跨高速公路现浇连续箱梁门洞支架设计及检算

郭 成 刚

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710043)

S=85×12.15=1 032.75 m2。

q混凝土=G/S=(914.4×26)÷1 032.75=23 kN/m2。

q振捣=2 kN/m2，q倾倒=4 kN/m2。

Mmax=0.1×q竹胶板l2=0.1×37.6×0.32=0.338 kN·m=3 380 kg。

E=2×105 MPa，W=3 578.5 cm3，[M]〗=788.2 kN·m，

I=2 050 500×108 m4，[Q]〗=245.2 kN。

q纵梁=3 532/(25×9.5)+0.874=15.7 kN/m。



跨高速公路现浇连续箱梁门洞支架设计及检算

郭 成 刚

(中铁十七局集团第二工程有限公司，陕西 西安 710043)

对八座预应力混凝土连续箱梁跨公路现浇施工进行了研究，提出了两种门洞支架的设计方案，即钢管支墩+贝雷梁纵梁形式与钢管支墩+工字钢纵梁形式，并根据现场实际情况，从安全、经济的角度进行了结构检算，在实际施工中取得了最佳的施工效果。

跨高速公路，支架现浇施工，门洞支架，结构设计，检算

1 工程概况

乌绕高速公路(东线)工程WRDX-3标乌拉泊互通式立交及改建段共八座预应力混凝土连续箱梁采用支架现浇施工，箱梁结构相同，均为跨既有高速公路，在施工时为保证高速公路正常通行，需搭设门洞支架。本门洞支架设计检算以乌拉泊互通式立交K63+143主线桥为例，本桥分左右幅，全桥长447.5m(双幅)，下部结构为桩柱结构，上部为六联现浇钢筋混凝土连续箱梁，其中右幅8号墩～12号墩(18.5+2×24+18.5)m、左幅9号墩～13号墩(18.5+2×24+18.5)m连续现浇箱梁跨吐乌大高速公路，本桥梁高1.4m，桥面宽16.65m，底宽12.15m，为单箱多室截面，斜腹板；箱梁悬臂板长度2m，悬臂根部厚度40cm，跨中顶板厚度25cm，底板厚度22cm，腹板厚度40cm；支点横隔梁附近顶板厚度40cm，底板厚度60cm，腹板厚度80cm；本桥采用纵向预应力体系，纵向采用φ15.2-10钢绞线；本桥桥下净空为8.8m。

2 支架方案选择

对于非跨公路处根据净空、地质条件、支架材料费用确定采用满堂支架搭设，支架采用WDJ碗扣式多功能脚手杆搭设；跨公路处为保证通行，需搭设门洞，门洞要求最小净空不小于5m，净宽不小于8.5m。依据工程实际情况，门洞采用两种方案，一是钢管支墩+贝雷梁纵梁形式，二是钢管支墩+工字钢纵梁形式。在保证桥下通车要求下，优选可租赁的贝雷梁搭设门洞支架。

3 门洞支架布置

3.1 贝雷梁门洞

钢管支墩每个门洞布置两排，间距9.5m，每排5根，采用φ430mm螺旋管，壁厚8mm，钢管支墩间距4.5m；支墩上放置砂箱，砂箱上放置双榀40b工字钢横梁，横梁上搭设贝雷片纵梁，分配梁采用20b工字钢，间距90cm，纵向铺设10cm×10cm方木，间距30cm，底模采用1.5cm厚竹胶板。支架搭设时外边要超出梁边2.2m，搭设防落物平台，保证落物不落到公路上，贝雷梁门洞横、纵面图见图1，图2。

3.2 工字钢门洞

门洞支架采用φ430钢管支墩，钢管间距5m，门洞跨径9.5m，净距7.5m。单孔门洞设两排支墩，共8个，钢管支撑在条形基础上并和预埋件焊接牢固；横梁采用双40b工字钢，纵梁采用45b工字钢，间距为60cm，纵梁上铺设一层10cm×10cm方木，间距为30cm，腹板下加密至20cm；支架搭设时外边要超出梁边2.2m，搭设防落物平台，保证落物不落到公路上。工字钢门洞支架横、纵断面见图3，图4。

