现浇箱梁门洞设计及施工.doc

城市高架桥现浇箱梁大跨度门洞结构设计及施工
张宇 李金强 崔旭文 张瑜瑜
（中建交通建设集团有限公司、北京市、丰台区、100161）
摘 要：通过青岛海湾大桥青岛端接线工程第十二合同段海尔路高架桥跨合肥路门洞的设计及施工，研究并建立一套城市桥梁现浇箱梁跨越现状道路大跨度门洞设计及施工技术体系，为同类工程同类问题的提供设计参考及施工经验。
关键词：桥梁工程；门洞；碗扣支架；钢支撑

1 工程概况
青岛海湾大桥青岛端接线工程西起海湾大桥李村河互通立交东侧，向东跨过四流路、规划周口路、重庆路、台柳路、黑龙江路、海尔路等主要道路，接规划长沙路，形成青岛市快速路系统的第三“横”工程全长7.6公里，共分14个合同段。
第12合同段海尔路高架H2#桥跨越现状合肥路。合肥路采用2幅路型式，双向6车道。海尔路全封闭后，车辆需经由合肥路绕行深圳路，从而使合肥路承受了较大的交通压力。
跨合肥路高架桥是海尔路高架H2-1#及H2-2#桥第二跨，跨径45m，净高6.8m～7.4m。
2 门洞设置方案
为保证合肥路交通畅通，跨合肥路设置机动车门洞4个，中间门洞宽7m，两侧门洞宽6.5m，高5m。门柱下部为钢筋混凝土系梁，系梁顶面预埋10mm厚钢板，门柱钢管与钢板之间焊接，焊接方式为围焊，四周设加劲缀板；门柱上设置工字钢横梁。门柱钢管采用热轧无缝钢管，直径Φ420mm，壁厚10mm。门洞立柱设五排，每根立柱上部设封口钢板，钢板厚20mm。每排门柱上设两道I40b号工字钢横梁（横桥向），横梁上根据支架横桥向排距依次布设I40b号工钢纵梁，其上铺放15cm木方搭设满堂支架。所有型钢间连接点均焊接加固，各向型钢横纵梁间设联系杆，提高传力体系整体性。
2.1 混凝土条形系梁
合肥路门洞支架利用现有城市道路浇筑条形混凝土系梁，配置钢筋骨架，结构尺寸为0.8*0.6*30m，混凝土标号采用C30，基础顶面预埋钢板（60*60*2cm）。
2.2 钢管桩基础
门洞支架采用φ420cm钢管桩基础，焊接在混凝土条形系梁预埋钢板上，钢管顶设置I40b双拼工字钢横梁；横梁上架设I40b工字钢纵梁，腹板及内箱下纵向工字钢间距60cm；翼缘板下纵向工字钢型号间距90cm。具体布置如下图所示。

图1 门洞横断面图
2.3 碗扣支架设置
门洞平台上碗扣支架设置与两侧相同，支架采用Φ48，壁厚3.5mm碗扣，立杆采用60cm规格。翼缘下立杆间距90cm*90cm，腹板下立杆间距为60cm*90cm。
2.4 其它防护设施
纵向工字钢下设置密目网，防止坠物损坏过往车辆。
门洞前后5m范围设置限高门及防装筒，门洞内车道两侧设置混凝土防撞墩。
3 门洞支架体系计算
3.1 立杆对纵向工字钢作用力计算
3.1.1 立杆受力计算
立杆纵桥向间距为0.9米，取09m长计算。计算单元截面积为0.99m2，体积为0.891m3。
(1)静荷载：静荷系数Vs=1.2
钢筋混凝土自重=0.891m3*25KN/m3=22.275KN
模板自重=0.5KN/m2*(0.6m*0.9m)=0.27KN
计算单元下碗扣支架自重取0.264KN
(2)动荷载：动荷系数Vd=1.4
施工人员及设备荷载(Q3)：1.0kN/m2
混凝土浇筑和振捣荷载(Q4)：1.0kN/m2
风荷载：
地面粗糙程度为A级，查风压高度系数表得：（高度H=30m），青岛地区基本风压,脚手架挡风系考虑架外满挂密目安全网，取，风荷载体形系数 （GB50009-2001建筑结构荷载规范）
则：
总动荷载=(1.0+1.0+0.743) kN/m2*(0.6m*0.9m)=1.48KN
(3)立杆总荷载
1.2*(22.275+0.27+0.264)+0.9*1.4*1.48=29.23kN
取30kN计算。
翼缘板厚度取0.45m，立杆间距为0.9*0.9m，每根立杆受力取15kN计算。
内箱上下顶底板厚度取0.45m，立杆间距为0.6*0.9m，每根立杆受力取10kN计算。
3.1.2 腹板下纵向工字钢计算
腹板下纵梁采用I40b工字钢，每个点受到的集中力大小为30KN，作用点间距0.9m。计算模型详见下图。
I40b工字钢受到的最大弯矩绝对值为157855Nm
最大应力为：
内力验算合格。
最大挠度为5.43mm，小于7000/400=17.5mm。挠度验算合格。
支座反力详见表1。

