跨線施工現澆連續梁預留門洞支架設計及計算

柳海濤 杜 勇

(1.陜西高速集團渭蒲高速公路項目建設管理處，陜西 西安 710068； 2.陜西高速公路工程試驗檢測有限公司，陜西 西安 710068)

跨線施工現澆連續梁預留門洞支架設計及計算

柳海濤1杜 勇2

(1.陜西高速集團渭蒲高速公路項目建設管理處，陜西 西安 710068； 2.陜西高速公路工程試驗檢測有限公司，陜西 西安 710068)

結合工程實例，對跨線施工現澆連續梁預留門洞支架搭設方案進行了研究，分別闡述了門洞尺寸、支架基礎、支墩、支架結構及模板結構的設計方法，并對門洞支架作了檢算，指出支架的強度、剛度以及穩定性均滿足要求。

連續箱梁，門洞，支架，受力，計算

1 工程概況

東楊樞紐互通式立交D匝道橋全長524.6 m，共計六聯，由裝配式預應力混凝土連續箱梁和現澆預應力混凝土連續箱梁組成，其中東楊互通D匝道橋第五聯與西禹高速公路K963+890相交，交角為39.5°，橋跨布置為4×30 m現澆箱梁，西禹高速公路中央分隔帶處設置17號墩，共有樁基2根，樁基直徑為1.5 m，墩柱直徑為1.8 m，現澆箱梁高1.6 m，頂板寬度12 m，底板寬度7.4 m，兩側懸臂長為2 m。現澆連續箱梁頂板橫坡由頂板旋轉而成，頂底板橫坡同橋面，腹板保持垂直，現澆連續箱梁采用整體現澆，兩端同時張拉的工藝進行，采用C50混凝土澆筑，采用抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強度鋼絞線。根據梁體施工工藝要求，經現場實地勘察，對上跨西禹高速的預應力混凝土連續箱梁采用鋼管支墩加縱梁預留門洞的支架現澆。

2 支架搭設方案

2.1 門洞尺寸

根據高速公路行車安全及上跨西禹高速施工方案的要求，在西禹高速公路兩側各預留兩個行車門洞，橫向凈寬4.5 m，凈高5 m。

2.2 門洞支架基礎

門洞支墩基礎采用C25混凝土條形基礎，基礎寬0.8 m，高度0.6 m，長24.4 m。

2.3 門洞支墩

結合施工材料情況，支墩采用φ426×8 mm無縫鋼管，支墩間距橫向2.5 m～3.0 m，兩側共設計6排支墩，支墩高度4.5 m左右，為保證鋼管支墩的穩定性，在鋼管支墩內澆筑C20混凝土，并且支墩橫向設置剪刀撐。

2.4 門洞縱梁

門洞采用40b工字鋼，橫向間距60 cm，為便于調節連續梁標高，40b工字鋼沿順橋向布置，考慮縱梁安裝與拆除高度過高給施工帶來難度，同時保證高速公路行車安全，在縱梁頂部首先鋪筑一層竹膠板防止施工雜物落到高速公路上面，然后在竹膠板頂部設置大三角楔來調整梁體底板標高，以便于拆除縱梁工字鋼，其中三角楔采用12×15方木制作，間距25 cm，門洞縱梁、支墩、支墩基礎、橫梁必須具有足夠的強度、剛度、穩定性。

2.5 支架結構要求

1)支架結構必須具有足夠的強度、剛度、穩定性。2)支架在承重后期彈性和塑性變形應控制在15 mm以內。3)支架部分地基的沉降量控制在5 mm以內，支墩條形基礎的地基承載力應大于300 kPa。4)支架高度與梁底的高差應控制在理想范圍內，且應與預留拱度通盤考慮，預留門洞支架處預留拱度要考慮門洞縱梁撓度。預留門洞支架橫斷面見圖1。

