大门大桥主塔下横梁支架设计

实用文档温州大门大桥主塔下横梁支架设计【摘要】温州大门大桥为主跨316m的双塔双索面斜拉桥，塔高134m，设有三道横梁，斜拉桥下横梁一般均采用落地支架法施工，本文详细介绍主塔下横梁结构设计的一般思路，希望能为今后桥梁类似结构设计提供参考。【关键词】斜拉桥塔柱下横梁钢管支架预应力混凝土设计验算1、工程概况温州大门大桥主桥结构形式为135m+316m+135m双塔双索面PC梁斜拉桥，主塔下横梁为两端固结的预应力混凝土箱型梁，横梁高度5.5m，宽度6.4m，顶板、底板、腹板厚度均为0.8m。共有78束19-φs15.2mm钢绞线，下横梁混凝土为C50,见图1.下横梁才用落地支架现浇，混凝土分2次浇筑，首次浇筑高3.5m。第2次浇筑2m，相应的预应力也分两次张拉，首次张拉底板部分预应力且张拉设计值的50%，主要作用是防止底板混凝土开裂，混凝土浇筑全部结束后，当强度达到设计要求时，按图纸顺序依次将预应力张拉到位。图1下横梁结构图（cm）2、下横梁支架设计2.1支架设计说明下横梁支架仅承受第1次混凝土施工荷载，第2次混凝土施工荷载由下横梁下层结构承受。支架主受力钢管采用Φ820螺旋钢管柱（LZ1壁厚10mm，LZ2壁厚12mm），其标准长度为12m，通过法兰盘连接。贝雷梁通过I56a工字钢和砂筒支撑于钢管柱上，钢管柱顶为3I45a工字钢垫梁，贝雷梁上设I25a工字钢分布梁，支架端部同塔壁预埋牛腿连接。图2-1支架布置图2.2计算参数1)贝雷梁容许内力：弯矩788.2KN•m；剪力245.2KN；钢材除特殊注明外均采用HRB235实用文档钢,设计弯曲应力按170N/mm2，剪切应力按110N/mm2考虑；2）混凝土容重3/26mKN3）模板荷载2.0KN/㎡4）施工荷载4.0KN/㎡5）结构自重按首次浇筑3.5m计算2.3荷载组合1.2（砼荷载+模板+施工荷载）+1.4（振捣荷载+风荷载+施工荷载）2.3下横梁支架受力分析2.3.1贝雷梁受力分析采用贝雷梁作为承重梁，其横断面布置形式如图2-2所示。根据上横梁的结构形式及支架的布置方式拟分区计算贝雷梁荷载。腹板下贝雷梁分A区，底板下为B区。图2-2贝雷梁布置形式1）A区贝雷梁荷载验算①底模采用钢模，按2.2kN/m2计，则底模沿贝雷梁荷载为：2.2×0.225=0.495kN/m侧模单重按2kN/m2，外模沿贝雷梁荷载为（考虑由2排贝雷共同承受）：5.5×2.0/2=5.5kN/m内模荷载按1kN/m2计算，单侧内模最不利工况为1片贝雷承受，其沿贝雷梁的线荷载为：4.8×1=4.8kN/m②横垫梁沿贝雷线荷载为：1/0.75×0.225×38.1/100=0.34kN/m③振捣荷载：2.0kPa。④施工活载作用：考虑施工时设备需求不重，作业比较分散，按底板宽度承载取荷载为1.0kN/m²。（施工中需严格控制其荷载量）。⑤混凝土荷载贝雷梁间距22.5cm，则混凝土荷载沿贝雷梁集度为：26×3.5×0.225=20.475kN/m⑥风荷载：按照规范，水平风荷载标准值：wk=0.7μzμsw0μz：风压高度变化系数，按B类地面粗糙度、离地面10m高查表得μz=1.0；μs：风荷载体型系数，按悬挂密目式安全立网取μs=1.3ψ0=1.3×0.8=1.04；w0：基本风压，查《建筑结构荷载规范》，取0.6KN/m2。则：wk=0.7×1.0×1.04×0.6=0.4368KN/m2。