南水互通现浇梁施工支架结构受力分析
南水互通现浇梁施工支架结构受力分析
1 工程概况
佛山市北滘至南国公路主干线工程南水互通立交第四联（第17至第20号桥墩）现浇箱梁跨越勒流至番禹公路龙洲路段，与龙洲路交角为112.2°，采用三跨不等跨变截面连续箱梁，全长140m，半幅桥面宽度20m，左幅桥为44m+60m+36m刚构形式.右幅桥为36m+60m+44m刚构形式。箱梁高度呈1.5次抛抛物线变化，箱梁最大高度3.4m，最小高度1.6m。该联主跨跨越龙洲路鸡肠滘涌空心板桥，地质情况如下：地面线标高-1.642m，标高-5.59m以上为粉砂，-11.09M以上为粉砂加淤泥夹层，-18.59以上为亚粘土，以下为砾砂层。
2 主要施工方案
根据施工现场情况，第17～18号墩及19～20号墩之间采用碗扣式支架；由于该桥主跨跨越龙洲路鸡肠滘涌空心板桥，故第18～19号墩之间先采用采用直径530mm壁厚6mm钢管桩和直径600mm壁厚8mm钢管桩及贝雷片搭设钢平台，然后在钢平台上搭设碗扣式支架。
φ530mm钢管桩的打入深度根据地质条件计算，单桩承载力不小于120T；φ600mm钢管桩单桩承载力不小于150T。现场打入时采用双控，承载力不足时采用继续插打，直到不能继续下沉为止，打桩机具可采用中-160型震动打桩机进行插打，并且钢管桩倾斜度小于20mm。
扣碗式支架地基要求整平、夯实，地基承载力不低于0.15MPa，为避免地基被雨水浸泡，要求现场设置排水沟。同时扣碗式支架应按规范设置横向和纵向剪刀撑以防止失稳。贝雷片横断面采用支撑架连接，平联采用花窗（平联支撑架）连接 ，以保证桁架的稳定性。箱梁底模、侧模采用木模板，托梁和木楞采用100mm*100mm方木。
拆除支架前，必须张拉完纵、横向钢束，且砼强度达到设计要求。
本设计贝雷梁最大跨度为20.5m，跨中最大挠度f=25mm，按抛物线平稳过渡形式设置预拱度，在支架模板搭设完毕后进行预压，以消除不均匀沉降。
3 支架结构受力分析
3.1 左右幅桥梁18～19号孔支架布置横断面如下：
3.2荷载取值:
（1）混凝土自重：取2.6t/m3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
以下各荷载各取值为经验值：
（2）施工荷载：150kg/m2
（3）模板及支架荷载：底模120kg/m2，侧模400kg/m2，内模300kg/m2，
（4）贝雷片自重:0.1t/m
（5）扣件式钢管支架自重:0.015t/m3
3.3计算结果：
本计算单中所涉及的计算公式及验算公式均出自《公路桥涵钢结构设计规范》、《装配式公路钢桥多用途使作手册》及《公路桥涵地基与基础设计规范》。
强度验算是以《钢结构设计规范GB50017-2003》为标准，其提供的Q235钢抗压，抗拉，抗弯强度设计值为215MPa，抗剪的强度设计值为125MPa，本计算在不考虑荷载组合的单项验算基础采用部分折减系数，及考虑一定安全系数后设允许应力为170Mpa。
3.4扣件底模分配梁计算：（取最不利工况计算；腹板最高3.4m处）
其采用100x100方木，0.9m间距布置，腹板位置布置为30cm×30cm，底板位置为90cm×90cm，
施工时荷载组合：
翼缘:q1= 0.7875×0.9×2.6/2.5x1.05+[(0.15+0.12)×0.9]x1.2=1.07t/m
腹板处:q2=3.4×0.3×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×0.3]x1.2=2.88t/m
底板处:q3= (0.28+0.25)×0.9×2.6×1.05+[(0.15+0.12+0.3)x0.9]x1.2=1.92t/m
计算结果：Mmax=0.14t-m Q=0.91t
强度验算：
100x100方木截面特性： A＝100cm2 Ix＝833.3cm4Wx＝166.67cm3，S=125 cm3
<11Mpa(落叶松容许弯应力)
<1.7Mpa(落叶松容许弯曲剪应力)
3.5扣件式钢管支架布置：
钢管支架在腹板位置布置为30cm×30cm，底板位置为90cm×90cm
扣件支架采用φ48mm，δ=3.5mm，A=4.89cm2，
每根钢管支架自重约G=0.27t(按22m高度计)
腹板位置单根钢管受力；
N=0.3×0.3×3.4×2.6+0.3×0.3×（0.15+0.12）+0.27=1.11t
底板位置单根钢管受力；
N=0.9×0.9×（0.28+0.25）×2.6+0.9×0.9×（0.15+0.12+0.3）+0.27=1.86t
翼缘根部位置单根钢管受力:
N=0.9×0.9×0.45×2.6+0.9×0.9×（0.4+0.15）+0.27=1.66t
扣件支架钢管最大计算长度1.5m，Nmax=1.86t，r=1.57cm,λ=95，φ=0.588
强度验算：
(满足要求)
地基基础采用碎石碾压处理使其每平方米承载力大于15t（0.15Mpa）既可满足要求。