4 支架结构设计

4.1 受力计算内容

受力计算内容包括：1)底模竹胶板、方木强度；2)分配梁强度、刚度；3)贝雷梁强度、刚度；4)工字钢纵梁强度、刚度；5)工字钢横梁强度；6)钢管支墩稳定性。

4.2 支架结构受力计算

4.2.1 荷载取值及计算

1)梁体混凝土沿纵向分布荷载计算，混凝土容重取26kN/m3，混凝土荷载考虑全部按分布在底板上计算，底板面积为：

S=85×12.15=1 032.75m2。

混凝土平面荷载为：

q混凝土=G/S=(914.4×26)÷1 032.75=23kN/m2。

2)振捣、倾倒混凝土产生的平面荷载分别取：

q振捣=2kN/m2，q倾倒=4kN/m2。

3)施工、料具等运输或堆放平面荷载q人员=2kN/m2。

4)模板重量计算时，底、内模平面荷载q模板=2.5kN/m2。

5)全部荷载组合q计算：恒载、活载安全系数分别取1.2，1.4计算，不考虑其他可能产生的荷载，后续计算按全部荷载作用于底板范围考虑：

q=1.2(q混凝土+q模板)+1.4(q振捣+q倾倒+q人员)=1.2×(23+2.5)+1.4×(2+4+2)=41.8kN/m2。

4.2.2 贝雷梁门洞支架检算

1)底模竹胶板强度检算。

底模采用1.5cm厚高强竹胶板，力学参数Wx=bh2/6=90×1.52/6=33.8cm3，[σ]w〗=145 kg/cm2，[τ]〗=15kg/cm2，方木按最大布设间距30cm考虑，分配梁间距为90cm，所以板宽按90cm，按三跨连续梁每跨长度0.3m计算。

线形荷载为：q竹胶板=41.8×(0.3×0.9)/0.3=37.6kN/m。

计算得：

Mmax=0.1×q竹胶板l2=0.1×37.6×0.32=0.338kN·m=3 380kg。

Qmax=0.6×q竹胶板l=0.6×37.6×0.3=6.77kN=677kg。

σ=Mmax/Wx=3 380/33.8=100kg/cm2<145kg/cm2(满足要求)。

τ=Qmax/A=677/(90×1.5)=5kg/cm2<15kg/cm2(满足要求)。

2)底模方木强度检算。

方木采用杉木，长度不小于3m，规格为10cm×10cm，纵向跨度0.9m，横向间距为30cm，按三跨连续梁计算，方木力学参数：Wx=bh2/6=10×102/6=167cm3，[σ]w〗=110 kg/cm2，[τ]〗=12kg/cm2。

每根方木线形荷载为：q方木=41.8×(3×1)÷1÷0.3÷3=12.7kN/m。

计算得：Mmax=0.1×q方木l2=0.1×12.7×0.92=1.03kN·m=10 300kg·cm。

Qmax=0.6×q方木l=0.6×12.7×0.9=6.8kN=680kg。

σ=Mmax/Wx=10 300/167=61kg/cm2<110kg/cm2(满足要求)。

τ=Qmax/A=680/(10×10)=6.8kg/cm2<12kg/cm2(满足要求)。

3)20b工字钢分配梁强度、刚度检算。

a.强度检算。整个门洞铺设贝雷梁长度11m，分配梁工字钢按间距90cm布置，共铺设13根，分配梁和贝雷梁采用U形卡连接，所以计算时选取跨度为2.25m，按两端固定简支梁模型进行计算，20b热轧普通工字钢力学参数Wx=250cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=2 500 cm4，单位重量31.1 kg/m。

荷载计算：

每根分配梁受力：F=41.8×11×12.15÷13=429.7 kN。

线形荷载：q分配梁=F/L=429.7÷12.15=35.4 kN/m。

Mmax=q分配梁l2/8=22.4 kN·m。

σ=Mmax/Wx=22 400/250=89.6 MPa<210 MPa(强度满足要求)。

b.刚度检算。荷载组合：1.2(q混凝土+q模板)=1.2×(23+2.5)=30.6 kN/m2。

每根分配梁受力：30.6×11×12.15÷13=314.6 kN。

线形荷载：q=314.6÷12.15=25.9 kN/m。

Fmax=ql4/(384EI)=0.003 4 m<[F]〗=2 250/400=5.6mm(刚度满足要求)。

4)贝雷梁强度、刚度检算。

按全部荷载由梁底12片贝雷梁承担计算,贝雷梁跨度为9.5m。贝雷梁力学参数：

E=2×105MPa，W=3 578.5cm3，[M]〗=788.2 kN·m，

I=2 050 500×108m4，[Q]〗=245.2kN。

a.强度检算。

分配梁荷载为：31.1×12.15×13×10÷1 000=49.1kN。

贝雷梁上全部荷载为：41.8×12.15×9.5+49.1=4 873.9kN。

每片贝雷梁线形荷载：q=4 873.9/(12×9.5)=42.8kN/m。

最大弯矩Mmax=ql2/8=42.8×9.52/8=483kN·m；最大剪力Q=42.8×9.5/2=203.3kN；考虑贝雷梁不均匀系数取0.9，则Mmax=483kN·m<788.2×0.9=709.38kN·m，则Q=203.3kN<245.2×0.9=220.7kN(满足要求)。

b.刚度检算。

荷载组合：1.2(q混凝土+q模板)=1.2×(23+2.5)=30.6kN/m2。

贝雷梁上全部荷载为：30.6×12.15×9.5+49.1=3 581kN。

每片贝雷梁线形荷载：q=3 581/(12×9.5)=31.4kN/m。

Fmax=5ql4/(384EI)=8mm<9 500/400=24mm，刚度满足要求。

5)工字钢横梁检算。

横梁采用双榀40b热轧普通工字钢，分4跨，每跨4.5m。力学参数Wx=1 140cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=22 780 cm4，单位重量73.8 kg/m。