单层贝雷梁高1.5m，风荷载转化为贝雷梁顶线荷载，q=0.4368×1.5=0.655KN/m根据荷载组合，则贝雷梁荷载集度为：=1.20.495+5.5+4.8+0.34+20.475+1.42.0+1.0+0.655=43.049/qkNm图2-3单片贝雷梁加载图式及反力实用文档图2-4单片贝雷梁弯矩图2-5单片贝雷梁剪力经计算可知，a区贝雷梁所受弯矩最大为186.2kN·m，最大剪力为176.3kN，受力均满足贝雷梁要求，反力为14146.2NNkN，23305.3NNkN。2)B区贝雷梁受力验算同样的方法可算得贝雷梁荷载集度为：=1.21.98+2.4+0.63+18.72+1.42.0+1.0+0.655=33.593/qkNm图2-6单片贝雷梁加载图式及反力图2-7单片贝雷梁弯矩图2-8单片贝雷梁剪力实用文档经计算可知，b区贝雷梁所受弯矩最大为145.5kN·m，最大剪力为137.8kN，受力均满足贝雷梁要求，反力为14114.2NNkN，23238.6NNkN。根据单片贝雷梁的计算荷载求得各贝雷梁的内力及支座反力如表2-1所示：表2-1贝雷梁计算统计表名称结构计算内力容许内力支座反力（KN）弯矩（KN*m）剪力(KN)弯矩（KNm）剪力(KN)计算内力与容许内力比（%）分配梁1分配梁2A186.2176.3788.2245.20.2590.66146.2305.3B145.5137.8788.2245.20.2140.544114.2238.62.3.2分配梁计算分配梁有4种类型，靠塔身侧为分配梁1和分配梁3，跨中部分为分配梁2和分配梁4，其间采用砂箱来传递和分配荷载，各分配梁的详细计算如下：1)分配梁1计算分配梁1和分配梁2直接承担贝雷梁所传递的荷载，根据贝雷梁部分的计算所求得贝雷梁反力作用到分配梁上后各分配梁的反力及内力如下：图2-9分配梁1的加载图式及反力（kN）图2-10分配梁1应力（kN）经计算分配梁1最大组合应力为46.1Mpa，最大剪应力为45.6Mpa，最大支点反力为956.8kN，受力情况满足要求。2）分配梁2计算分配梁2位于跨中部位，所承受的贝雷梁的反力较分配梁1大，采用腹板较厚的I56b工字钢，其加载图式、反力、内力及应力如下图2-11～2.15所示。实用文档图2-11分配梁2的加载图式及反力（KN）图2-12分配梁2的弯矩图（KNm）图2-13分配梁2剪力图（KN）图2-14分配梁2剪应力图（Mpa）图2-15分配梁2最大组合应力图（Mpa）经以上计算知分配梁2最大剪应力为83.0MPa110MPa，最大组合应力91.7Mpa，最大挠度为2mm，满足受力要求。最大支点反力为1992.7kN。2.3.3弧形段受力验算1)弧形模板结构整体受力验算下横梁弧形段采用异形模板，主桁架结构采用双拼[25槽钢，斜撑采用双拼[20槽钢，实用文档面板为6mm钢板，背楞采用∠75角钢，倒角处混凝土荷载按三角荷载考虑，最高处6.8m，最低处为2.5m，midas建立其整体受力模型如下：图2-16弧形模板加载图式图2-17弧形模板面层应力（Mpa）图2-18弧形模桁架应力（Mpa）图2-19弧形模桁架支点反力（kN）经计算弧形模板面层最大组合应力为146.3Mpa，桁架最大应力为164.8Mpa，最大竖向支点反力为254.7kN，最小31.7kN。2)弧形模板前横梁横梁验算弧形模板前横梁顺桥向分配梁采用2I56a工字钢，直接搁置在牛腿Ⅰ上，建立横梁受力结构模型：图2-20前横梁加载图式及反力（kN）实用文档图2-21前横梁应力分布图（Mpa）由计算可知，Ⅰ型牛腿横梁最大组合应力为65.7Mpa，满足受力要求，支点反力N1=N3=-81.1kN，N2=245.7kN，水平力F1=F2=406.7kN，F3=479.1kN。