3.6顺桥向贝雷梁计算：
顺桥贝雷梁按施工设计布置图最大跨径20.05m按连续梁计算。
钢管支架自重0.015t/m3，按比例分配到贝雷梁上的荷载为：
翼缘处=0.015x2.5x4.6=0.17t/m，底板处=0.015x3.3x2.6=0.13t/m，
腹板处=0.015x1.43x2.6=0.06t/m，
施工时荷载组合：
第①组贝雷片：由3片贝雷片组成
q1= 0.7386×2.6×1.05+(0.15×2.5+0.4×4.3+0.1x3+0.17)x1.2=5.09t/m
第②组贝雷片（3.4m高）：由3片贝雷片组成
q2=2.51×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.23+0.1x3+0.06]x1.2=7.68t/m
第②组贝雷片（1.6m高）：
q2=1.23×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.23+0.1x3+0.06]x1.2=4.2t/m
第③组贝雷片：由4片贝雷片组成
q3=(0.28+0.25)×2.6×3.3×1.05+[(0.15+0.12+0.3)×3.3+0.1x4+0.13]x1.2=7.66t/m
第④组贝雷片（3.4m高）：由3片贝雷片组成
q2=2.67×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.43+0.1x3+0.06]x1.2=8.18t/m
第④组贝雷片（1.6m高）：
q2=1.39×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.43+0.1x3+0.06]x1.2=4.68t/m
第⑤组贝雷片（3.4m高）：由3片贝雷片组成
q2=2.39×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.23+0.1x3+0.06]x1.2=7.35t/m
第⑤组贝雷片（1.6m高）：
q2=1.11×2.6×1.05+[(0.15+0.12)×1.23+0.1x3+0.06]x1.2=3.86t/m
由《装配式公路钢桥多用途使作手册》查得：
一片单排单层贝雷梁容许弯距=78.8t-m，剪力=24.5t, (满足要求)
由《装配式公路钢桥多用途使作手册》查得：
一片单排单层贝雷梁容许弯距=78.8t-m，剪力=24.5t (满足要求)
计算结果：(取左幅支座反力R2，R3，R4处进行桩顶分配梁验算)
同理进行右幅墩顶分配梁计算。取R5处进行横向桩顶分配梁验算得出桩最
大支点反力N=125.96t，位于第二根桩。由于右幅桥的桩最大反力小于左幅桥，故钢管柱的受力计处按左幅进行。
3.7临时钢管柱计算：
当轴向压力不大于120t时，钢管柱截面采用φ0.53m，δ=6mm，A=98.7cm2， I=33913.57cm4，
钢管柱最大长度10m，当Nmax=120+0.8(钢管柱自重)t=120.8t，
r=18.5cm，λ=54，φ=0.838
(满足要求)
岸上的钢管桩采用条形基础，基础宽2.0米，高1米，单桩基础底面积为2.0mx2.0m
，粉砂层容许承载力为0.35Mpa，若粉砂层达不到要求,基底应采用木桩加固，φ0.1m木桩深度约6米，间距约0.5m。
对于N=140.26t 的钢管桩采用φ0.6m，δ=8mm，A=148.7cm2, I=65208.75cm4
钢管柱最大长度10m，Nmax=140.26+1.2(钢管柱自重)t=141.46t，
r=21cm，λ=47.6，φ=0.866
(满足要求)
水中桩要求打入岩层，建议采用中-160型震动打桩机，现场打入时采用双控，承载力不足时采用继续插打，直到不能继续下沉为止。
4 结语
佛山市北滘至南国公路主干线工程南水互通立交第四联（第17至第20号桥墩）现浇箱梁工程从2008年5月开始施工,到2009年1月施工完毕。在第四联现浇梁施工前制订了满堂支架、钢管桩及贝雷梁组合支架以及钢管桩平台与满堂支架相结合的多种支架方案来进行比选，根据施工现场的地形、地质情况和整个项目的工期要求，最终采用了钢管桩平台与满堂支架相结合的组合支架。在对钢管桩平台与满堂支架相结合的组合支架进行结构受力分析时，选择了具有代表性的最不利荷载横断面，同时在进行受力分析时自上而下，对最初选择的受力材料进行分析不满足受力要求时，在进行调整直到满足受力要求后再进行下一步的受力分析。
参考文献：
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》
[3]《公路桥涵钢结构设计规范》
[4]《钢结构设计规范GB50017-2003》
[5]《装配式公路钢桥多用途使作手册》
[6]《装配式公路钢桥多用途使作手册》
[7]《建筑桩基技术规范JGJ94－94》
辽公网安备 21020302000024号工信部备案号: 辽ICP备15011726号-5
