跨線施工現(xiàn)澆連續(xù)梁預(yù)留門洞支架設(shè)計(jì)及計(jì)算

柳海濤 杜 勇

(1.陜西高速集團(tuán)渭蒲高速公路項(xiàng)目建設(shè)管理處，陜西 西安 710068； 2.陜西高速公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710068)

跨線施工現(xiàn)澆連續(xù)梁預(yù)留門洞支架設(shè)計(jì)及計(jì)算

柳海濤1杜 勇2

(1.陜西高速集團(tuán)渭蒲高速公路項(xiàng)目建設(shè)管理處，陜西 西安 710068； 2.陜西高速公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，陜西 西安 710068)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)跨線施工現(xiàn)澆連續(xù)梁預(yù)留門洞支架搭設(shè)方案進(jìn)行了研究，分別闡述了門洞尺寸、支架基礎(chǔ)、支墩、支架結(jié)構(gòu)及模板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)門洞支架作了檢算，指出支架的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性均滿足要求。

連續(xù)箱梁，門洞，支架，受力，計(jì)算

1 工程概況

東楊樞紐互通式立交D匝道橋全長(zhǎng)524.6 m，共計(jì)六聯(lián)，由裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁和現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁組成，其中東楊互通D匝道橋第五聯(lián)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(xiàn)澆箱梁，西禹高速公路中央分隔帶處設(shè)置17號(hào)墩，共有樁基2根，樁基直徑為1.5 m，墩柱直徑為1.8 m，現(xiàn)澆箱梁高1.6 m，頂板寬度12 m，底板寬度7.4 m，兩側(cè)懸臂長(zhǎng)為2 m?，F(xiàn)澆連續(xù)箱梁頂板橫坡由頂板旋轉(zhuǎn)而成，頂?shù)装鍣M坡同橋面，腹板保持垂直，現(xiàn)澆連續(xù)箱梁采用整體現(xiàn)澆，兩端同時(shí)張拉的工藝進(jìn)行，采用C50混凝土澆筑，采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa、公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。根據(jù)梁體施工工藝要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，對(duì)上跨西禹高速的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用鋼管支墩加縱梁預(yù)留門洞的支架現(xiàn)澆。

2 支架搭設(shè)方案

2.1 門洞尺寸

根據(jù)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(cè)各預(yù)留兩個(gè)行車門洞，橫向凈寬4.5 m，凈高5 m。

2.2 門洞支架基礎(chǔ)

門洞支墩基礎(chǔ)采用C25混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬0.8 m，高度0.6 m，長(zhǎng)24.4 m。

2.3 門洞支墩

結(jié)合施工材料情況，支墩采用φ426×8 mm無(wú)縫鋼管，支墩間距橫向2.5 m～3.0 m，兩側(cè)共設(shè)計(jì)6排支墩，支墩高度4.5 m左右，為保證鋼管支墩的穩(wěn)定性，在鋼管支墩內(nèi)澆筑C20混凝土，并且支墩橫向設(shè)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(diào)節(jié)連續(xù)梁標(biāo)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(lái)難度，同時(shí)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(shè)置大三角楔來(lái)調(diào)整梁體底板標(biāo)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(chǔ)、橫梁必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

2.5 支架結(jié)構(gòu)要求

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

2.6 模板結(jié)構(gòu)及支架體系

1)外模結(jié)構(gòu)。

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(shí)在安裝腹板模板時(shí)在模板側(cè)面預(yù)留拉桿孔，上下各留一排，鋼筋安裝完畢后將拉桿穿入，用來(lái)加固外模，從而保證外模的平整度。在釘面板時(shí)，每塊面板應(yīng)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(nèi)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(nèi)模結(jié)構(gòu)。

內(nèi)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(nèi)模骨架設(shè)計(jì)以為少占凈空為準(zhǔn)則，以利于底板混凝土的澆筑及內(nèi)模的拆除。內(nèi)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(shè)置4根75 cm的豎向方木和斜向方木支撐，考慮澆筑混凝土?xí)r會(huì)將內(nèi)模上浮，施工內(nèi)模時(shí)將用拉桿將內(nèi)模固定于底板鋼筋上面?，F(xiàn)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(jì)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(jì)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(duì)中間距為30 cm。底模計(jì)算時(shí)取1 m寬度計(jì)算。竹膠板受力圖見圖3，圖4，竹膠板大樣圖見圖5。

計(jì)算跨度：L=0.3 m;竹膠板計(jì)算尺寸：b=1 m;h=0.02 m。

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

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(jì)算跨徑L=0.3 m。

模板為多跨連續(xù)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(yīng)力=8 000 kN/m2《查公路橋梁施工用冊(cè)》。

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

3)方木受力計(jì)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(xù)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(yīng)力=8 000 kN/m2《查公路橋梁施工用冊(cè)》。

撓度f(wàn)=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(shù)：

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(yīng)力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

彈性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪應(yīng)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(yīng)力=145 000 kN/m2。

撓度f(wàn)=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(yīng)力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

彈性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪應(yīng)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(zhǎng)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(yīng)力=145 000 kN/m2。

撓度f(wàn)=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(wú)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(zhuǎn)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(qiáng)度f(wàn)=210 MPa。

邊支墩鋼管柱受力q=9.3×2.637/2=12.26 t/m,長(zhǎng)度按2.5 m計(jì)算，高度按4.5 m計(jì)算：

G=12.26×2.5=30.65 t。

長(zhǎng)細(xì)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(shù)規(guī)范得：φ=0.919。

純受壓計(jì)算[N]=fA=210×10 505=220.6 t>30.65 t。

鋼管的穩(wěn)定受壓計(jì)算[N]=φf(shuō)A=0.919×220.6=202.73 t>30.65 t，符合要求。

7)地基處理計(jì)算。

條形基礎(chǔ)地基承載力計(jì)算：

每條形基礎(chǔ)幾何尺寸為25 m長(zhǎng)，0.8 m寬，受力面積為20 m2，每條形基礎(chǔ)所承受的力為9.3 m的跨度，橫橋向?qū)挾劝?3 m計(jì)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(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)西禹高速路面結(jié)構(gòu)層承載力大于300 kPa，滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)門洞支架進(jìn)行檢算，支架的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性均滿足要求，也滿足西禹高速公路行車要求，同時(shí)對(duì)此類橋梁施工也積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[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(shù)[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(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4] JTJ 041—2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)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