箱梁跨河现浇支架搭设计算探讨

贺胜义

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

某桥结构为单箱单室变截面预应力连续箱梁，共有3跨，主跨60 m，两边跨各为35 m。主桥3跨连续箱梁原设计采用陆上预制箱梁块体，再分块悬拼的施工工艺，后经工艺变更，决定采用搭设支架现浇，两主墩顶0#块浇筑完成后，对称现浇1#～9#块体，现对支架搭设计算等问题进行探讨。跨河支架搭设见图1。

图1 跨河支架搭设

2 跨河支架搭设

跨中段箱梁施工时，由于在河中无法搭设落地支架，故决定设定简易的临时跨河支架进行施工。跨河支架结构见图2。

图2 跨河支架结构

2.1 上部钢结构计算

箱梁块体中最重块有38.8 t，底模、侧模、内模总重7t，考虑部分施工荷载，决定取p=50 t[1]。计算简图见图3。

图3 跨河支架计算简图

2.1.1 结构内力计算

跨河支架为一次超静定结构，根据结构力学，算得结构内力图见图4～图6。

跨中挠度:13.6 m m，E=13.6/900=1/662<[f]=1/400

图 4 N:轴力图（单位：t）

图 5 Q:剪力图（单位：t）

图 6 M：弯矩图（单位：t）

2.1.2 结构验算

2.1.2.1 主梁验算

初选I 40 a工字钢作为主梁，其截面力学特性如下[2]：

A=81.6cm2，Ix=2172cm4；ix=15.9cm，Wx=1090cm3，IY=660cm4，iy=2.77cm，wy=93.2cm，Ix/Sx=34.1×10-2

主梁共有4根：

受力情况：N=-37.45 t，Q=25.0 t，M=68.9 t·m

（1）强度验算。每根主梁:压弯应力：σ=N/A+158.06 MPa

剪应力：τ=QS×/(L×d)=17.1 MPa

折算应力处正应力（腹板、翼缘交叉点）：σ=N1/A+M1y1/（r×w×h/2）=152.7 MPa

注：由于实际梁上受力并非为集中荷载，且计划在支座处进行加劲肋处理，故无需验算局部压应力σ'。

（2）整体绕主轴稳定性验算。

①弯矩作用平面内的稳定性：取IX=900c m，则λx=Ix/ix=900/15.9=56.6

查表得 φx=0.895，βmx=1，γ1x=1.05

NEX=π2E A=22281.8 k N

则N（/δ×A）+βmxMx/γ1XW1（X1-0.8 N/NEX）=163MPa

②弯矩作用平面外的稳定性：取Iy=300c m，则λy=Iy/iy=300/2.77=108.3

φb=1.07-fy/（44000×235）

φy=0.829，βtx=1.0

2.1.2.2 斜杆验算

由于荷载为移动荷载，当荷载作用在斜杆处时斜杆受力最大：N=-1.414×50=-70.7 t（N为4根斜杆的总承受力）。

每根斜杆选用2[12.6槽钢背拼而成，则I=495cm，Ix=495cm

Ix=0.5×495=248c m，A=31.38c m2，Ix=2×391.47=782.94c m4，Ix=5.0cm，Iy=255.23cm4，Iy=2.85cm，则 λx=495/5.0=99<[λ]=150

λy=248/2.85=87<[λ]=150

由λx=99 查表得φmix=0.561

稳定性计算（注：计算斜杆时，除考虑荷载产生的压力外，尚应考虑主梁自重对其施加压力，故取N=70.7+5=75.7 t）。

N/（φmixA）=105.4 MPa

2.1.2.3 立杆验算

荷载作用在立杆处时，立杆受压力最大：N=-50+5=55 t（注：5 t为梁自重）。取2根[12.6槽钢背拼焊接，经计算同样可以满足强度、稳定性的要求。

2.2 桩基计算

2.2.1 单桩竖向承载力确定

拟定桩尺寸为边长30cm的预制方桩，桩长9cm，砼为30#。

（1）根据经验公式，确定单桩竖向极限承载力标准值。

Qsk=U Σ1iqski

Qpk=Apqpk

Qski=24 kPa（取淤泥质土计算）

qpk取黏性土，0.75

qpk=210 kPa

II=h=6.5 m，u=0.3×4=1.2 m，Ap=0.3×0.3=0.09 m2

则Qsk=187.2 k N

Qpk=18.9 k N

（2）计算承载力设计值。

因承台底面存在新填土，故不考虑承台效应。

R=ηsQsk/γs=ηpQpk/γp=124.9 k N

（3）计算极限承载力。

γ0[N]≤R

[N]≤R/γ0=124.9/1.0=124.9 k N

实际产生竖向力N，F=50+5=55 t

N=55×9.8/8=67.4 k N<[N]=124.9 k N

竖向承载力满足。

2.2.2 单桩水平承载力确定

（1）确定荷载和计算图式（图7）。

（2）确定基本参数：

取 m=3.5 M N/m4，E c=3.00×104 MPa(30#砼)

