寶蘭客專馬營中橋32m現(xiàn)澆簡支梁單跨貝雷梁支架設(shè)計(jì)及檢算

袁建飛

摘要：大噸位預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁，采用大跨度單跨貝雷梁梁柱式施工體系，具有操作簡便、地基處理難度小、受地勢制約小、不限制橋下凈空等優(yōu)點(diǎn)。文章就寶蘭客專大噸位預(yù)制簡支梁體的施工進(jìn)行探討，并對所采用的32m大跨度梁柱式結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行檢算。

關(guān)鍵詞：32m現(xiàn)澆簡支梁；單跨貝雷梁支架；設(shè)計(jì)；檢算；橋梁 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U445 文章編號(hào)：1009-2374（2015）03-0100-04 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0241

1 工程概況

馬營中橋位于通渭縣馬營鎮(zhèn)東牛谷河支溝上，橋中心里程為DK889+744.00，全長111.4m。設(shè)計(jì)為3×32m簡支梁結(jié)構(gòu)，共有32m標(biāo)準(zhǔn)跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁3跨。32m跨箱梁截面為等寬度、等高度簡支箱梁，截面形式為單箱單室斜腹板截面。

箱梁砼設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)C50，設(shè)計(jì)混凝土方量：278m3。

本橋所處地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土，底部為上第三系泥巖。設(shè)計(jì)采用擠密樁、三七灰土墊層及C20砼對橋梁底部進(jìn)行全幅的支架地基處理及硬化。

2 鋼管貝雷梁支架設(shè)計(jì)

第一，支架總體設(shè)計(jì)見圖1和圖2，單位mm。

第二，底模下方橫向分配梁間距為40cm，單根長度12500mm，材質(zhì)I18a。

第三，橫向分配梁下方為貝雷縱梁，按簡支梁形式布置，跨度27～28m（受貝雷節(jié)點(diǎn)影響跨度不統(tǒng)一）；貝雷梁采用雙層布置，上下弦均設(shè)加強(qiáng)弦桿，高度3200mm；橫橋向布置22片，每兩片通過45cm支撐架進(jìn)確保鎖定，順橋向每隔3～5m采用[20槽鋼對所有上下弦進(jìn)行橫向連接，增強(qiáng)其整體受力能力。

第四，貝雷梁下方為3×I45a組合工鋼橫梁，單根長度12500mm。

第五，組合鋼橫梁下方為75cm×95cm的三槽式矩形砂箱，對支架高程做0～150mm的微調(diào)，在砂箱下面墊11根I18工字鋼并焊的支撐托梁，便于底模高程微調(diào)和卸落。

第六，砂箱下方為Φ600×10mm鋼管支墩，橋墩單側(cè)設(shè)雙排，橋臺(tái)位置設(shè)單排，與承臺(tái)頂預(yù)埋件有效鎖定；橋臺(tái)臺(tái)身需預(yù)埋鋼制附著件，對單排鋼管支墩進(jìn)行有效約束，減少其自由長度的同時(shí)防止向跨中變形。

第七，支墩基礎(chǔ)為承臺(tái)和樁基礎(chǔ)，需通過表面預(yù)埋構(gòu)件與支墩連接。由于0#、3#橋臺(tái)承臺(tái)寬度僅為9.2m，需要對基礎(chǔ)進(jìn)行加寬各1.2m。

3 受力檢算

3.1 底模下橫向分配梁

3.1.1 計(jì)算簡圖如圖3所示：

3.1.2 荷載計(jì)算及組合：箱梁為等寬等高斜腹板變截面設(shè)計(jì)，橫梁順橋向間距50cm，取梁端截面1.3m最厚部分進(jìn)行計(jì)算，以確保施工安全。

第一，翼板線位置荷載：

翼板位置混凝土線荷載0.48×0.5×26/1.629=3.83kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×0.5=4kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：0.5×1.5=0.75kN/m

荷載組合（3.83+0.75）×1.2+4×1.4=11.10kN/m

第二，腹板線位置荷載：

腹板位置混凝土線荷載4.23×0.5×26/2.971

=18.51kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×0.5=4kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：（2.95+1.65+1.14）×0.5×1.5/2.971=1.45kN/m（外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、底模）

荷載組合（18.51+1.45）×1.2+4×1.4=29.55kN/m

第三，底板位置線荷載：

底板、頂板位置混凝土線荷載（1.8+1.61）×0.5×26/3.000=12.56kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×0.5=4kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：0.5×1.5×2=1.5kN/m（頂板底模、下底模）

箱內(nèi)支架：5kN/m

荷載組合（12.56+1.5+5）×1.2+4×1.4=28.47kN/m

3.1.3 計(jì)算結(jié)果：共有23跨。

梁材性Q235，截面為普工20a。截面Ix=2.37e+007mm4，截面Wx=237000mm3，面積矩Sx=134977mm3，腹板總厚7mm，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=1。最大壁厚11.4mm得：截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=125MPa。

