鋼管樁臨時結構設計

戴文明

摘要：本文依據適用、安全、經濟、美觀的原則，結合現場實際的地質、水文及現有材料等情況，查閱和運用相關的設計規范、設計手冊、施工技術規范和設計資料，采取容許應力法對施工現場的臨時結構進行設計計算。

關鍵詞：臨時結構 容許應力 結構計算

1 設計相關資料及計算數據

1.1 技術標準 ①公路等級：城市快速路標準。②設計車速：80公里/小時。③荷載等級。a橋梁結構荷載標準：采用城-A級；b道路設計荷載標準：BZZ-100型標準車。④橋梁寬度：大橋寬34.5m（含布索區2m），雙向八車道。

1.2 主要材料 鋼管：采用？椎420，？椎800兩種類型的鋼管；I字鋼：I36型工字鋼、I36（a）型工字鋼。

2 鋼管樁臨時結構計算

2.1 設計資料 箱梁跨徑56m，采用整體現澆方法施工，臨時支架采用鋼管樁基礎。現澆梁底模板采用15mm紅松木模板，木模板放在10×10cm2的方木上，方木下面是20×20cm2的方木。方木直接作用在工字鋼上，工字鋼放在桁片上，桁片與鋼管之間采用砂盆支座連接。本文只針對工字鋼、桁片及鋼管進行驗算。

2.2 結構尺寸擬定 首先對臨時結構各部件進行尺寸和材料初步擬定，面模板采用木模板，其厚度為15mm，面模板橫肋采用10×10cm2的木方，木方沿橋的橫向每隔25cm設置一道。在其下面沿縱橋向放置20×20cm2的木方，每隔35cm設置一道。縱向木方直接作用在工字鋼上，工字鋼間距為75cm一道。工字鋼放在桁片上，桁片通過砂盆與鋼管上連接。鋼管采用？椎800，以6m×9m間距布設。

2.3 作用集度計算

2.3.1 永久作用集度計算。①模板采用闊葉樹取0.12kN/m2。②箱梁混凝土自重為20012.550kN，其中18m漸變段箱梁為結構最不利位置，其重量為6734.05kN，自重集度為：

g=6734.05kN/A= =31.176kN/m

2.3.2 可變作用集度計算。①施工人員、施工料具、運輸、堆放荷載取2.5kPa。②傾倒混凝土是產生的荷載為2.0kPa。③振搗混凝土產生的荷載為2.0kPa。④其他荷載忽略。

2.3.3 作用集度組合。①驗算強度時，由作用集度組合可知，其作用集度為：

p1=（1）×1.2+（2）×1.2+{（3）+（4）+（5+（6））}×1.4

=（0.12+31.176）×1.2+（2.5+2.0+2.0）×1.4=46.655kN/m

②驗算撓度時，由作用集度組合可知，其作用集度為：

p2=（1）×1.2+（2）×1.2=37.555kN/m

2.4 結構各部件驗算

2.4.1 工字鋼梁驗算。工字鋼梁可看作支承在模板縱肋的簡支梁計算，工字鋼梁之間的間距為0.75m作用在工字鋼梁單位長度上的荷載集度為q=46.655×0.75=34.991kN/m。

簡支梁跨中最大彎矩為：

Mmax= = =157.461kN·m

簡支梁支座處最大剪力為：

Vmax= = =104.973kN

工字鋼梁選用I36.a型，其截面特性Ix=1.5796×108mm4，Wx=8.776×105mm3， =310.1mm，δ=10.0mm，E=2.1×105MPa。

①工字鋼梁截面強度驗算。工字鋼梁的自重集度為0.60kN/m，其自重產生的彎矩為：

Mg= =2.7kN·m

總彎矩值為：

Mx=157.461+2.7=160.161kN·m

彎矩正應力為：

= = =182.499MPa<1.3×145MPa=188.5MPa

支座處總剪力值為：

Vx=104.973+0.6×6× =106.773kN

τmax= = =34.432MPa<1.3×85MPa=110.5MPa

②工字鋼梁跨中撓度驗算。工字鋼梁單位長度上的荷載標準值為q=34.991+0.60=35.591kN/m。

簡支梁撓度近似計算公式為：f=

將q=35.591kN/m，Ix=1.5796×108mm4，l=6m，E=

2.1×105MPa代入得：

f= =

=0.018mm<[f]= = 10mm

∴由以上計算可知工字鋼梁的強度和剛度都滿足要求。

2.4.2 桁架穩定性驗算。桁片支承在鋼管樁上，可將桁片視作支承在鋼管樁上的簡支梁，作用于其上的荷載集度為q=46.655×6× =139.965kN/m，其跨中彎矩為：

M = = =1417.146kN·m<[M]=1800kN·m

∴桁片跨中彎矩滿足結構要求。

兩跨連續梁跨中的支座為最不利位置，則其剪力為：

V=139.965kN/m×9m=1259.685kN<[V]1200kN×3=3600kN

∴跨中的支座剪力也滿足結構要求。

通過以上計算可知，桁片能夠滿足施工要求。

2.4.3 鋼管樁立樁驗算。鋼管樁立柱支撐上部桁架，立柱長度為10m，立柱采用？覫800鋼管，壁厚為8mm。立柱平面布置圖如下圖。立柱承擔圖中陰影部分面積的荷載，由于立柱一端嵌固在地層中，一端露出地表，可把立柱看作一端固定、一端自由，由此可知：

作用在立柱上的荷載P=q·A=46.655×6×4=1119.72kN；

截面最小回轉半徑：

i= = = =280.029mm

立柱有效高度l0=2l=2×10=20m；

桿件長細比λ= = =71.174<80；

立柱縱向彎曲系數：φ=1.02-0.55 =1.02-

0.55 =0.562

立柱截面面積A= =0.02m 。

①鋼管立柱強度驗算

σa= = =55.986MPa<1.2[σ]=1.2×180=216MPa

②鋼管立柱穩定性驗算

σa= = =99.975MPa<1.2[σ]=1.2×180=216MPa

通過以上計算采用？覫800，壁厚3mm鋼管立柱強度及穩定性均能夠滿足施工要求。

參考文獻：

[1]交通部行業標準《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]交通部行業標準《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]交通部行業標準《公路工程技術標準》（JTG B01-2003）[M].北京：人民交通出版社，2003.