波形钢腹板箱梁独塔斜拉桥主梁施工支架设计

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波形钢腹板箱梁独塔斜拉桥主梁施工支架设计　　摘要：新密市溱水路大桥主桥采用新颖的独塔无背索斜拉桥桥型，主梁为波形钢腹板混凝土箱梁，设计采用满堂支架法施工。但该桥址处地形和地质条件均比较复杂，给主梁施工带来了困难。文章介绍了主梁施工支架的方案设计、支架体系的设计计算等问题，着重说明地形较复杂的5号墩与6号台间的支架设计及计算过程。关键词：波形钢腹板箱梁；碗扣式支架；贝雷梁；支架设计中图分类号：U448文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）07-0115-031工程概况溱水路大桥位于新密市溱水路东段，大桥全长227.96m。主桥采用跨径为（30+70+30）m独塔双索面无背索斜拉桥。桥面设双向横坡，横向布置为：6m（人行道）+7m（绿化带）+24m（车行道）+7m（绿化带）+6m（人行道），其加劲梁采用分离式的波形钢腹板PC组合箱梁。6 波形钢腹板PC组合箱梁是用波形钢腹板代替预应力混凝土箱梁腹板而得到的一种钢与混凝土组合结构箱梁。由于使用钢腹板代替混凝土腹板，使箱梁自重减轻，提高了跨越能力，减小了跨中的挠度。由于波形钢腹板的褶皱效应，导致弯曲时混凝土顶底板承受弯矩，可使预应力有效地施加于混凝土翼缘板上，提高了预应力效率，波形钢腹板承受强大剪力，避免了腹板开裂。主桥立面布置如图1所示。图1溱水路大桥主桥总布置图（尺寸单位：m）主桥箱梁一般断面如图2所示。除一般断面外，在3、4号墩和6号台顶各设一道大横梁，尺寸为1.5m（纵向）×2.7325m（最大梁高）；5号墩处墩、塔、梁固结，该处设三道大横梁进行墩梁连接，每道横梁尺寸均为1.5m（纵向）×3.733m（最大梁高）。此外，纵向每隔6m设一道小横梁，尺寸为0.5m（纵向）×2.733m（最大梁高）。图2箱梁一般断面图（单位：mm）主桥跨越沟渠，其中3～5号墩之间地势比较平坦，进行一般的地基处理后，采用普通的方法搭设碗扣支架作为施工支架。5号墩与6号台之间地形复杂，坡度很陡，碗扣支架采用通常的搭设方式难以实施，故采用贝雷梁和钢管支架相结合的方式搭设支架，详见后续说明。23～5号墩间支架设计方案6 3～5号墩间碗扣支架设置比较简单，采用横向间距不变（墩顶横隔板处局部加密），纵向间距变化的方法。碗扣支架在纵向分为一般截面、小横梁截面和大横梁（墩顶横梁）截面。一般截面碗扣架纵向间距90cm，普通横隔板截面纵向间距60cm，墩顶横隔板截面纵向间距30cm。此部分支架设置比较简单，过程不赘述，仅给出计算结果。3～5号墩间的小横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为24.2kN；4号墩顶大横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为13.9kN；5号墩顶大横梁截面，单根钢管承受的最大荷载为18.6kN。钢管规格φ48×3.5。考虑到实际壁厚与设计值的差异，以及使用中的锈蚀等情况，偏于安全地按壁厚2.5mm计算，单根钢管可承受的最大荷载为36kN，大于上述各值，故3～5号墩间支架均安全。另外，钢管作用下地基最大应力为58kPa，远小于处理后地基的承载力200kPa，故地基安全。35号墩与6号台间的支架设计3.1设计概述5号墩与6号台之间地形复杂，坡度很陡，土质为杂填土，承载力较差，采用通常的满堂碗扣支架的施工方式难以实施，故采用贝雷梁和钢管支架相结合的方式搭设支架。具体为：在5号墩承台上设混凝土临时基础，其上设大钢管，钢管顶端设横梁。为保证钢管的稳6 定性，将钢管与桥墩在竖向每隔一定间距进行联结。在6号台台顶设横向贝雷梁，另外根据地形和主梁的跨度情况，在靠近6号台处设置临时基础，其上也设横向贝雷梁。在5号墩钢管的横梁和横向贝雷梁上设纵向贝雷梁，并于其上设碗扣支架，具体布置如图3所示。图35号墩与6号台之间的支架布置示意图（单位：mm）根据图3的支架布置方式，从上而下需对碗扣支架，纵向贝雷梁，5号墩处的横梁及钢管，6号台上的横向贝雷梁，以及混凝土临时基础下的地基承载力进行验算。3.2纵向贝雷梁计算偏于安全地将纵向贝雷梁按简支梁计算。计算时将混凝土主梁横向分为三个部分，即箱梁之间的主梁，箱体部分和箱梁翼板部分。箱梁间的主梁承受计算荷载：262.5kN/m，纵向贝雷梁跨中弯矩为：11845kNm；箱体部分下承受计算荷载245.8kN/m，贝雷梁跨中弯矩为：11092kNm；箱梁翼板部分承受荷载51.1kN/m，贝雷梁跨中弯矩为：2306kNm。贝雷梁按双排单层（以下简称1片）布置，容许弯矩为1576.4kNm，按上述各弯矩可计算出各部分所需贝雷梁的最小数量。分别为箱梁间主梁和箱体部分各需8片以上，箱梁翼板部分至少需2片。实际操作时，为方便施工，在箱梁间主梁和箱体部分各用13片，每侧翼板下用3片。6 3.3横梁计算5号墩侧布置一排钢管柱，钢管采用外径609mm，壁厚16mm的圆钢管。钢管最大中心距2.6m，钢管上纵向铺设4排H型钢作为横梁，H型钢规格为588×300。横梁近似按承受均布荷载的多跨连续梁计算，计算模型及应力结果见图4。图4横梁计算模型及应力结果（单位：kPa）最大应力仅9.6MPa，即使考虑到横梁可能出现的受力不均匀现象，最大应力也远小于容许值140MPa，安全。最大挠度仅0.1mm，如图5所示，容许挠度2600/400=6.5mm，满足要求。图5横梁变形结果（单位：mm）各点反力如图6所示，最大值为176.2kN，反力总计2624.8kN，临时基础上的实际总反力为2624.8×4=10499.2kN　　图6横梁反力结果（单位：kN）（仅示一半，另一半对称）3.4钢管验算6 根据横梁计算结果，5号墩侧的大钢管承受的最大外荷载为176.2×4=704.8kN，且此钢管与桥墩没有纵向联结，自由长度较大，仅验算此钢管柱。钢管柱采用外径609mm，壁厚16mm的圆钢管，材质Q235钢材。按照轴心受压构件进行验算。回转半径ix=21cm，截面积0.0298m2，此钢管与桥墩纵向无联结，按上下两端均为铰接，计算长度为16.6m。长细比6