考慮自重，自重放大系數(shù)為1.2。

因第4跨至第9跨為最不利受力截面，第15跨至第20跨成幾何對稱，故僅以第4跨為例進(jìn)行檢算。

第4跨計(jì)算結(jié)果：

跨度為0.45m

剪力范圍為-5.57731～-7.8711kN

彎矩范圍為-0.125081～-0.911438kN·m

最大撓度為0.0004mm（撓跨比為1/1145612）

由Vmax×Sx/（Ix×Tw）計(jì)算得最大剪應(yīng)力為6.40MPa，滿足！

由Mx/（γx×Wx）計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為3.66MPa，

滿足！

3.2 縱向貝雷梁

3.2.1 受力簡圖如圖4所示：

3.2.2 荷載計(jì)算：

第一，翼板線位置荷載：

翼板位置混凝土線荷載0.48×26=12.48kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×1.629=13.03kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：1.629×1.5=2.44kN/m

上橫梁荷載（I20a）：2×1.629×27.95×1.2×

10/1000=1.09kN/m

荷載組合（12.48+2.44+1.09）×1.2+13.03×1.4=37.46kN/m

第二，腹板線位置荷載：

腹板位置混凝土線荷載（4.23×1.3+3.46×2.3+2.81×29）×26/32.6=75.73kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×2.971=23.77kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：（2.95+1.65+1.14）×1.5=8.61kN/m（外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、底模）

上橫梁荷載（I20a）：2×2.971×27.95×1.2×10/1000=1.99kN/m

荷載組合（75.73+8.61+1.99）×1.2+23.77×1.4=136.87kN/m

第三，底板位置線荷載：

底板、頂板位置混凝土線荷載[（1.8+1.61）×1.3+（1.27+1.19）×2.3+（0.86+0.84）×29] ×26/32.6=47.37kN/m

臨時(shí)荷載（人員機(jī)具2kPa，混凝土傾倒4kPa，振搗2kPa）：（2+4+2）×3=24kN/m

模板荷載（按鋼模配桁架計(jì)算，150kg/m2）：3.0×1.5×2=9.0kN/m（頂板底模、下底模）

箱內(nèi)支架：10kN/m

上橫梁荷載（I20a）：2×3×27.95×1.2×10/1000=2.01kN/m

荷載組合（47.37+9.0+10+2.01）×1.2+24×1.4=115.66kN/m

3.2.3 計(jì)算結(jié)果：

第一，翼板下方縱梁：跨度為27.803m。

截面為2排雙層上下弦加強(qiáng)型貝雷梁，截面Ix=4.5963e+010mm4，截面Wx=3.0642e+007mm3，面積矩Sx=2.2981e+007mm3，腹板總厚21.2mm，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=295MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=170MPa。

剪力范圍為-597.867～-604.138kN

彎矩范圍為-4037.96～-183.05kN·m

最大撓度為34.10mm，撓跨比為1/815，滿足！

由Vmax×Sx/（Ix×Tw）計(jì)算得最大剪應(yīng)力為14.25MPa，滿足！

由Mx/（γx×Wx）計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為125.50MPa，滿足！

下傳主橫梁集中荷載729.95kN、688.92kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為364.97kN。

第二，腹板下方縱梁：跨度為27.803m。

截面為6排雙層上下弦加強(qiáng)型貝雷梁，截面Ix=1.3789e+011mm4，截面Wx=9.1926e+007mm3，面積矩Sx=6.8944e+007mm3，腹板總厚63.6mm，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=295MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=170MPa。

剪力范圍為-2132.33～-2154.69kN

彎矩范圍為-14401.6～-652.859kN·m

最大撓度為40.54mm，撓跨比為1/685，滿足！

由Vmax×Sx/（Ix×Tw）計(jì)算得最大剪應(yīng)力為16.94MPa，滿足！

由Mx/（γx×Wx）計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為149.21MPa，滿足！

下傳主橫梁集中荷載2603.39kN、2457.06kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為433.90kN。

第三，底板下方縱梁：跨度為27.803m。

截面為6排雙層上下弦加強(qiáng)型貝雷梁，截面Ix=1.3789e+011mm4，截面Wx=9.1926e+007mm3，面積矩Sx=6.8944e+007mm3，腹板總厚63.6mm，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=295MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=170MPa。

剪力范圍為-1838.96～-1858.25kN

彎矩范圍為-12420.2～-563.038kN·m

最大撓度為34.95mm，撓跨比為1/795，滿足！

由Vmax×Sx/（Ix×Tw）計(jì)算得最大剪應(yīng)力為14.61MPa，滿足！

由Mx/（γx×Wx）計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為128.68MPa，滿足！

下傳主橫梁集中荷載2245.22kN、2119.01kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為374.20kN。

3.3 主橫梁

3.3.1 受力簡圖如圖5所示：

3.3.2 荷載計(jì)算：

翼板位置貝雷梁下傳主橫梁集中荷載729.95kN、688.92kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為364.97kN，P1=364.97kN。

