深圳市軌道交通6號線門架墩鋼管支架承載力驗算與施工

唐華瑞　耿文燕

摘 要：門架墩是深圳市軌道交通6號線6101標四工區高架墩柱中常見的一種形式。本文主要介紹門架墩的結構構造、材料的選用、門式墩支架承載力驗算及B型門式墩施工方案，這對解決目前工程實踐中類似的問題提供了借鑒經驗。

關鍵詞：軌道交通;門架墩;支架;承載力

中圖分類號：U445.4文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0087-03

Check Calculation and Construction of Bearing Capacity of Steel

Tube Bracket of no. 6 Subway Line in Shenzhen

TANG Huarui GENG Wenyan

（Zhengzhou Railway Vocational & Technical College， Zhengzhou Henan 451460）

Abstract： The portal frame pier is a common form in the elevated pier column of no.6101 no.4 engineering area of shenzhen rail transit line. This paper mainly introduced the structural construction of the portal frame pier， the selection of materials， the check calculation of the bearing capacity of portal pier bracket and the construction scheme of b-type portal pier， which provided reference experience for solving similar problems in current engineering practice.

Keywords： rail transit;foor frame pier;support;bearing capacity

1 深圳市軌道交通6號線概述

深圳市軌道交通6號線6101標四工區施工范圍為長圳站（含）～觀光站（見圖1），共一站一區間一出入線。起訖里程為：YCK33+804.95～YDK36+387.718，全長2 581m。其中高架橋墩柱分為：標準墩35座、門式墩7座、Y形墩29座、異型墩4座和車站花瓶墩11座。接下來主要介紹門架墩模板支撐體系的施工工藝[1]。

2 門架墩結構構造

門架墩結構形式都比較相似，支撐結構體系基本相同，利用模板支撐平臺施工完墩身部分后，上部蓋梁及支撐梁搭設螺旋管支架進行支撐。具體結構形式如圖2、圖3和圖4所示。

上述三類門式墩墩身鋼筋采用雙排鋼管腳手架作為操作人員綁扎鋼筋的平臺，雙排鋼管腳手架支撐在承臺上，圍繞墩柱搭設并相互連接成整體，鋼筋綁扎完成后拆除雙排腳手架，拼裝墩柱模板，上一層墩柱模板拼裝采用下一層模板上的操作平臺作為工人操作落腳點，模板拼裝完成后在墩身模板上設4根纜風繩[2]。其中C型門式墩上部蓋梁尺寸為：22m×2.6m×2.4m，結構尺寸最大，見圖5。

3 材料選用與支架搭設

門式墩上部支撐橫梁采用螺旋管支架法進行施工。

3.1 基礎加固

沿橫橋向打設兩道1.0m×1.0m C20砼基礎，同時在混凝土基礎內預埋鋼板及螺栓作為下步連接用。

3.2 鋼管支撐選用

鋼管支撐選用Φ508螺旋管，共設置8根，沿墩柱兩側布置，間距為7.7m。支撐底部鋼板與地基預埋螺栓錨固，鋼管之間采用14#槽鋼剪刀撐焊接[3]。

3.3 橫向主梁選用

主梁單側采用2根I45a工字鋼，兩根工字鋼接頭位置必須設置于鋼管支撐上，同時與支撐進行焊接，保證其牢固性。

3.4 縱向分配梁選用

縱向分配梁采用雙I14工字鋼，雙工字鋼滿焊焊接，分配梁架間距為60cm/道。

3.5 梁上支架

因橋墩上部支撐橫梁為不規則形狀，因此必須使用碗扣式腳手架進行調整支撐。支架規格采用Φ48mm鋼管碗扣式腳手架，支架步距為60cm，縱橋向間距為30cm，橫橋向間距為60cm，頂托上采用10cm×15cm方木作為分配梁。碗扣支架中縱向剪刀撐：支架四周及腹板下各設置一道;橫向剪刀撐：每4.5m設置一道;水平剪刀撐：頂、底層各設置一道，中間每4.8m設置一道。頂托座伸出肢長度控制在50cm以內[4]。

4 門式墩支架簡算

門式墩支架簡算的主要內容有地基承載力、立桿的穩定性、支架頂部方木分配梁的穩定性計算及鋼管的穩定性、鋼管上方縱橫梁的穩定性計算。取蓋梁最不利部位進行驗算，支架受力最不利部位為蓋梁跨中，沿蓋梁寬度1.0m計算。

4.1 荷載計算

鋼筋砼按2 600kg/m3計算，則砼自重為：

[2.4×2.6×1×2? 600×9.8=159.0kN]? ? ? ? ? ? ? ?（1）

箱梁自重每平方米所產生的荷載[P1]（全部按底板承受計算）為：

[159.0÷（1×2.4）=66.25kPa]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

模板體系荷載按規范規定：[P2]=0.75kPa;砼施工傾倒荷載按規范規定：[P3]=4.0kPa;砼施工振搗荷載按規范規定：[P4]=2.0kPa;施工機具人員荷載按規范規定：[P5]=2.5kPa。

4.2 立桿的計算

立桿鋼管外徑[D]=48mm，內徑[d]=41mm，壁厚[q]=3.5mm，截面積[A]=489.3×10-6m2，截面慣性矩[I]=121 867mm4，[W]=5 078mm3，自由長度：[l0]=1 200mm（步距600mm+2倍頂托處自由長度300mm），[【α】]=170MPa。單桿承受壓力：

