城市高架橋貝雷梁支架受力分析

趙 越

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院)

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城市高架橋貝雷梁支架受力分析

趙 越

(江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學院)

以昆山石浦高架橋為案例，針對施工中對臨時結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟、適用性的需求，采用midas civil 結(jié)構(gòu)計算軟件對現(xiàn)澆梁貝雷支架臨時結(jié)構(gòu)進行整體建模計算，結(jié)合現(xiàn)場實際施工經(jīng)驗，保證結(jié)構(gòu)安全的前提下對整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，以達到經(jīng)濟適用的目的。

Midas civil 軟件應用；貝雷梁支架；臨時結(jié)構(gòu)

1 工程概況

石浦高架橋位于昆山市東城大道快速化改造二期工程南段，橋梁中心樁號為K3+860，起點樁號K3+200，終點樁號K4+520。全橋共2個橋臺，43個橋墩，分14聯(lián)，其中1-6聯(lián)及9-14聯(lián)為3×30 m一聯(lián)，7-8聯(lián)為4×30 m一聯(lián)。

上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土連續(xù)箱梁，采用滿堂支架現(xiàn)澆施工。箱梁梁高為2 m，連續(xù)箱梁均為等截面箱梁，箱梁底板、頂板形成雙向2%橫坡。箱梁為單箱四室截面。箱梁底寬17.0 m，頂寬為26.0 m，箱梁頂板厚度為25 cm；箱梁腹板厚度取用40 cm，加厚段腹板厚度為70 cm；箱梁底板厚度變化范圍20～40 cm；翼緣板厚度20 cm，根部厚度60 cm。

其中石浦高架橋16#～17#墩，34#～35#墩橋跨部分分別須跨越石浦中心河西橋(1～13 m)，計家臺浜新建橋(1～13 m)板梁橋，橋梁上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆箱梁，為便于施工，確保小橋的安全，在緊靠兩座小橋的橋臺后分別設(shè)置一排混凝土地梁，然后在混凝土地梁上設(shè)置貝雷片，貝雷片上鋪設(shè)工字鋼，工字鋼上搭設(shè)WDJ碗扣式支架進行箱梁施工，支架搭設(shè)如圖1，圖2。

鋼筋混凝土地梁，設(shè)置于兩座小橋橋臺后，長×寬×高=28×1×1 m，混凝土等級C30，在非老路面上采用5%灰土兩層40 cm處理，壓實度200 kPa，方向平行于小橋臺帽。

在地梁上架設(shè)15 m長321雙排單層貝雷片，共20組，方向平行于道路中心線，每組貝雷片根據(jù)橫向立桿的布置間距隔一個布置一組。

貝雷片上鋪設(shè)2根1組14工字鋼(2根1組并列排設(shè))，間距按支架立桿縱向間距定，方案垂直于道路中心線。

圖1 跨橋孔支架立面圖(單位：cm)

圖2 跨橋孔支架斷面圖(單位：cm)

2 建立模型

由于貝雷梁桿件較多，傳統(tǒng)分桿件的計算方法計算過程復雜，桿件受力計算較保守，不能充分利用材料強度，造成材料的浪費，采用midas 計算軟件對整個貝雷支架進行建模，根據(jù)梁體重量、施工荷載乘以相應的安全系數(shù)后加載，簡化了計算過程。

石浦高架橋16#～17#墩，34#～35#墩橋跨部門分別須跨越石浦中心河西橋(1～13 m)，計家臺浜新建橋(1～13 m)板梁橋，梁體底模下部采用碗扣式支架，立桿步距1.2 m，立桿的縱、橫間距0.9 m，頂托上部縱向分配梁采用[10 槽鋼，縱向間距0.9 m，跨度0.9 m，橋縱向采用貝雷梁， [10#槽鋼上部采用0.1×0.1×0.1 方木，間距0.30 m，跨度0.9 m。

2.1 添加截面和材料

貝雷梁支架材料為16Mn 鋼，選取當國標中的16Mn鋼，支架橫向分配梁采用Q235 鋼材，選取國標中對應的Q235 鋼材，參見圖3。

圖3 材料選擇界面

2.2 建立、擴展單元

首先建立貝雷片模型，通過對單片貝雷片的復制和擴展單元建立貝雷支架的整體模型，貝雷片上、下弦桿由兩根10#槽鋼(背靠背)組成，豎桿均有8#工字鋼自稱，橫向支撐架采用L63角鋼。

