宝兰客专马营中桥32m现浇简支梁单跨贝雷梁支架设计及检算.doc教学文案.doc

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除宝兰客专马营中桥32m现浇简支梁单跨贝雷梁支架设计及检算 摘要：大吨位预应力混凝土简支梁，采用大跨度单跨贝雷梁梁柱式施工体系，具有操作简便、地基处理难度小、受地势制约小、不限制桥下净空等优点。文章就宝兰客专大吨位预制简支梁体的施工进行探讨，并对所采用的32m大跨度梁柱式结构支架进行检算。 关键词：32m现浇简支梁；单跨贝雷梁支架；设计；检算；桥梁 文献标识码：A 中图分类号：U445 文章编号：1009-2374（2015）03-0100-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0241 1 工程概况 马营中桥位于通渭县马营镇东牛谷河支沟上，桥中心里程为DK889+744.00，全长111.4m。设计为332m简支梁结构，共有32m标准跨径预应力混凝土简支箱梁3跨。32m跨箱梁截面为等宽度、等高度简支箱梁，截面形式为单箱单室斜腹板截面。 箱梁砼设计标号C50，设计混凝土方量：278m3。 本桥所处地层主要为第四系全新统冲积砂质黄土，底部为上第三系泥岩。设计采用挤密桩、三七灰土垫层及C20砼对桥梁底部进行全幅的支架地基处理及硬化。 2 钢管贝雷梁支架设计 第一，支架总体设计见图1和图2，单位mm。 第二，底模下方横向分配梁间距为40cm，单根长度12500mm，材质I18a。 第三，横向分配梁下方为贝雷纵梁，按简支梁形式布置，跨度2728m（受贝雷节点影响跨度不统一）；贝雷梁采用双层布置，上下弦均设加强弦杆，高度3200mm；横桥向布置22片，每两片通过45cm支撑架进确保锁定，顺桥向每隔35m采用20槽钢对所有上下弦进行横向连接，增强其整体受力能力。 第四，贝雷梁下方为3I45a组合工钢横梁，单根长度12500mm。 第五，组合钢横梁下方为75cm95cm的三槽式矩形砂箱，对支架高程做0150mm的微调，在砂箱下面垫11根I18工字钢并焊的支撑托梁，便于底模高程微调和卸落。 第六，砂箱下方为60010mm钢管支墩，桥墩单侧设双排，桥台位置设单排，与承台顶预埋件有效锁定；桥台台身需预埋钢制附着件，对单排钢管支墩进行有效约束，减少其自由长度的同时防止向跨中变形。 第七，支墩基础为承台和桩基础，需通过表面预埋构件与支墩连接。由于0#、3#桥台承台宽度仅为9.2m，需要对基础进行加宽各1.2m。 3 受力检算 3.1 底模下横向分配梁 3.1.1 计算简图如图3所示： 3.1.2 荷载计算及组合：箱梁为等宽等高斜腹板变截面设计，横梁顺桥向间距50cm，取梁端截面1.3m最厚部分进行计算，以确保施工安全。 第一，翼板线位置荷载： 翼板位置混凝土线荷载0.480.526/1.629=3.83kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）0.5=4kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：0.51.5=0.75kN/m 荷载组合（3.83+0.75）1.2+41.4=11.10kN/m 第二，腹板线位置荷载： 腹板位置混凝土线荷载4.230.526/2.971 =18.51kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）0.5=4kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：（2.95+1.65+1.14）0.51.5/2.971=1.45kN/m（外侧模、内侧模、底模） 荷载组合（18.51+1.45）1.2+41.4=29.55kN/m 第三，底板位置线荷载： 底板、顶板位置混凝土线荷载（1.8+1.61）0.526/3.000=12.56kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）0.5=4kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：0.51.52=1.5kN/m（顶板底模、下底模） 箱内支架：5kN/m 荷载组合（12.56+1.5+5）1.2+41.4=28.47kN/m 3.1.3 计算结果：共有23跨。 梁材性Q235，截面为普工20a。截面Ix=2.37e+007mm4，截面Wx=237000mm3，面积矩Sx=134977mm3，腹板总厚7mm，整体稳定系数b=1。最大壁厚11.4mm得：截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=215MPa，截面抗剪强度设计值fv=125MPa。 