[N=1.2×P1+P2+1.4×P3+P4+P5×0.6m×0.3m=16.61kN] （3）

回旋半徑：

[r=IA=0.016m]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

長細比：

[λ=l0/r=75]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

查表得：[φ]=0.71，允許壓應力：

[【α】×φ=12.07×107Pa]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

[σ=N/A=3.39×107Pa<【α】×φ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

4.3 橫跨結構采用[n]根I32a工字鋼

扣件支架下部分配橫梁采用2根對扣I14工字鋼做分配梁，分配梁跨度為3.92m，橫向間距為0.3m，因此每米含3根橫梁。橫梁上荷載為均布荷載，其最不利狀態為跨中位置。分配梁長3.92m，計算簡圖如圖6所示。

①均布荷載[q]為：

[q=1.2×P1+P2+1.4×P3+P4+P5×0.3m=27.7kN/m]? ? ?（8）

②最大彎矩[Mmax]為：

[Mmax=ql2/8=2.77×104×3.922/8=5.32×104]? ? ? ?（9）

[σ= Mmax/Wx=5.32×104/1 085×10-6=49.03MPa<[σw]=140MPa]? ? ? ? ? （10）

式中，[σ]為彎曲應力，[Mmax]為最大彎矩，[Wx]為截面抵抗距。

③最大撓度[fmax]為：

[fmax=5ql4/384EI=0.13mm<3.92/1 500=2.6mm]? （11）

式中，[fmax]為最大撓度，[E]為工字鋼彈性模量，I為截面慣性距。

④[Qmax=ql/2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（12）

[τ= Qmax/S = ql/2S=2.77×104×3.92/21.516×2×10-4=25.2MPa<[τ]=85MPa] （13）

滿足要求。

4.4 每側立柱

每側立柱（Φ508mm、壁厚10mm）各4根，按中間2根承受作用力檢算。

鋼筋砼荷載按照寬7.7m計算，則

[N1=7.7×2.6×2.4×2.6/2×9.8=612kN]? ? ? ? ? ? ?（14）

模板荷載[N2]=24.88kN;工字鋼荷載[N4]=25×3.92×16.89×9.8/1 000=16.22kN;人及機具活載[N5]=100kN。

則模板支架立桿的軸向力設計值：

[N=1.2×612+24.88+16.22+1.4×100=923.7kN]? ? ? ? ? ? （15）

則軸心受壓件的穩定系數Φ=0.5，[f]是鋼材的抗壓強度設計值，為205MPa，實際的[f]值為：

[f=N/ΦA=923.7/0.5×153.9=12MPa<205MPa]? ? ? ? ? ? ? （16）

滿足上述要求。

4.5 立柱頂部采用2根I45a工字鋼

立柱頂部采用2根I45a工字鋼做分配梁，按中間6.7m內側間距長度計算，計算簡圖如圖7所示。

①均布荷載[q]為：

[q=612×103/（7.7×2）=3.97×104N/m]? ? ? ? ? ? （17）

②最大彎矩和彎矩應力分布：

[Mmax=ql2/8=3.97×104×6.72/8=22.3×104]? （18）

[σ= Mmax/Wx=22.3×104/1 430×10-6=156MPa<[σwP]=205 MPa]? ? ? ?（19）

式中，[σ]為彎曲應力，[Mmax]為最大彎矩，[Wx]為截面抵抗距。

③最大撓度：

[fmax=5ql4/384EI=1.28mm<6.7/1 500=4.5mm]? ? ? ? ? ? ?（20）

式中，[fmax]為最大撓度，[E]為工字鋼彈性模量，[I]為截面慣性距。

④[Qmax=ql/2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（21）

[τ= Qmax/S= ql/2S=3.97×104×6.7/（204.8×10-4）=13.0MPa<[τ]=85MPa]? ? （22）

滿足要求。

5 承載力驗算

鋼立柱單根軸向力為923.7kN，取內部兩根受力總值為1 847.4kN，下部基礎尺寸為1.0m×15.4m。因此，地基承載力最小值為120kPa。當地基承載力小于120kPa時，進行換填處理。

6 B型門式墩施工方案

B型門式墩施工時需先施工下部橫梁，施工完成后即開始架梁施工，待架梁完成后再施工上部橫梁。架設簡支梁類型為U型梁，如圖8所示。

架梁完成后，因U型梁的結構不利于腳手架的搭設，所以現場無法采用直接利用下部橫梁結構作為基礎的支架搭設方式施工。因在架梁過程中，可將梁體臨時變換放置位置，在上部施工后采用橫移方法將U梁橫移至左、右設計線路位置上進行安裝。由此可繼續利用原有支撐體系，進行加高布置，以此作為上部橫梁的施工支架。

參考文獻：

[1]張傳飛.高大模板鋼管支撐體系在工程中的應用[J].建材與裝飾，2017（38）：48-49.

[2]張春鳳.碗扣式模板支架體系穩定承載力分析[D].合肥：合肥工業大學，2017.

[3]陳敏.半剛性節點連接對門式鋼管模板支架受力性能的影響[D].長沙：中南大學，2012.

[4]周康喆.碗扣式鋼管模板支架承載力試驗與分析[D].天津：天津大學，2010.