大跨度支架在现浇箱梁中的应用

大跨度支架在现浇箱梁中的应用

让世界更畅通 大跨度支架在现浇箱梁中的运用 中交三航局厦门分公司 吕显鸫 Contents 目 录 二、跨高铁支架设计 三、贝雷桁架验算 四、最不利单片贝雷计算 六、结语 五、托架验算 一、工程概述 摘要 本文以厦门快速公交系统（ BRT ）二号线（同安线）工程 D 标段上跨福厦高速铁路支架为例，通过受力验算，介绍 30m 跨加强贝雷单孔跨越，支墩为型钢组焊托架的支架形式的应用。 关键词：现浇箱梁 托架 大跨度支架 设计计算 1. 工程概况 厦门快速公交系统（ BRT ） 2 号线（同安线）工程 D 标段，线路在桩号 K19+230.41 与在建的福厦高速铁路相交（ 191#-192# 墩），相交处高速铁路的里程： D11K2342+720.821 ， BRT 线路上跨高速铁路，两条线路的交角为 118° ，由于福厦高速铁路正在施工，现浇箱梁支架无法设中支墩，支架要单孔跨越。 图 1-1 BRT 与上跨高铁平面交叉示意图（单位 :cm ） 2. 跨高铁支架设计 由于高铁空间要求，在铁路路基内不设支墩，采用梁柱式托架加强贝雷支架 30m 跨径一次跨过，梁柱式贝雷支架的优点是：一次跨越的跨度大，跨铁路时临时墩布置的位置选择余地大，可最大限度减少对高速铁路施工及设施的影响。箱梁施工时支架底部与铁路轨顶净空为 11.456m ，不影响高速铁路的电力施工。进行支架搭设及拆架时要加强与铁路部门的联系，利用铁路的施工间隙进行施工。支架搭设和拆除必须规定的时间内完成。在进行支架搭设施工时，主要为高空作业，因此要注意避免高空坠物现象的发生。在铁路上方支架处设置全封闭通道，并在跨越铁路线四周应挂设双重安全网及密目式安全网，保证杂物不能坠落到铁路线上。 梁柱式托架加强贝雷支架结构设计： （ 1 ）跨径布置：跨径布置为： 200cm ＋ 2600cm +200cm =3000cm ，不设中支墩。 （ 2 ）基础、立柱、横梁：墩旁利用承台作支撑，在桥墩承台上安装托架作立柱和横梁，托架采用 2I36b 型钢焊接组成。 （ 3 ）贝雷桁架纵梁：托架上按受力要求布置支架贝雷纵梁。贝雷纵梁计算跨度为 26 米，由 7 组共 22 排单层加强贝雷纵梁组成。 图 2-1 BRT 箱梁标准断面图（单位 :cm ） 图 2-2 上跨高铁支架平面布置图（单位 :cm ） 图 2-3 上跨高铁支架立面布置图（单位 :cm ） 图 2-4 上跨高铁支架断面图（单位 :cm ） 图 2-5 BRT2 号线 191#-192# 跨福厦高铁支架图 图 2-6 托架安装 图 3-1 贝雷受力简图（单位 :cm ） 3. 贝雷桁架验算 注： （ 1 ） q1 、 q2 、 q3 为贝雷上砼、模板和支架自重及荷载； （ 2 ） A 、 B 为托架支点。 3.1 荷载 1 ）砼自重：砼容重取 r 砼 =26KN/m3 C 点墩旁 1.2 米范围内 Wc1=Wd1= 272.13KN/m 墩旁 1.2 米处： Wa1=Wb1=205.4KN/m 跨中处： We1=Wf1=146.64KN/m 2 ）底模：底模主要算竹胶板和竹胶板下纵向 10×10 方木的荷载，连同弧形架底下木楔荷载。 经计算： We2=Wa2=Wb2=Wc2=Wd2=Wf2= 10.72KN/m 3 ）侧模：侧模主要计算弧形架荷载，弧形架采用 8 号槽钢，重量 r=8.04kg/m 经计算： We3=Wa3=Wb3=Wc3=Wd3=Wf3= 3.10KN/m 4 ）内模：内模主要取内模模板和支撑方木进行计算，其中方木按纵横向各 80cm 布置。 