I0=a4/12=6.75×10-4m4

EI=0.85

EcI0=17.213×106N.m2

b0=1.5 b+0.5=1.5×0.3+0.5=0.95

（3）求地面处桩身内力：

M0=H10/n=H010，H=366.5 k m，

H0=H/n=366.5/8=45.8

取I0=1.5 m

则M0=H0I0=68.7 k N.m

（4）求最大弯矩：

C1＝a M0/H0=1.08

查表得

CⅡ=1.55

所以 Mmax=M0CⅡ=106.5 k N.m

2.2.3 桩基结构设计

（1）水平力验算[3]：

图7 单桩荷载计算图

α=3cm，h0=27，Rg==340 MPa，Ag=3 π×82=603.2 m m2=2 π×82=402.1 m m2，Ra=17.5 MPa

RgA=Rabx

又RgAg（h0/γs=39.4 k N.m

故桩基抗弯不满足，应设挡土墙支撑结构以支撑231 k N的水平力。

（2）竖向力验算：

h=7.5 m，I0=1.5 m，h≥4.0/α=4.0/0.72=5.55

则 Lc=0.7×（I0+4.0/α）=4.59

Lc/d=15.3，故取 φ=0.81

桩身竖向承载力φ（RaA+R）=1715.3 k N

实际竖向压力N=55×9.8/8=67.4 k N

可知 N<φ（RaA+R

）竖向力满足要求。

式中：Lc：桩身计算长度；

φ：桩的稳定系数。

桩基断面30cm×30cm，主筋间距20cm。

2.3 承台计算

由于上部钢结构的8根立杆与下部8根桩基一一对应，且桩基计算时采用单桩承载力设计，故对承台要求不高，本工程采用几根圈梁作为承台将8根桩连成一整体，圈梁断面尺寸采用40cm×40cm，主筋为4 φ16螺纹钢。

2.4 联系梁预埋件计算

由于砼承台与上部钢结构的连接要通过预埋钢板来实现，故还需计算预埋件大小。经计算，预埋件钢板采用Q 235钢，板的厚度为t=10 m m，锚筋采用4 φ14螺纹钢，锚固长度Ia=25cm。

2.5 挡墙承载力计算

挡墙取高80cm，长8 m，采用75#桨砌片石砌筑。

（1）按朗金被动土压力理论计算：

土的指标：φ=14°，C=20 kPa，γ=19 k N/m2，

Kp=t g2（45°+φ/2）=1.638

P=γH2k p/2+2 cH

=61.2 k N/m

F=61.2×8=489.2 k N>水平力H=231 k N

（2）按挡墙承载力计算：

由题意，根据墙后压力分布可得：

Ph1/2=H0

P=2 H0/h1=114.7 kPa

则其对挡墙后趾靠上点产生的弯矩（每延米）

M=ph2/6=12.23 k N·m

该处产生的拉应力

σ=M/Wx=0.115 MPa<[σ]=0.42 MPa

挡墙承载力满足要求

2.6 水平支撑设计

选用支撑截面为20cm×20cm，25#砼，配筋为：主筋4 φ10，箍筋φ6.5 α15，支柱在河两侧各4根，长度不超过8 m。

L0/b=8/0.2=40

φ=0.23

Nj=φ（RaA=RgAg）=126 k N>HO=367/4=91.75 k N

上式满足要求。

3 跨河支架上部设施

跨河支架搭设完成后，在主梁上部横桥向摆置I 16工字钢，工字钢下翼缘与主梁用铁卡卡住，使其固定不动，然后在其上搭设脚手架，脚手架采用满堂碗扣支架，辅以剪力撑、斜撑，碗扣钢管选用φ48×3.5规格，钢管之间横向间距约为0.9 m、纵向间距为0.8 m，I 16工字钢间距同脚手架的排距。

由于跨河支架主梁的跨中挠度达13.6 m m，如不采取措施，所浇箱梁块体底模将随之下沉，与前段箱梁衔接不平顺，因此决定在施工5#、6#、7#箱梁节段（其处在跨河支架中位置）时，分别在其前一节段箱梁块体底部预埋几块钢板，在其上焊吊筋，后节段箱梁块体底模系统与之固结，使底模一端不因挠度而下沉，确保衔接平顺。

4 结束语

由于施工初期考虑不周，支承箱梁底部的钢管支架未设置调节螺杆，底模铺设出现高或低于设计标高的情况，而无法进行调节。因此建议在类似工程中预先设置调节螺杆，通过调节螺杆及时调整标高。按照本文跨河支架搭设的受力计算，顺利完成了箱梁现浇任务。

[1]交通部公路勘察设计院.J T J025—1989公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].北京：人民交通出版社，2001.

[2]建设部.GB 5009—2001建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]中交公路规划设计院.J T G D 60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.