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钢箱梁支墩在城市桥梁中应用及计算

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：李灿鹏

[导读] 【内容提要】钢箱梁具有强度高、跨度大、施工速度快等优势，广泛的应用在城市跨度大的桥梁工程施工中。

        中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司
        【内容提要】钢箱梁具有强度高、跨度大、施工速度快等优势，广泛的应用在城市跨度大的桥梁工程施工中。哈尔滨东二环高架体系完善工程工程量大，施工工期短，钢箱梁的优势在本工程中尤为明显。现以东二环高架体系完善工程钢箱梁为例，主要介绍钢箱梁施工过程中临时支撑的设计及验算。
        【关键词】城市桥梁；钢箱梁；临时支墩；受力验算；madascivil
        1、工程概况
        1.1工程概况及特点
        东二环高架体系完善工程（公滨路-东直路段）是为缓解哈尔滨东二环交通的重要工程。该工程位于哈尔滨市南直路上，起点为东直路，终点公滨路立交桥。该工程主要包含道路工程、主桥工程和匝桥工程。主线桥由由北向南为PN线和PS线，长江路互通匝道桥部分由NE线、ES线、SE线和EN线组成，钢梁1.8万吨。
        1.2结构特点
        其中长江路护筒匝道桥ES14-ES17（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为ES0+460.981，终点里程为ES0+605.981，孔跨布置为（45+55+45）m，全长145m，梁高2.2m，桥面宽度为7.5-8.15m，钢箱梁截面形式为单箱单室，钢箱梁重约为609吨，两侧设1.45m挑臂。主线桥PS60-PS63（连续钢箱梁桥）桥梁起点里程为K4+437.17，终点里程为K4+607.416，孔跨布置为（50.123+70+50.123）m，全长170.246m，桥面宽度为25.6m，梁高1.8-2.8m，钢箱梁截面形式为单箱六室，钢梁重约为2480吨，两侧设1.5m悬臂。
        1.3工程特点
        东二环高架体系完善工程施工工期短、工程量大，钢箱梁采用工厂集中加工，分单元运送至现场后拼装焊接施工。
        1.4交通压力大
        东二环高架体系完善工程位于哈尔滨市南直路，南直路南通香坊区北至道外区途径南岗区，是哈尔滨市市内主要交通通道。工程开工必将对周边交通造成压力，极易产生交通拥堵。
        在施工过程中，尽量小范围施工作业，采取分幅、分段封闭交通。选择合理的分流线路，配合交管部门疏导交通，对钢箱梁施工安全及吊装带来了较大的施工难度。
        2、临时支撑设置及要求
        临时支墩设置原则：根据现场条件及钢箱梁分段及自重，首先考虑自重及分段特点，在确保结构安全的前提下，根据设计及相关的规范要求，综合考虑现场施工条件及交通运输、吊装等情况后确定施工方案。
        东二环高架体系完善工程钢箱梁现场施工场地狭窄，交通压力巨大，为了确保施工安全，不影响地面交通，经多次现场勘察确定钢箱梁施工采用临时支墩施工。
        2.1基础结构布置
        临时支墩基础要与原有路面接触牢固，基础最小尺寸为800*800*500mm，预埋板尺寸为20*500*500mm，预埋板与基础钢筋竖筋为穿孔焊接；由于原路面为沥青混凝土路面，因此临时基础要对原路面进行植筋，植筋深度不小于500mm，混凝土保护层为25mm，具体基础结构形式如下：

临时基础钢筋布置

        预埋钢板布置图          临时支墩基础结构形式
        2.2临时支撑设计
        临时支墩结构立柱采用Φ426×8mm的钢管，横梁采用56b双拼工字钢，横撑及斜撑采用[14a槽钢，主线桥立柱间距为3m×4m，每4个立柱组成一个独立结构，每个临时支墩设置3个独立结构，共计12根立柱；匝道桥立柱间距为3m×4m，4个立柱组成独立结构，每个临时支墩1个独立结构，共计4根立柱；为便于竣工后临时支墩的拆除，双拼工字钢横梁采用通长安装。

主线桥临时支墩布置图

        匝道桥临时支墩布置图
        2.3临时支架节点
        主结构采用Φ426钢管，底部用预埋件固定，平联、斜撑采用[14槽钢进行焊接，立柱沿高度方向设置平联，钢管顶采用δ20mm钢板作为柱帽，桩顶上方放置双拼56b工字钢横梁。
        3、临时支墩受力验算
        3.1支架计算
        计算工况：以主线桥PS60-PS63连续钢箱梁为例，钢梁重约为2480吨。
        建模计算
        采用madascivil整体建模计算，模型如下：

        其中钢管与横撑及斜撑之间采用共节点连接，I56b钢横梁与其下的支撑点之间采用弹性连接的刚性连接。
        3.2受力分析
        （1）整体应力如下图：

        由图可见，最大应力为83.39Mpa＜205Mpa，满足要求。
        （2）426钢管分析
        1）426钢管应力

由图可见，426钢管最大应力83.39Mpa＜205Mpa，符合要求。
2）426钢管变形：

        钢管顶部在xyz方向上的最大累积变形为2.33mm＜10000/400=25mm，符合要求。
        （3）双拼I56b工字钢横梁分析：
        1）最大应力

最大应力为49.13Mpa＜205Mpa，符合要求。
2）变形分析

        工字钢的累积最大变形为2.42mm-钢管顶部最大累积变形2.33mm，工字钢横梁实际最大变形为0.09mm，小于900/400=2.25mm，符合要求。
        （4）槽钢剪刀撑分析
        1）应力分析

剪刀撑最大应力43.15Mpa＜205Mpa，符合要求。
2）变形分析

        剪刀撑的累积最大变形为2.33mm-钢管顶部最大累积变形2.33mm，剪刀撑实际最大变形为0mm，符合要求。
        （5）稳定性计算
        λ=l0/i，
        λ：长细比
        l0：构件计算长度
        i：构件回转半径
        1）426*8钢管的回转半径i=112.9mm，计算长度2m，λ=2000/112.9=17.7＜150，满足要求。
        查表得计算稳定系数0.985，钢管实际最大应力为83.39/0.985=84.66＜205Mpa，符合要求。
        2）[14a槽钢的回转半径i=61mm，计算长度3.6m，λ=3600/61=59＜150，满足要求。
        查表得计算稳定系数0.886，[14a槽钢实际最大应力为43.15/0.886=48.7Mpa＜205Mpa，符合要求。
        综上所述，该支架从应力，挠度及稳定性方面，均满足规范要求。
        3.3基础荷载计算及基础设计
        钢管底部支座反力如图：

        由图可见，单根钢管柱最大支座反力为257.4kN，钢管底部预埋钢板为500*500mm，其对混凝土应力为：257400/500/500=1.02Mpa。
        如采用50cm高，100cm宽的混凝土条基，则对地基承载力要求257400/1000/1500=171Kpa。
        4、结束语
        在东二环高架体系完善工程钢箱梁施工过程中，对临时支墩使用madascivil受力计算分析并应用，是将理论、软件与施工结合的很好的体现，并为钢箱梁施工安全提供了保障。在现在科技高度发达的施工环境中，施工软件及辅助工具得到了管饭的应用。
        【参考文献】
        《公路桥涵施工技术规范》（JTJ/TF50-2011）
        《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）
        《钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/TD64-01-2015）
        《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）
        《madascivil软件》
        哈尔滨市东二环高架体系完善工程（公滨路-东直路段）图纸