3）弧形模板后横梁验算弧形模板后横梁顺桥向分配梁采用2I56a工字钢，直接搁置在牛腿上，建立横梁受力结构模型：图2-22后横梁加载图式及反力（kN）图2-23Ⅱ型牛腿横梁应力分布图（Mpa）由计算可知，Ⅱ型牛腿横梁最大组合应力为97.5Mpa，满足受力要求，支点反力N1=N3=637.5kN，N2=759.3kN；水平力F1=F3=496.7kN，F2=570.3kN。2.3.4支架整体受力验算1）下横梁整体结构受力验算钢管支架为下横梁支架的主要构件，共有3排，顺桥向间距为2.8m+2.8m，横桥向间距为7.0+6.0+7.0m，荷载经分配梁3和分配梁4传递到钢管桩顶，现用MIDAS建立钢管支架整体模型，其加载图式如下：实用文档图2-24支架模型加载图式及支点反力（kN）图2-25边支架支座反力（kN）图2-26边支架弯矩（kN·m）图2-27边支架组合应力图（Mpa）根据以上计算知最大组合应力为152.3MPa，满足受力要求。最大支点反力为1917kN。图2-28中支架支座反力（kN）图2-29中支架组合应力（kN）通过计算知受力中间一排支架（里面）最大组合应力为131.1MPa，跨中的最大位移为3mm，LZ1顶部最大位移为4mm，满足受力要求。2)对边支架钢管桩进行压杆稳定计算LZ1计算长度l取5m，桩顶最大受力为N=1094+636=1730kN，弯矩M=451kN.m；钢管立柱截面为Φ820@12mm钢管，其界面特性如图5.3-1所示。实用文档图2-30Φ820@12mm钢管截面系数92=4.97210xImm42=3.04610Ammx=IA=xi404mm偏安全考虑，按一端固结，一端自由考虑长细比（μ=2）：1400024.8404xxuli；由长细比查得稳定系数为：x0.972；这样：367173010508.810100.41700.972304601.2110xxxNMMPaMPaAWLZ2计算长度l取7m，桩顶最大受力为N=1909kN，钢管立柱截面为Φ820@12mm钢管，其界面特性如图4-13所示。图2-31Φ820@10mm钢管截面系数92=4.1710xImm42=2.54510Amm==xxiIA404mm偏安全考虑，按一端固结，一端自由考虑长细比：1000024.8404xxuli；由长细比查得稳定系数为：x0.972；这样：31909.01064.51700.97230460xxxNMMPaMPaAW均满足受力要求3、结束语下横梁作为混凝土肋板式主梁的支座承重梁，其施工质量直接关系到全桥的成败，因此其施工时采取的现浇支架设计、施工均十分关键，本文通过对大门大桥主塔下横梁的设计，介绍了下横梁支架的设计思路及验算要点，供类似桥梁结构施工参考。参考文献[1]《温州市大门大桥一期工程两阶段施工图设计》实用文档[2]JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范，北京：人民交通出版社，2004[3]GB50017-2003钢结构设计规范，北京：中国建筑工业出版社，2003[4]GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范，北京：人民交通出版社，2001工作简历：2008年10-2010年2月---京沪高铁土建六标一工区四作业区、沪宁城际站前Ⅶ标现场从事施工管理工作2010年2月-2010年10月---温州大门大桥项目技术部部长2010年10月-至今---温州大门大桥项目总工工作简历：2008年8月-2009.12月---京沪高铁土建六标一工区四作业区、沪宁城际站前Ⅶ标现场从事施工管理工作2011.1-2012.9---温州大门大桥项目技术部副部长2012.10至今---温州大门大桥项目技术部部长