Wc4=Wd4=0 经计算： Wa4=Wb4=We4=Wf4=3.34KN/m 5 ） 20 号槽钢：槽钢重量取 25.77kg/m 经计算： We5=Wa5=Wb5=Wc5=Wd5=Wf5=2.90KN/m 6 ）贝雷纵梁：总跨共 22 排加强贝雷，支撑架按 10 号槽钢 经计算： We7=Wa6=Wb6=Wc6=Wd6=Wf6=27.5KN/m 7 ）人群及工作荷载：根据 JTJ041-2000 第 309 页 附录 D3 （ 3 ）条，取 1.0KPa ， We7=Wa7=Wb7=Wc7=Wd7=Wf7=9.8KN/m 3.2 竖向荷载组合 验算纵梁强度： q= 箱梁自重 + 底模重 + 侧模重 + 内模重 + 槽钢横垫梁重 + 贝雷纵梁重 + 人群及工作荷载； C 、 D:q1= 326.16KN/m ； A 、 B:q2=259.67KN/m ； E 、 F:q3=204KN/m 3.3 验算 全跨选用 22 排国产加强贝雷片 , 其力学性质： I=577434.4cm4 ； W=I/75=7699.1cm3 ； [M]= 1687.5KN.m ； [Q]=245.2KN 不均匀拆减系数： 1.20 强度验算： 1) 纵梁最大弯矩（参考路桥施工计算手册 P741 简支梁第 4 种荷载和 P743 第八种荷载叠加）： 经计算： Mmax=q3L2÷8+q3ab2÷6l×2=18811.75KN.m 单片加强贝雷片承受弯矩： M=18811.75×1.2÷22=1026.1KN.m ＜ [M]= 1687.5KN.m 。满足规范要求。 注 :[M] 为单片加强贝雷片容许弯矩。 2) 纵梁最大剪力： Qmax=ql/2+qb(3-b/l)/6 + qb2/6l 经计算： A 、 B 支点 Qmax=3627.93KN 单片加强贝雷片承受剪力： A 、 B 支点 :Q=3627.93×1.2÷22=197.9KN ＜ [Q]=245.2KN ， 满足规范要求。 注： [Q] 为单片加强贝雷片容许剪力。， 3) 挠度计算 选用 22 排国产加强贝雷片 C 、 D:q1=272.13KN/m ； A 、 B:q2=208.74KN/m ； E 、 F:q3=150.0KN/m 。 AB 跨 11.4m 贝雷纵梁最大挠度： fmax=5ql4÷(384EI)+qb2[a/l+2b÷(3l) ×(b/3l)0.5] ÷(6EI) ×2 经计算： fmax=3.35cm ； [f]=L÷400=2600÷400=6.5cm ； fmax ＜ [f] ， 满足规范要求。 4. 最不利荷载单片贝雷计算 在横桥向上不考虑贝雷梁上槽钢、方木的力分配，按下图所示的分为由外侧往中间数第 1 片、第 2 片、第 3 片、第 4 片、第 5 片 …… 贝雷片。各贝雷片直接承受在正上方的砼、模板荷载。其中紧靠在一起按 n 片平均承受荷载计算。 跨径 26m 单片贝雷计算，各贝雷片承受荷载如右图： 荷载 : 砼自重 = 各分区面积 ×26KN/m3 图 4-1 支架立面简图 表 4-1 ： 22 片加强贝雷片承受砼荷载 贝雷 支点 第 1 片 第 2 、 3 、 4 片 第 5 、 6 、 7 、 8 片 第 9 、 10 、 11 片 贝雷承受的面积 贝雷承受荷载 贝雷承受的面积 贝雷承受荷载 贝雷承受的面积 贝雷承受荷载 贝雷承受的面积 贝雷承受荷载 C 、 D 0.247 6.42 0.234 6.08 0.55 14.3 0.78 20.28 A 、 B 0.247 6.42 0.234 6.08 0.45 11.7 0.405 10.53 E 、 F 0.247 6.42 0.234 6.08 0.3 7.8 0.23 5.98 由上表可以看出第 5 、 6 、 7 、 8 片贝雷承受荷载最大，模板和支架荷载以平均分配计。 