考虑自重，自重放大系数为1.2。 因第4跨至第9跨为最不利受力截面，第15跨至第20跨成几何对称，故仅以第4跨为例进行检算。 第4跨计算结果： 跨度为0.45m 剪力范围为-5.57731-7.8711kN 弯矩范围为-0.125081-0.911438kN?m 最大挠度为0.0004mm（挠跨比为1/1145612） 由VmaxSx/（IxTw）计算得最大剪应力为6.40MPa，满足！ 由Mx/（xWx）计算得强度应力为3.66MPa， 满足！ 3.2 纵向贝雷梁 3.2.1 受力简图如图4所示： 3.2.2 荷载计算： 第一，翼板线位置荷载： 翼板位置混凝土线荷载0.4826=12.48kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）1.629=13.03kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：1.6291.5=2.44kN/m 上横梁荷载（I20a）：21.62927.951.2 10/1000=1.09kN/m 荷载组合（12.48+2.44+1.09）1.2+13.031.4=37.46kN/m 第二，腹板线位置荷载： 腹板位置混凝土线荷载（4.231.3+3.462.3+2.8129）26/32.6=75.73kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）2.971=23.77kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：（2.95+1.65+1.14）1.5=8.61kN/m（外侧模、内侧模、底模） 上横梁荷载（I20a）：22.97127.951.210/1000=1.99kN/m 荷载组合（75.73+8.61+1.99）1.2+23.771.4=136.87kN/m 第三，底板位置线荷载： 底板、顶板位置混凝土线荷载（1.8+1.61）1.3+（1.27+1.19）2.3+（0.86+0.84）29 26/32.6=47.37kN/m 临时荷载（人员机具2kPa，混凝土倾倒4kPa，振捣2kPa）：（2+4+2）3=24kN/m 模板荷载（按钢模配桁架计算，150kg/m2）：3.01.52=9.0kN/m（顶板底模、下底模） 箱内支架：10kN/m 上横梁荷载（I20a）：2327.951.210/1000=2.01kN/m 荷载组合（47.37+9.0+10+2.01）1.2+241.4=115.66kN/m 3.2.3 计算结果： 第一，翼板下方纵梁：跨度为27.803m。 截面为2排双层上下弦加强型贝雷梁，截面Ix=4.5963e+010mm4，截面Wx=3.0642e+007mm3，面积矩Sx=2.2981e+007mm3，腹板总厚21.2mm，整体稳定系数b=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=295MPa，截面抗剪强度设计值fv=170MPa。 剪力范围为-597.867-604.138kN 弯矩范围为-4037.96-183.05kN?m 最大挠度为34.10mm，挠跨比为1/815，满足！ 由VmaxSx/（IxTw）计算得最大剪应力为14.25MPa，满足！ 由Mx/（xWx）计算得强度应力为125.50MPa，满足！ 下传主横梁集中荷载729.95kN、688.92kN，单片贝雷梁下传最大荷载为364.97kN。 第二，腹板下方纵梁：跨度为27.803m。 截面为6排双层上下弦加强型贝雷梁，截面Ix=1.3789e+011mm4，截面Wx=9.1926e+007mm3，面积矩Sx=6.8944e+007mm3，腹板总厚63.6mm，整体稳定系数b=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=295MPa，截面抗剪强度设计值fv=170MPa。 剪力范围为-2132.33-2154.69kN 弯矩范围为-14401.6-652.859kN?m 最大挠度为40.54mm，挠跨比为1/685，满足！ 由VmaxSx/（IxTw）计算得最大剪应力为16.94MPa，满足！ 由Mx/（xWx）计算得强度应力为149.21MPa，满足！ 下传主横梁集中荷载2603.39kN、2457.06kN，单片贝雷梁下传最大荷载为433.90kN。 第三，底板下方纵梁：跨度为27.803m。 截面为6排双层上下弦加强型贝雷梁，截面Ix=1.3789e+011mm4，截面Wx=9.1926e+007mm3，面积矩Sx=6.8944e+007mm3，腹板总厚63.6mm，整体稳定系数b=1，由最大壁厚34mm得：截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=295MPa，截面抗剪强度设计值fv=170MPa。 