图2 腹板下工字钢弯矩图

图3 腹板下工字钢变形图
表1 支座反力表
NODE
FY(N)
1
98328
2
258300
10
238450
16
258300
22
98328
3.1.3 翼缘板下纵向工字钢计算
翼缘板下每个点受到的集中力大小为15KN，作用点间距0.9m。计算模型与腹板下工字钢相同。
内力及挠度验算合格。
支座反力详见表2。
表2 支座反力表
NODE
FY(N)
双拼工字钢对桩顶横梁作用力(N)
1
29115
50072
2
66513
131896
10
35770
121642
16
66513
131896
22
29115
50072
3.1.4 内箱下纵向工字钢计算
内箱下纵梁每个点受到的集中力大小为10KN，作用点间距0.9m。
内力及挠度验算合格。
支座反力详见表3。
表3 支座反力表
NODE
FY(N)
1
34127
2
90188
10
83083
16
90188
22
34127
3.2 横向工字钢计算
钢管顶横梁采用两根I40b工字钢组成，腹板下每根纵向工字钢对横梁的最大作用力为258.30KN；翼缘板下每根纵向工字钢对横梁的最大作用力为131.90KN；内箱下每根纵向工字钢对横梁的最大作用力为90.19KN；每根横向工字钢受力为以上数值的1/2。
计算模型详见下图。
I40b工字钢受到的最大弯矩绝对值为69020Nm
最大应力为：
内力验算合格。
最大挠度为0.284mm，小于2400/400=6mm。挠度验算合格。
支座反力详见表4。

图5 横向工字钢计算弯矩图

图6 横向工字钢计算变形图

表4 支座反力表
NODE
FY(N)
每根钢管受力(N)
2
113480
225040
11
425160
842920
19
256600
508860
25
259940
515460
33
416600
825920
40
120510
239000
49
120510
239000
58
416600
825920
66
259940
515460
72
256600
508860
80
425160
842920
87
113480
225040
3.3 钢管计算
由以上模型计算得到，钢管受到的最大力为842.92KN。
采用426钢管作为横梁支撑。外径取420mm，壁厚取9mm。
钢管回转半径为：
截面积为：
钢管桩长度按5m计算，长细比为：
根据GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》得，稳定系数为：
钢管许用压应力为：

钢管桩验算合格。
按照压杆稳定问题进行复核：钢管桩一端固结，一端自由，每两根相邻管桩间采用槽钢斜撑连接，计算长度l取钢管桩长度5.5m，其临界力公式为

E=200GPa

复核合格。
4 门洞支架体系搭设方法
4.1 支架基础
4.1.1 混凝土系梁
每排管桩下设置0.8m*0.4m*30mC30混凝土系梁，系梁内设置两层φ14钢筋网片，同时在路面上进行植筋，防止系梁产生滑移。
4.1.2 管桩与横向分配梁
现场吊车将钢管桩吊至混凝土管桩系梁上，将钢管桩与系梁上的预埋件连接在一起，同时保证钢管桩垂直度。
钢平台一个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行该墩钢管桩间剪刀撑、平联、牛腿、桩顶分配梁施工。
用吊车悬吊平联、剪刀撑，到位后电焊工焊接平联、剪刀撑。焊接质量合格后进行桩顶横向分配梁架设。
吊车悬吊横梁到桩顶测量放样位置后安装并简易固定，工长检查合格后，将横梁焊接在桩顶钢板上。所有焊缝均要满足设计要求。
4.1.3 纵向分配梁
测量部门在横向分配梁上放出箱梁中心线，根据中心线位置向两侧放出每根纵向工字钢的位置。
吊车将纵向工字钢吊装至设计位置并简易固定，工长检查合格后，将纵梁与横梁焊接在一起。焊缝要满足设计要求。
4.2 立杆与横杆安装
排架安装时，按照排架设计要求横向每排立杆下铺15*15的木方，以确保排架底整体受力均匀。根据组架方案和尺寸，测定框架底脚位置，安放可调支座。从一端开始，根据支架设计方案，按照顺桥向90cm，横桥向60cm和90cm两种间距安装底层立杆和横杆。支架完成后，安装支座。
在上托座调整好后铺设横向15×15cm方木，接着在墩柱两侧5.4m范围内以10cm间距纵向铺设10×10cm 方木，在中间梁段纵向满铺10×10cm 方木，根据放样出的中线铺钉涂塑板做为箱梁底模。
4.3 剪刀撑设置
为了确保满堂支架的整体强度、刚度和稳定性，支撑架四周从底到顶设置竖向剪刀撑，剪刀撑钢管与地面夹角为45°。中间纵、横向由底至顶连续设置竖向剪刀撑，每排剪刀撑间距4.5m。剪刀撑斜杆每步与立杆相扣。支撑架顶端和底部设置水平剪刀撑，中间每隔4.8m设置一道水平剪刀撑。斜杆与横杆夹角为45°，斜杆每步与立杆相扣。
4.4 其它防护
1.密目网
门洞支架两侧安装密目网，防止落物打击
2.门洞防落物
门洞支架通道内和进出洞口部位顶部设置满布竹胶板，防止落物打击。
5 结论
通过本项目的实施，为中建市政建设有限公司在大跨度门洞设计和施工方面提供强有力的施工经验，通过对城市高架桥梁建设中各项施工参数的优化，力争在保证安全的前提下尽量降低施工成本，取得较好的经济效益和社会效益，提高中建市政在城市高架施工中的核心竞争力，为中建市政在安全施工方面做出贡献。

参考文献

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[6] 张爱中，成彭高速高架桥跨金府路大跨度门洞设计与施工[J]. 中外建筑, 2009,11:118-120.

作者简介：张宇、工程师、中建交通建设集团有限公司、联系电话[phone]、邮箱：zhangyu.cscec@