采用同样的计算步骤计算每片贝雷的受力情况 , 结果如下 : 表 4-2 ： 22 片加强贝雷计算结果 贝雷梁 端头砼量 m 3 变化点砼量 m 3 跨中砼量 m 3 端头荷载 KN 变化点荷载 KN 跨中荷载 KN 支点剪力 KN 弯距 KN.m 挠度 mm 挠度荷载 第 1 片 0.247 0.247 0.25 8.74 8.74 8.74 124.1 738.61 3.15 6.42 第 234 片 0.234 0.234 0.23 8.56 8.56 8.56 121.6 723.67 2.99 6.08 第 5678 片 0.55 0.45 0.30 17.39 14.79 10.89 203.4 1030.5 3.93 8.00 第 91011 片 0.78 0.405 0.23 23.60 13.85 9.30 197.0 914.23 3.10 6.31 单片贝雷结构布置注意事项： 1) 当贝雷架受外加弯矩且达 到最大 78.82t.m 能承受杆间 集中力：弦杆 0.705m 跨中几 乎不能受集中荷载， 最大为 2.5t 。 2) 当贝雷架不受外加弯矩 即外加弯矩为 0 只受杆间 集中力时：弦杆 0.705m 跨中能受集中荷载， 最大为 12t 。 3 ） 当贝雷架受外加弯矩 交叉斜杆受杆间集中力时： 弦杆两交叉斜杆正上方 受集中荷载，最大为 17.5t 。 5. 托架验算 表 5-1 ：托架计算模型 采用 MIDAS/Civil 计算程序计算，结果如下： 结果：托架最大轴应力 71.3MPa<[σ]= 140MPa*1.3 (1) 轴应力 图 5-2 托架轴应力图 5. 托架验算 表 5-1 ：托架计算模型 采用 MIDAS/Civil 计算程序计算，结果如下： 结果：托架最大剪应力 78.4MPa<[τ]= 85MPa*1.3=110.5Mpa (2) 剪应力 图 5-3 托架剪应力图 5. 托架验算 表 5-1 ：托架计算模型 采用 MIDAS/Civil 计算程序计算，结果如下： 结果：托架最大弯应力 121.5MPa<[σw]= 145MPa *1.3=188.5Mpa (3) 弯应力 图 5-4 托架弯应力图 5. 托架验算 表 5-1 ：托架计算模型 采用 MIDAS/Civil 计算程序计算，结果如下： 结果：托架最大组合应力 135.7MPa<[σw]= 145MPa *1.3=188.5Mpa (4) 组合应力 图 5-5 托架组合应力图 5. 托架验算 表 5-1 ：托架计算模型 采用 MIDAS/Civil 计算程序计算，结果如下： 结果：托架最大挠度 4.3mm<400/400=1cm (5) 挠度 图 5-6 托架变形图 6. 结语 大跨度支架主要应用在中支墩设置有困难的地段，随着跨铁路跨高速公路等特殊跨线桥的施工，大跨度支架应用也将更加广泛。由于支架的特殊性，理论计算也相对复杂，以上受力计算分析可以指导类似支架的设计施工。 工程实例：海沧角嵩路跨线桥 8#-9# 跨中间为排水涵，跨径 27m ，中间无法设支墩，采用加强贝雷单孔跨越，支墩为型钢组焊托架。 图 6-2 角嵩路跨线桥 8#-9# 支架图 图 6-3 角嵩路跨线桥 8#-9# 支架立面图 考虑到贝雷挠度太大，也可采用双层加强贝雷。 图 6-4 BRT 二号线双层加强型贝雷图 单层加强贝雷的计算主要是挠度和弯距控制，如 BRT 二号线 191#-192# 跨中最不利贝雷挠度达到 7cm ，如果净高足够一般是不宜采用的，主要考虑到高铁接触网净高不足才采用单层加强贝雷跨越。正因为挠度较大，箱梁砼必须一次浇注成型，严禁分两次浇注，因为第二次浇注时会将第一次浇注的砼在负弯矩最大处拉裂。双层加强贝雷的计算则主要是剪力控制，通常情况下剪力计算是很难通过的，一般做法是在支点处加剪力撑，所以支点一般设在贝雷立杆处，如果仔细观察旧贝雷，会发现部分贝雷弦杆有凹陷变形现象，就是由于支点没有靠近贝雷立杆剪力过大造成的。 图 6-5 剪力撑的一般做法 谢　谢　～