橋梁工程Pm08墩邊跨現澆段貝雷支架驗算分析

譚 春 騰

(湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002)

1 工程概況

Pm08墩逆交12°，Pm08墩左幅箱梁結構中心長度12.27 m，Pm08墩右幅箱梁結構中心長度10.57 m，每個單幅采用單箱雙室截面，單幅箱底寬14.29 m，兩側懸臂各長3.9 m，全寬22.09 m，箱梁頂、底面均設置單向2%橫坡。邊跨現澆段箱梁中心梁高3.0 m，跨中箱梁中心梁高3 m，頂板厚0.26 m，懸臂板端部厚0.2 m，根部厚0.55 m；腹板厚0.4 m～0.6 m，底板厚0.3 m～0.6 m，橫梁分別設在墩臺處有1.5 m寬度橫梁。

2 支架設計方案

支架采用“321”貝雷桁架作為主梁，貝雷架梁與Pm08墩蓋梁相距2.4 m平行布置，設7根貝雷桁架主梁，間距1.90 m，主梁長度分別有48 m，39 m，9 m，跨徑組合：9 m+9 m+12 m+9 m+9 m。貝雷架梁上Ⅰ12.6工字鋼將上部碗扣式滿堂支架荷載傳遞至主梁，Ⅰ12.6工字鋼按碗扣式滿堂支架橫向間距進行縱向布置，橫向間距其分別為0.3 m，0.6 m，0.9 m。貝雷架梁擱置在雙拼Ⅰ40a工字鋼組合樁頂橫梁上，中間三個支墩采用φ600×10鋼管樁，橫向間距1.942 m；兩側邊支墩采用φ400×8鋼管樁，橫向間距2.92 m及2.53 m；鋼管樁橫向Ⅰ25工字鋼及[16槽鋼橫向連接。

3 Pm08墩邊跨現澆段貝雷支架驗算

3.1 貝雷架縱梁驗算

3.1.11號貝雷架梁驗算

1號梁貝雷架梁其長為48 m，間距為1.9 m，箱梁腹板處線荷載為：109.42 kN/m2、箱梁箱室處線荷載為：44.45 kN/m2、箱梁翼緣板處線荷載為：24.92 kN/m，考慮貝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼緣板處q1=1.9×24.92+1.92=49.268 kN/m；腹板板處q2=1.9×109.42+1.92=209.818 kN/m；箱體處q3=1.9×44.45+1.92=86.375 kN/m。

經計算1號貝雷架梁主梁最大彎矩Mmax=801.7 kN·m，最大剪力為Qmax=484.3 kN，最大撓度為fmax=3.6 mm。

支點反力：R1-1=R1-6=142.3 kN，R1-2=R1-5=963.2 kN，R1-3=R1-4=933.8 kN。

1)強度驗算。

Mmax=801.7 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m；

σmax=Mmax/W=801.7×106/7.157×

106=112.02 MPa≤[σ0]=273 MPa；

Qmax=484.3 kN≤[M]=490.5 kN。

2)剛度驗算。

最大撓度f=3.6 mm≤[f0]=12 000/400=30 mm。

3.1.22號貝雷架梁驗算

2號梁貝雷架梁其長為39 m，間距為1.9 m，箱梁腹板處線荷載109.42 kN/m2、箱梁箱室處線荷載35.09 kN/m2、箱梁翼緣板處線荷載為：24.92 kN/m，考慮貝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼緣板處q1=49.268 kN/m；腹板板處q2=209.818 kN/m；箱體處q3=1.9×35.09+1.92=68.591 kN/m。

經計算2號貝雷架梁主梁的最大彎矩為Mmax=891.8 kN·m，最大剪力為Qmax=453.8 kN，最大撓度為fmax=3.5 mm。

支點反力：R2-1=137.1 kN，R2-2=817.8 kN，R2-3=763.7 kN，R2-4=891.6 kN，R2-5=224.0 kN。

強度驗算：

Mmax=891.8 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m。

Qmax=453.8 kN≤[M]=490.5 kN。

剛度驗算：

最大撓度f=3.5 mm≤[f0]=9 000/400=22.5 mm。

3.1.33號貝雷架梁驗算

3號梁貝雷架梁其長為9 m，間距為1.9 m，箱梁腹板處線荷載為109.42 kN/m2、箱梁箱室處線荷載為35.09 kN/m2、箱梁翼緣板處線荷載為24.92 kN/m，考慮貝雷架梁的自重：g=1.92 kN/m。即：翼緣板處q1=49.268 kN/m；腹板板處q2=209.818 kN/m；箱體處q3=1.9×35.09+1.92=68.591 kN/m。計算圖式見圖1。

經計算3號貝雷架梁主梁的最大彎矩為Mmax=334.7 kN·m，最大剪力為Qmax=126.7 kN，最大撓度為fmax=2.5 mm。

支點反力：R3-1=126.7 kN，R3-2=76.8 kN。

強度驗算:

Mmax=334.7 kN·m≤[M]=1 576.4 kN·m。

Qmax=126.7 kN≤[M]=490.5 kN。

剛度驗算:

最大撓度f=2.5 mm≤[f0]=9 000/400=22.5 mm。

經上述驗算單層雙排貝雷架梁滿足承載能力。

3.2 鋼管樁樁頂梁計算

樁頂梁采用雙拼工字鋼2Ⅰ40a，2號～5號樁頂梁下設φ600鋼管樁，樁間距為1.942 m；1號及6號樁頂梁下設φ400鋼管樁，1號樁頂梁樁間距為2.92 m，6號樁頂梁樁間距為2.53 m。

雙拼Ⅰ40a截面性質：

tw=21 mm，Ix=43 428 cm4，Wx=2 171.4 m3。

Sx=1 262.1 cm3，E=210×103N/mm2，G=1.35 kN/m。

3.2.11號樁頂梁驗算

1)計算圖式見圖2。

2)計算結果。

按上述荷載與計算簡圖計算，計算結果為：

Mmax=70.7 kN·m,Qmax=164.4 kN,fmax=0.3 mm,N1-1=164.4 kN,N1-2=229.9 kN,N1-3=208 kN,N1-4=225.4 kN,N1-5=147.6 kN。

3)樁頂梁驗算。

樁頂梁強度驗算：

32.58 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

22.75 N/mm2<[fv]=125 N/mm2。

根據驗算結果，樁頂梁滿足承載力要求。

3.2.26號樁頂梁驗算

1)計算圖式見圖3。

2)計算結果。

按上述荷載與計算簡圖計算，計算結果為：

Mmax=48.9 kN·m,Qmax=142.3 kN,fmax=6.2 mm,N6-1=166 kN,N6-2=189.8 kN,N6-3=189.8 kN,N6-4=166 kN。

3)樁頂梁驗算。

樁頂梁強度驗算：

22.52 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

19.69 N/mm2<[fv]=125 N/mm2。

根據驗算結果，樁頂梁滿足承載力要求。

2號～5號的貝雷架梁與φ600鋼管樁于同一中心位置，故不作樁頂梁的強度驗算。

3.3 鋼管樁計算

3.3.1φ400鋼管樁計算

根據樁頂梁的強度支點反力計算結果，貝雷桁架所對應鋼管樁最大支反力為：

Fmax=N1-2=229.9 kN。

1)鋼管樁穩定性計算。

外露高度為8 m，橫向采用Ⅰ25工字鋼連接，縱向未連接，自由高度取8 m。計算時鋼管樁按一端自由，一端固定考慮。

最大鋼管樁反力為：Fmax=N1-2=229.9 kN。

計算長度：l0=2h=2×8=16 m。

φ400鋼管樁截面性質：

根據《鋼結構設計規范》的相關規定，可知軸心壓桿容許長細比為：[λ]=150；穩定系數：φ=0.524。

故有：λ=115.44<[λ]=150。

綜上所述，鋼管樁穩定性設計滿足安全要求。

2)鋼管樁強度計算。

44.56 N/mm2<[fm]=205 N/mm2。

根據計算結果，鋼管樁強度滿足承載力要求。

3)鋼管樁入土深度計算。

鋼管樁按入土4 m驗算(實際考慮河床沖刷因素，取5 m)，樁徑400 mm，壁厚8 mm。

則Lq=1/2×3.14×0.400×120×4=301.44 kN。

減去鋼管樁自重Ra=301.44-5.47=295.96 kN>229.9 kN(滿足要求)。

根據計算結果，鋼管樁設計入土深度滿足安全要求。

3.3.2φ600鋼管樁計算

根據48 m的1號貝雷架梁支點反力計算結果，貝雷桁架所對應鋼管樁最大支反力為：F=N1-2=963.2 kN。

1)鋼管樁穩定性計算。

φ600鋼管樁外露高度為8 m，橫向采用Ⅰ25工字鋼連接，縱向未連接，自由高度取8 m。計算時鋼管樁按一端自由，一端固定考慮。

最大鋼管樁反力為：F=963.2 kN。

計算長度：l0=2h=2×8=16 m。

φ600鋼管樁截面性質：

根據《鋼結構設計規范》的相關規定，可知軸心壓桿容許長細比為：[λ]=150；穩定系數：φ=0.802。

故有：λ=76.7<[λ]=150。

綜上所述，鋼管樁穩定性設計滿足安全要求。

2)鋼管樁強度計算。

根據計算結果，鋼管樁強度滿足承載力要求。

3)鋼管樁入土深度計算。

鋼管樁按入土9 m驗算(實際考慮河床沖刷因素，取10 m)，樁徑600 mm，壁厚10 mm。

則Lq=1/2×3.14×0.600×120×9=1 017.36 kN。

減去鋼管樁自重Ra=1 017.36-26.18=991.18 kN>963.2 kN(滿足要求)。

根據計算結果，鋼管樁設計入土深度滿足安全要求。

4 結語

根據貝雷支架的計算結果，支架的強度、剛度和穩定性均滿足相關規范的要求。在橋梁混凝土施工過程中，對貝雷支架施工進行了嚴格的質量控制，確保了工程的施工質量和安全要求。從施工效果看，澆筑后箱梁整體質量良好，箱梁平面位置和標高控制準確，梁體美觀，最終控制效果也達到了設計要求。