2.6 模板結構及支架體系

1)外模結構。

外模面板均采用22 mm的竹膠板，尺寸為1.22 m×2.44 m，底板直接釘在三角楔頂部的橫向方木上面；腹板和翼板面板直接釘在豎向和橫向方木上面，方木間距為30 cm,同時在安裝腹板模板時在模板側面預留拉桿孔，上下各留一排，鋼筋安裝完畢后將拉桿穿入，用來加固外模，從而保證外模的平整度。在釘面板時，每塊面板應從一端趕向另一端，以保證模板表面平整度。為保證箱梁底板倒角處混凝土線形順暢，在豎向內與底板順橋向布置一條10 cm×15 cm的方木，方木釘在底板橫向方木上，并與斜支撐頂緊。

2)內模結構。

內模均采用方木做骨架支撐，竹膠板做面板，由于箱梁凈空較小，內模骨架設計以為少占凈空為準則，以利于底板混凝土的澆筑及內模的拆除。內模上下骨架采用5 cm×10 cm方木制作，間距30 cm。上下模板間設置4根75 cm的豎向方木和斜向方木支撐，考慮澆筑混凝土時會將內模上浮，施工內模時將用拉桿將內模固定于底板鋼筋上面。現澆箱梁橫斷面見圖2。

3 門洞支架檢算

1)箱梁每平方米重量計算：

a.支架上每平方米箱梁重量：

混凝土自重：g1=(13.6-3.549×2)/12×26=14.08 kN/m2。

b.模板荷載:P模=2.0 kN/m2。

c.施工人員荷載：P人=1.5 kN/m2。

d.總施工荷載：P總=P+P模+P人=14.08+2+1.5=17.58 kN/m2。

e.計算荷載：P=1.5P總=1.5×17.58=26.37 kN/m2。

2)底模受力。

底模為厚度2 cm的竹膠板，竹膠板放置在方木上，方木的中對中間距為30 cm。底模計算時取1 m寬度計算。竹膠板受力圖見圖3，圖4，竹膠板大樣圖見圖5。

計算跨度：L=0.3 m;竹膠板計算尺寸：b=1 m;h=0.02 m。

木材容許應力=8 MPa=8 000 kN/m,E=9 000 MPa=9×106kN/m2《查公路橋梁施工用冊》。

截面抵抗彎矩W=bh2/6=0.02×1×0.02/6=6.67×10-5m3。

I=bh3/12=1×0.02×0.02×0.02/12=6.67×10-7m4。

受均布荷載q=26.37 kN/m，計算跨徑L=0.3 m。

模板為多跨連續梁，上部荷載作用彎矩為：

M=qL2/10=26.37×0.3×0.3/10=0.24 kN·m。

σ=M/W=0.24/6.67×10-5=3 598.2 kN/m2<容許應力=8 000 kN/m2《查公路橋梁施工用冊》。

撓度f=ql4/(128EI)=26.37×0.34/(128×9×106×6.67×10-7)=0.28 mm

3)方木受力計算。

頂層方木橫橋向布置，跨度為60 cm(橫橋向)，受力寬度為30 cm(縱橋向)，方木尺寸為10 cm×10 cm。

受力為均布荷載=2.637×0.3=0.791 t/m=7.9 kN/m。

方木尺寸：b=0.1 m;h=0.1 m。

慣性矩I=bh3/12=0.1×0.1×0.1×0.1/12=8.33×10-6m4。

方木抵抗彎矩W=bh2/6=0.1×0.1×0.1/6=1.66×10-4m3。

模板為多跨連續梁，上部荷載作用彎矩為：

M=qL2/10=7.9×0.6×0.6/10=0.28 kN·m。

σ=M/W=0.28/1.66×10-4=1 686.7 kN/m2<容許應力=8 000 kN/m2《查公路橋梁施工用冊》。

撓度f=ql4/(128EI)=7.9×0.64/(128×9×106×8.33×10-6)=0.10 mm

頂層方木受力圖如圖6～圖8所示，頂層方木大樣圖如圖9所示。

4)工字鋼(Ⅰ40b)縱梁受力檢算。

Ⅰ40工字鋼參數：

面積S=94.07 cm2;單位重=73.84 kg/m。

抵抗彎矩W=1 139 cm3=1.139×10-3m3。

截面慣性矩I=22 781 cm4=2.278 1×10-4m4。

允許應力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

彈性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪應力τ=85 MPa=85 000 kN/m2。

Ⅰ40工字鋼，橫橋向每0.6 m一根，受力寬度0.6 m，最大跨徑9.3 m。

受力荷載q=26.37×0.6=15.82 kN/m。

M=qL2/8=15.82×9.3×9.3/8=171.06 kN·m。

σ=M/W=171.06/1.432 9×10-3=119 380 kN/m2<容許應力=145 000 kN/m2。

撓度f=5ql4/(384EI)=5×15.82×9.34/(384×2.1×108×2.278 1×10-4)=0.032 m=32 mm

5)工字鋼(Ⅰ40)橫梁受力檢算。

面積S=94.07 cm2;單位重=73.84 kg/m。

抵抗彎矩W=1 139 cm3=1.139×10-3m3。

截面慣性矩I=22 781 cm4=2.278 1×10-4m4。

允許應力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