剪力范围为-1838.96-1858.25kN 弯矩范围为-12420.2-563.038kN?m 最大挠度为34.95mm，挠跨比为1/795，满足！ 由VmaxSx/（IxTw）计算得最大剪应力为14.61MPa，满足！ 由Mx/（xWx）计算得强度应力为128.68MPa，满足！ 下传主横梁集中荷载2245.22kN、2119.01kN，单片贝雷梁下传最大荷载为374.20kN。 3.3 主横梁 3.3.1 受力简图如图5所示： 3.3.2 荷载计算： 翼板位置贝雷梁下传主横梁集中荷载729.95kN、688.92kN，单片贝雷梁下传最大荷载为364.97kN，P1=364.97kN。 腹板位置贝雷梁下传主横梁集中荷载2603.39kN、2457.06kN，单片贝雷梁下传最大荷载为433.90kN，P2=433.90kN。 底板位置贝雷梁下传主横梁集中荷载2245.22kN、2119.01kN，单片贝雷梁下传最大荷载为374.20kN，P3=374.20kN。 3.3.3 计算结果： 共有6跨，因第3跨与第4跨受力最大，故仅对第3跨进行检算。 梁材性：Q235。截面为3I45a，截面Ix=9.5257e+008mm4，上表面处Wx=4.23365e+006mm3，下表面处Wx=4.23365e+006mm3，面积矩Sx=2.47347e+006mm3，腹板总厚34.5mm，整体稳定系数b=1，由最大壁厚18mm得：截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=205MPa，截面抗剪强度设计值fv=120MPa。 考虑自重，自重放大系数为1.2。 第3跨计算结果：跨度为2.4m。 剪力范围为-798.905-1198.36kN 弯矩范围为-155.126-594.795kN?M 最大挠度为0.20mm（挠跨比为1/11941） 由VmaxSx/（IxTw）计算得最大剪应力为90.19MPa，满足！ 由Mx/（xWx）计算得强度应力为133.80MPa，满足！ 3.4 临时支墩稳定性 3.4.1 荷载计算：由主横梁下传钢管柱最大荷载为2411.01kN集中力，由两根60010钢管柱承担。由于主横梁为了满足贝雷梁支点需要，不能完全居中，故不均衡系数取1.5，单根钢管柱受力为2411.01/21.5=1808.26kN。 3.4.2 计算结果： 第一，受压稳定系数计算： 截面：60010 ix：208.626mm iy：208.626mm A：18535.4mm 截面材性：Q235 绕X轴长细比为11.9831，绕X轴截面为b类截面。 绕Y轴长细比为11.9831，绕Y轴截面为b类截面。 按GB50017-2003第132页注1计算，绕X轴受压稳定系数x=0.989212，绕Y轴受压稳定系数y=0.989212。 第二，强度验算： 轴压力N=1808.3kN 由最大板厚10mm得截面抗拉抗压抗弯强度设计值f=215MPa 计算得强度应力为97.56MPa，满足！ 第三，稳定验算： 计算得绕X轴稳定应力为98.62MPa，满足！ 计算得绕Y轴稳定应力为98.62MPa，满足！ 第四，局部稳定验算： 外径与壁厚之比为60，满足！（GB50017-2003第59页5.4.5） 桥台扩大基础地基承载力计算：3#台下层贝雷梁支承扩大基础承载力按照单端承载的1/2进行计算，考虑到上下台阶所承受荷载的不均匀性，取不均匀荷载系数为1.5，翼板部分则为全部承载。底板及腹板区域承载为（2411.012+1607.83）1.5/2+211.21.52.6=4909.7kN。 计算结果：4909.7（11.22）=219.2kN，实测该处地基承载力为190kN，那么要求该处扩大基础下方1m范围内进行三七灰土换填并分层夯实。 4 结语 本桥通过采用大跨度贝雷梁管柱支架法施工，大大简化在具有湿陷性黏质黄土层进行地基处理的系列难题，大幅度降低了因此而产生的施工成本，取得良好的经济效益，并为同类现浇简支桥梁在软土区、土黄湿陷性区、深V地形区不便于设置支架临时直墩或移动模架等条件下，大吨位梁体的现浇支架施工提供了借鉴。 参考文献 1 中国中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路宝鸡至兰州客运专线马营中桥设计图.2012. 2 周水兴.路桥施工计算手册M.北京：人民交通出版社，2001. 3 铁道部.高速铁路桥涵工程施工技术指南（铁建设2010241号）S. 4 中铁一局集团有限公司.中铁一局施工工艺工法标准：桥涵工程（QYGL2011-15-2）S. （责任编辑：陈 倩）此文档仅供学习和交流