鋼箱梁吊裝臨時(shí)支墩現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)與力學(xué)分析

陳　奎　王振興

(河南五建建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 鄭州　450007)

鋼箱梁吊裝中，多采用鋼管、型鋼組成的格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)支墩，本文針對(duì)鄭東新區(qū)龍湖區(qū)龍行橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)、工程所處的環(huán)境特點(diǎn)、本著安全、經(jīng)濟(jì)的原則，對(duì)臨時(shí)支墩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)，并針對(duì)各種工況的受力情況、采用MIDAS建模，深入分析臨時(shí)支墩結(jié)構(gòu)在各種工況下的變形位移以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為鄭東新區(qū)龍湖區(qū)龍行橋工程的鋼箱梁吊裝，提供了必要的理論依據(jù)。

1　基本情況

1)橋梁概況。

鄭東新區(qū)龍湖區(qū)龍行橋工程，橋梁上部結(jié)構(gòu)鋼箱梁重量約5 962 t，左幅橋重約3 156 t，右幅橋2 806 t。為方便安裝及制造按照設(shè)計(jì)要求，將每幅橋梁沿縱向分為7個(gè)節(jié)段，左幅橋橫向分為單箱室單元與懸臂、橫梁共13個(gè)分塊,右幅橋分為11個(gè)分塊，制造的單節(jié)段最重節(jié)段為61.1 t、長(zhǎng)度25.2 m、寬度3.4 m，高度2.0 m。

2)地質(zhì)情況見表1。

表1　地質(zhì)情況

3)支墩采用鋼管樁基礎(chǔ),單樁極限承載力計(jì)算按照Quk=u∑qsik·li，不考慮樁端承載力，計(jì)算安全系數(shù)取K=1.8。

4)基本構(gòu)造。

立柱采用φ630×14鋼管，每組4根立柱柱間斜撐采用L100×10角鋼，每組支墩橫向之間連接Ⅰ40a形成剪刀撐，支架頂部橫梁采用Ⅰ40a組成的組合式箱型分配梁連接。

2　初步設(shè)計(jì)

箱梁最重節(jié)段約474 t，取安全系數(shù)1.2，支架高度10.3 m。檢算支架內(nèi)力。支架體系支反力數(shù)值如圖1所示。

單根鋼管承載力檢算：

樁基礎(chǔ)貫入度取13 m，單樁樁側(cè)極限摩擦力，單樁極限側(cè)阻力Quk=u∑qsik·li=π×0.63×(3.6×40+8.8×28+0.6×65)=849.8 kN，單樁極限側(cè)阻力Q=Quk/k=849.8/1.8=472.1 kN，根據(jù)支反力圖，單樁最大豎向支反力為440.8 kN≤Q=472.1 kN，故本工程鋼管樁基礎(chǔ)滿足要求。

鋼管軸心受壓應(yīng)力:

鋼管穩(wěn)定性計(jì)算，鋼管長(zhǎng)度l=10 300 mm，慣性半徑i=217.8 mm，長(zhǎng)度系數(shù)取2.0，計(jì)算得出鋼管長(zhǎng)細(xì)比λ=94.5，查表的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.417。

3　利用MIDAS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析

工況1：安裝第一片梁體時(shí)，支架應(yīng)力及變形如圖2，圖3所示。

第一節(jié)段安裝完成后分配梁最大應(yīng)力：σ=66.5 N/mm2≤f=215 N/mm2。

分配梁最大撓度：Δ=2.2 mm≤l/400=15 mm。

工況2：第二節(jié)段安裝完成后分配梁最大應(yīng)力：σ=170 N/mm2≤f=215 N/mm2。

最大撓度:Δ=8.7 mm≤l/400=15 mm。

工況3：第三節(jié)段安裝完成后分配梁最大應(yīng)力：σ=168 N/mm2≤f=215 N/mm2。

最大撓度：Δ=8.7 mm≤l/400=15 mm。

工況4：第四節(jié)段安裝完成后分配梁最大應(yīng)力：σ=168 N/mm2≤f=215 N/mm2。

中跨最大撓度:Δ=9.55 mm≤l/400=15 mm。

工況5：第五節(jié)段安裝完成后分配梁最大應(yīng)力σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

中跨最大撓度：Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm。

工況6：節(jié)段全部安裝完成分配梁最大應(yīng)力σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

支架結(jié)構(gòu)最大撓度：Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm。

工況7：鋼梁另一端支架偏心受壓應(yīng)力及變形情況見圖4，圖5。

所有節(jié)段安裝完成后另一端支架分配梁最大應(yīng)力：

σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

支架結(jié)構(gòu)最大撓度Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm，支架偏心受壓整體變形3.5 mm≤15 mm。

工況8：梁段橫移時(shí)支架受橫向水平力作用，滑板采用聚四氟乙烯板作為滑板，四氟板與鋼材摩擦系數(shù)取0.14，則節(jié)段橫移時(shí)水平力T=70 000 N。其支架應(yīng)力與變形圖如圖6，圖7所示。

滑移過程中支架水平位移1 mm，支架立柱應(yīng)力σ=110 N/mm2≤f=215 N/mm2。

4　結(jié)語(yǔ)

在濕陷性黃土地區(qū)鋼管、型鋼組成的格構(gòu)柱結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)支墩，安全性、經(jīng)濟(jì)性都能夠得到充分保證，為本地區(qū)其他同類橋梁提供了施工經(jīng)驗(yàn)，值得大面積推廣。

參考文獻(xiàn):

[1]GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].