彈性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪應力τ=85 MPa=85 000 kN/m2。

Ⅰ40工字鋼兩根并排安裝在一起，橫橋間距2.5 m，3 m,即最大跨徑3.0 m；受力斷面沿線路方向上長度為9.3 m，上部均布荷載為26.37 kN/m2。

受力荷載q=26.37×9.3=245.24 kN/m。

M=qL2/8=245.24×3×3/8=275.896 kN·m。

σ=M/W=275.896/2/1.139/10-3=121 133 kN/m2<容許應力=145 000 kN/m2。

撓度f=5ql4/(384EI)=5×245.24×34/(2×384×2.1×108×2.278 1×10-4)=0.002 7 m=2.7 mm。

6)直徑42.6 cm無縫鋼管柱受力。

鋼管426×8 mm鋼管截面特征：

截面面積A=10 505 mm2；慣性矩I=229 529 100 mm4；回轉半徑i=147.8 mm；單位重量:82.47 kg/m；彈性模量E=2.1×105MPa=2.1×102t/mm2;抗壓強度f=210 MPa。

邊支墩鋼管柱受力q=9.3×2.637/2=12.26 t/m,長度按2.5 m計算，高度按4.5 m計算：

G=12.26×2.5=30.65 t。

長細比λ=L/i=4 500/147.8=30.45，查詢建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范得：φ=0.919。

純受壓計算[N]=fA=210×10 505=220.6 t>30.65 t。

鋼管的穩定受壓計算[N]=φfA=0.919×220.6=202.73 t>30.65 t，符合要求。

7)地基處理計算。

條形基礎地基承載力計算：

每條形基礎幾何尺寸為25 m長，0.8 m寬，受力面積為20 m2，每條形基礎所承受的力為9.3 m的跨度，橫橋向寬度按13 m計算，P=2.637 t/m2。

共承受力F=9.3×13×2.637=318.813 t。

P=318.813 t/20 m2=3 188.13 kN/20 m2=159.41 kPa。

經現場檢測西禹高速路面結構層承載力大于300 kPa，滿足要求。

4 結語

通過對門洞支架進行檢算，支架的強度、剛度以及穩定性均滿足要求，也滿足西禹高速公路行車要求，同時對此類橋梁施工也積累了寶貴經驗。

[1] 邵旭東.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 向中富.橋梁施工控制技術[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3] 周水興，何兆益，鄒毅松.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4] JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術規范[S].

The reserved doorway bracket design and calculation of cross line construction cast-in-place continuous beam

Liu Haitao1Du Yong2

(1.ShaanxiHighSpeedGroup,WeipuHighwayProjectConstructionManagementOffice,Xi’an710068,China;2.ShaanxiHighwayEngineeringTestDetectionLimitedCompany,Xi’an710068,China)

Combining with the engineering example, this paper researched the reserved doorway bracket design scheme of cross line construction cast-in-place continuous beam, respectively elaborated the design method of doorway size, bracket foundation, pier, support structure and template structure, and checked the doorway bracket, pointed out that the support strength, stiffness and stability all meet the requirements.

continuous box girder, doorway, bracket, stress, calculation

2014-11-22

柳海濤(1983- )，男，工程師； 杜 勇(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0161-03

U448.215

A