員及材料、設(shè)備按頂平面150kg/m2計(jì)， P人、機(jī)=3.2*25.7*150=12.33（T）

⑤砼沖擊力及搗固力按頂平面400kg/m2計(jì)，P沖搗=3.2*25.7*400=32.9（T）

外力合計(jì)ΣP=886.12（T），則q=ΣP/L=34.48（T/m）。

3.2 縱梁計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：

ABC段為9m連續(xù)型鋼梁，DEF段為9m連續(xù)型鋼梁，CD段為7.7m簡(jiǎn)支型鋼梁，則ABC、DEF按一次超靜定計(jì)算，CD段按簡(jiǎn)支計(jì)算。

首先計(jì)算ABC桿及DEF桿，用邁達(dá)斯計(jì)算，如圖：

q=34.48（T0）

R1=R3=R4=R6=53.8（T），R2=R5=193.25（T）；R3及R4分別為ABC桿和DEF桿對(duì)R2和R5產(chǎn)生的作用力。 Mmax=49.37（T-m）。M=-86.2（T-m）（發(fā)生在B點(diǎn)上）。縱梁選用45工字鋼，查表W=1430cm3。則n=（根）。選用5根45工字鋼。

CD段對(duì)R3和R4作用計(jì)算，CD桿按簡(jiǎn)支梁計(jì)。則；R”3=R”4=132.55（T），R3=R3+R”3=186.35（T）；

R4=R4+R”4=186.35（T）。CD桿彎矩計(jì)算 Mmax=255（T-m）。縱梁選

擇：45工字鋼，查表：w=1430cm3，A=102.45cm2，則n=

根，則選用14根45工字鋼.

3.3 橫梁計(jì)算

由簡(jiǎn)圖可知，橫梁共6組，一側(cè)3組，兩側(cè)對(duì)稱。取三組橫梁中的一組進(jìn)行受到上縱梁計(jì)算中R1（R6）作用，橫梁支點(diǎn)落在三條支架前中后三個(gè)支點(diǎn)上，則可得計(jì)算簡(jiǎn)圖：下圖為在R1（R6）作用下。

計(jì)算：由縱梁計(jì)算知q1是由A（F）點(diǎn)作用力生成。

q 1= 17.93（T/m）.

用邁達(dá)斯計(jì)算反力及彎矩，如圖：反力N1=N5=11.15（T）， N2=N4=10.4（T）， N3 =10.68（T）

彎矩計(jì)算如下（圖例）

則Mmax=0.2（T-m），Mmax=-0.81（T-m）。選用兩根Ⅰ28工字鋼，查表；W=508（cm3），

取三條中最大的彎矩計(jì)算應(yīng)力，則σ=M'2w=0.28（T/cm2）<[σ]=1.4（T/cm2）；滿足要求：

3.4 支架計(jì)算

由如下計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行計(jì)算：

由橫梁計(jì)算知，兩邊支架受力最大，分別為：

P1=P6=11.15（T），P2=P5=40.07（T），P3=P4=38.64（T）

求解該桁架：NA=P1=11.15（T）； NBG = NEH =50（T）（壓）；NDH = NCG =69.66（T）（壓）；NGH =88（T）（拉）

由結(jié)構(gòu)特點(diǎn)知：n-n截面設(shè)有水平滑移槽，G和H設(shè)有滑移面，則BEGH行成獨(dú)立框架桁架。

則NBC=30（T）（壓），NCD=88（T）（壓）。

選擇材料型號(hào)，桿件中受力最大為88T，選用雙根36槽鋼，查表Ag=60.91cm2，i=14.0cm，

則σ==0.72（T/cm2）≤[σ]=1.4（T/cm2）。

結(jié)論：滿足要求。

3.5 穩(wěn)定計(jì)算：

CD桿兩端按鉸接計(jì)，則LCD=7.7m，u=1，則λ==55，查表?=0.86。[σ]·?=1.2（T/cm2）>σ=0.721（T/cm2），滿足要求。

DH（CG）桿穩(wěn)定計(jì)算：σ==0.57（T/cm2）；取兩端鉸接，

則L=10.82m，u=1，則λ==77.3，查表?=0.731， [σ]·?=1.02（T/cm2）>

σ=0.57（T/cm2），滿足要求。

BG（EH） 桿穩(wěn)定計(jì)算：σ== 0.41（T/cm2）；

取L=7.5m，兩端鉸接，μ=1，則λ=53，查表；?=0.87

[σ]·?=1.21（T/cm2）>σ=0.41（T/cm2），滿足要求。

GH桿采用D=25精軋螺紋鋼4根，每根設(shè)計(jì)抗拉30T，則4根為120T，大于88T；故設(shè)計(jì)為安全。

A及F點(diǎn)抗剪計(jì)算：按純剪計(jì)，τ==0.1 （T/cm2）<[τ]=0.8（T/cm2），滿足要求。

4 砂筒計(jì)算

砂筒采用D=30，t=0.8mm的焊管，砂筒填砂高度按h=15cm計(jì)，根據(jù)筒內(nèi)為液體原理計(jì)（偏安全），如下圖：

砂筒側(cè)壓力和砂頂面壓應(yīng)力相等，取壓力最大支點(diǎn)作為計(jì)算值，由上計(jì)算知，最大壓力為44.44T，則σ==0.05（T/cm2），

則N=sinθ·dθ·R·h·σ=sinθ·dθ×15.65×15×0.057=

15.65×15×0.05=13.2T則σN=t=1.40T/cm2=[σ]=1.4（T/cm2），滿足要求。

5 牛腿計(jì)算

由如下計(jì)算圖式

由上計(jì)算知NBG=50（T） NCG=69.66（T）

由于斜桿BG與斜桿CG在水平面可滑移，并受GH拉桿限制，對(duì)小牛腿只傳遞豎直力。

則豎直力分別為NBG=40.07（T），NCG=38.64（T），在G點(diǎn)產(chǎn)生的彎矩：M=38.64×0.9+40.07×0.3=46.78（T-m），剪力：Q= 40.07+38.64=78.71（T）

采用雙根高45cm，厚5cm鋼板做小牛腿，經(jīng)計(jì)算慣性矩、抗彎模量、靜面鉅（z軸以上部分）分別為：（單片）J=26666cm4； w=1333cm3；Smax =1000cm3 腹板厚t=5cmτ==0.29（T/cm2）

<[τ]=0.8（T/cm2），σ===1.75（T/cm2）<[σ] ×1.3=1.82（T/

cm2）。規(guī)范說明臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值可提高30%；

6 結(jié)束語

本文通過新建大準(zhǔn)至朔黃鐵路聯(lián)絡(luò)線工程，神池南特大橋工程中的具體實(shí)例計(jì)算，并且在施工過程中取得了良好的效果，為以后的工程積累經(jīng)驗(yàn)。