2.3 添加邊界條件

整體模型是在空間體系下建立，因此要根據(jù)支架實際邊界情況，由于是簡支，所以貝雷梁左下角節(jié)點采用D-all(開)，Rz(開)，右下角節(jié)點Dz(開)，Rz(開)。由于貝雷片連接采用螺栓連接，因此要釋放螺栓連接處的彎矩。

邊界類型一：貝雷梁左下角節(jié)點，參見圖4。

邊界條件二：貝雷片螺栓連接處釋放梁端彎矩，參見圖5。

圖4 貝雷梁左支點

圖5 貝雷片螺栓連接處釋放梁端彎矩

2.4 施加荷載

荷載參數(shù)：

(1)模板自重標準值：Q1=2 kN/m2

(2)新澆混凝土自重標準值：Q2=25 kN/m3

(3)施工人員及設(shè)備荷載標準值：Q3=2.5 kN/m2

(4)澆筑和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載標準值：Q4=3.0 kN/m2

(5)其他荷載Q5=3.0 kN/m2

根據(jù)貝雷梁上工字鋼平面布置圖，總長共計504 m(18檔，每檔28 m長)，每組由2根14工字鋼并列排設(shè)，則工字鋼總重=504×2×16.9=17 035.2 kg=170 kN

計算箱梁跨中橫截面面積約為16 m2

正常施工時貝雷梁承受的總荷載為

q=(Q1+Q3+Q4+Q5)×26+Q2×16+170/15=273+400+11.3=684.3 kN/m

超載預壓時貝雷梁承受的總荷載為

q=Q5×26+Q2×16×120%+170/15=78+480+11.3=569.3 kN/m

則驗算時取q=684.3 kN/m

根據(jù)貝雷梁平面布置圖，每組貝雷梁承受的荷載為q=684.3/20=34.215 kN/m。

則每片貝雷梁的均布荷載為34.215/2=17.107 kN/m，見圖6。

Midas 軟件可以根構(gòu)件的實際重量自動添加模型自重，自重按照恒荷載工況添加后和梁體荷載組合計算，梁體荷載已經(jīng)添加組合系數(shù)，荷載組合時按照自重分項系數(shù)取1.2，梁體荷載分項系數(shù)為1.0，見圖7。

圖6 梁部施加荷載

圖7 荷載組合

3 結(jié)果分析

3.1 支架強度分析

貝雷梁最大應力為221 MPa，16 Mn鋼材容許應力為260 MPa，因此貝雷梁強度滿足要求。見圖8、圖9。

3.2 支架剛度分析

最大位移為跨中處為28.37 mm，L/400=15 000/400=37.5 mm 滿足要求，圖10。

圖8 貝雷梁查看應力界面

圖9 貝雷梁應力

圖10 貝雷梁位移

4 結(jié) 論

經(jīng)過對臨時支架的計算，整體結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求，計算采用容許應力法，容許應力設(shè)計應用簡便，是工程結(jié)構(gòu)中的一種傳統(tǒng)設(shè)計方法，目前主要應用在公路、鐵路工程設(shè)計中。它的主要缺點是由于單一安全系數(shù)是一個籠統(tǒng)的經(jīng)驗系數(shù)，因之給定的容許應力不能保證各種結(jié)構(gòu)具有比較一致的安全水平，也未考慮荷載增大的不同比率或具有異號荷載效應情況對結(jié)構(gòu)安全的影響，計算結(jié)果比較保守，實際施工當中可以按照理論的計算結(jié)果并結(jié)合以往的施工經(jīng)驗對方案進行優(yōu)化，對于一些臨時結(jié)構(gòu)可以用理論容許應力乘以一個不大于1.3的系數(shù)，經(jīng)過現(xiàn)場施工表明，滿足結(jié)構(gòu)的功能要求，保證結(jié)構(gòu)安全的前提下達到結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)濟實用的目的。

[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)[S].

[2] 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準(GB50068-2001)[S].

[3] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006 局部修訂版)(GB50009-2001)[S].

[4] 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50205-2001)[S].

[5] 碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700-2006)[S].

[6] 夏志斌,姚諫.鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

2015-05-12

趙越(1981-)，男，講師，研究方向：交通土建。

U445

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1008-3383(2015)11-0096-02