腹板位置貝雷梁下傳主橫梁集中荷載2603.39kN、2457.06kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為433.90kN，P2=433.90kN。

底板位置貝雷梁下傳主橫梁集中荷載2245.22kN、2119.01kN，單片貝雷梁下傳最大荷載為374.20kN，P3=374.20kN。

3.3.3 計(jì)算結(jié)果：

共有6跨，因第3跨與第4跨受力最大，故僅對第3跨進(jìn)行檢算。

梁材性：Q235。截面為3×I45a，截面Ix=9.5257e+008mm4，上表面處Wx=4.23365e+006mm3，下表面處Wx=4.23365e+006mm3，面積矩Sx=2.47347e+006mm3，腹板總厚34.5mm，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=1，由最大壁厚18mm得：截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=205MPa，截面抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=120MPa。

考慮自重，自重放大系數(shù)為1.2。

第3跨計(jì)算結(jié)果：跨度為2.4m。

剪力范圍為-798.905～-1198.36kN

彎矩范圍為-155.126～-594.795kN·M

最大撓度為0.20mm（撓跨比為1/11941）

由Vmax×Sx/（Ix×Tw）計(jì)算得最大剪應(yīng)力為90.19MPa，滿足！

由Mx/（γx×Wx）計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為133.80MPa，滿足！

3.4 臨時(shí)支墩穩(wěn)定性

3.4.1 荷載計(jì)算：由主橫梁下傳鋼管柱最大荷載為2411.01kN集中力，由兩根Φ600×10鋼管柱承擔(dān)。由于主橫梁為了滿足貝雷梁支點(diǎn)需要，不能完全居中，故不均衡系數(shù)取1.5，單根鋼管柱受力為2411.01/2×1.5=1808.26kN。

3.4.2 計(jì)算結(jié)果：

第一，受壓穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算：

截面：600×10

ix：208.626mm

iy：208.626mm

A：18535.4mm

截面材性：Q235

繞X軸長細(xì)比為11.9831，繞X軸截面為b類截面。

繞Y軸長細(xì)比為11.9831，繞Y軸截面為b類截面。

按GB50017-2003第132頁注1計(jì)算，繞X軸受壓穩(wěn)定系數(shù)φx=0.989212，繞Y軸受壓穩(wěn)定系數(shù)φy=0.989212。

第二，強(qiáng)度驗(yàn)算：

軸壓力N=1808.3kN

由最大板厚10mm得截面抗拉抗壓抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215MPa

計(jì)算得強(qiáng)度應(yīng)力為97.56MPa，滿足！

第三，穩(wěn)定驗(yàn)算：

計(jì)算得繞X軸穩(wěn)定應(yīng)力為98.62MPa，滿足！

計(jì)算得繞Y軸穩(wěn)定應(yīng)力為98.62MPa，滿足！

第四，局部穩(wěn)定驗(yàn)算：

外徑與壁厚之比為60，滿足！（GB50017-2003第59頁5.4.5）

橋臺(tái)擴(kuò)大基礎(chǔ)地基承載力計(jì)算：3#臺(tái)下層貝雷梁支承擴(kuò)大基礎(chǔ)承載力按照單端承載的1/2進(jìn)行計(jì)算，考慮到上下臺(tái)階所承受荷載的不均勻性，取不均勻荷載系數(shù)為1.5，翼板部分則為全部承載。底板及腹板區(qū)域承載為（2411.01×2+1607.83）×1.5/2+2×11.2×1.5×2.6=4909.7kN。

計(jì)算結(jié)果：4909.7÷（11.2×2）=219.2kN，實(shí)測該處地基承載力為190kN，那么要求該處擴(kuò)大基礎(chǔ)下方1m范圍內(nèi)進(jìn)行三七灰土換填并分層夯實(shí)。

4 結(jié)語

本橋通過采用大跨度貝雷梁管柱支架法施工，大大簡化在具有濕陷性黏質(zhì)黃土層進(jìn)行地基處理的系列難題，大幅度降低了因此而產(chǎn)生的施工成本，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，并為同類現(xiàn)澆簡支橋梁在軟土區(qū)、土黃濕陷性區(qū)、深V地形區(qū)不便于設(shè)置支架臨時(shí)直墩或移動(dòng)模架等條件下，大噸位梁體的現(xiàn)澆支架施工提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.新建鐵路寶雞至蘭州客運(yùn)專線馬營中橋設(shè)計(jì)圖.2012.

[2] 周水興.路橋施工計(jì)算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 鐵道部.高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南（鐵建設(shè)[2010]241號(hào)）[S].

[4] 中鐵一局集團(tuán)有限公司.中鐵一局施工工藝工法標(biāo)準(zhǔn)：橋涵工程（QYGL2011-15-2）[S].

（責(zé)任編輯：陳 倩）