梁底布置4组12片贝雷梁，按最不利情况考虑，两片贝雷梁集中荷载作用于横梁跨中。

集中荷载：P=4 837.9/(12×2)×2=403 kN。

横梁最大弯矩Mmax=PL/4=453 kN·m，σ=Mmax/Wx=199 MPa<210 MPa(强度满足要求)。

6)钢管支墩检算。

采用φ430螺旋钢管，壁厚8 mm，前后两排共10根，因有两根为左右幅共用，计算时按9根考虑，每根长度为5.3 m。力学参数：ix=14.922 cm，A=106.06 cm2。荷载计算结果如下：

全部组合荷载F1=48.1×11×12.15=6 428.6 kN；分配梁荷载F2=49.1 kN；贝雷梁荷载：总重量F3=300 kg/片×60片×10/1 000=180 kN；工字钢横梁总重量F4=4根×20 m/根×73.8 kg/m×10/1 000=59 kN；每根钢管支墩受力为F=(F1+F2+F3+F4)/9=746.3 kN；i=14.922 cm，按两端铰接取μ=1，λ=μl/i=36，λ<λ2=61，所以杆件按短粗杆计算：

σmax=F/A=746.3×103/(106.06×10-4)=70.4×106Pa=70.4 MPa<[σ ]=210MPa(满足要求)。

4.2.3 工字钢门洞支架检算

1)底模检算。

底模检算同贝雷梁门洞支架，这里不再重复检算。

2)工字钢纵梁刚度、强度检算。

纵梁采用45b热轧普通工字钢，间距60cm，4道腹板下各加强一根，底板下共铺设25根工字钢，按简支梁检算，跨径9.5m。力学参数Wx=1 500cm3，[σ]w〗=210 MPa，Ix=33 760 cm4，单位重量87.4 kg/m。

a.强度检算。

荷载计算：

全部组合荷载F=41.8×9.5×12.15=4 824.7 kN；工字钢自重ql=0.874 kN/m。

纵梁均布荷载：q纵梁=4 824.7/(25×9.5)+0.875=21.2 kN/m。

最大弯矩Mmax=q纵梁l2/8=21.2×9.52/8=239 kN·m。

强度检算：σ=Mmax/Wx=239 000/(1 500×10-6)=159 MPa<210 MPa(满足要求)。

b.刚度检算。

荷载组合F=1.2(q混凝土+q模板)×12.15×9.5=3 532 kN。

q纵梁=3 532/(25×9.5)+0.874=15.7 kN/m。

Fmax=5q纵梁l4/(384EI)=23.8 mm<9 500/400=24 mm(满足要求)。

3)工字钢横梁强度检算。

横梁为双榀40b热轧普通工字钢，一个门洞共2道横梁，每道横梁由4个钢管支墩支撑，支墩间距为5 m，按3跨连续梁检算横梁。力学参数Wx=1 140 cm3，[σ]w〗=210MPa，Ix=22 780cm4，单位重量73.8kg/m。

荷载计算结果如下：

全部组合荷载：F1=41.8×9.5×12.15=4 824.7kN。

工字钢纵梁荷载：F2=34×12×73.8×10/1 000=301kN。

横梁均布荷载：q横梁=(F1+F2)/(2×18)=(4 824.7+301)/(2×18)=142kN/m。

最大弯矩：Mmax=0.1×ql2=0.1×142×52=355kN·m。

强度检算：σmax=Mmax/Wx=355×103/(1 140×2)=156MPa<[σ ]=210 MPa(满足要求)。

4)钢管立柱稳定性检算。

采用φ430螺旋钢管，厚8 mm，前后两排共8根，长为6.3 m。力学参数：ix=14.922 cm，A=106.06 cm2。

荷载计算：

全部荷载组合：F1=41.8×12×12.15=6 094.4 kN；纵梁荷载：F2=34×12×73.8×10/1 000=301 kN；横梁荷载：F3=18×73.8×2×10/1 000=26.6 kN；每根钢管支墩受力：F=(F1/2+F2/2+F3)/4=806 kN；钢管支墩稳定性检算i=14.922 cm，按两端铰接取μ=1。

λ=μl/i=630/14.922=42，λ<λ2=61，所以杆件为短粗杆，按下式进行计算：

σmax=F/A=806×103/(106.06×10-4)=76×106Pa=76MPa<[σ ]=210 MPa(满足要求)。

5 结语

在公路施工当中常遇到跨越既有公路现浇梁施工，需搭设门洞支架以保证既有公路的通行。本项目跨公路现浇梁共八座，需搭设门洞16个，工期紧张，材料用量大，周转次数少。本方案从现场条件、经济方面考虑采用两种门洞搭设方案，通过结构检算，方案满足安全通行的条件并节约了成本，可对类似的施工项目起到借鉴作用。

Ondooropeningdesignofcast-in-placecontinuousboxgirderoverpassingexpresswaysandcalculation

GuoChenggang

(No.2 Engineering Co., Ltd, China Railway 17th Bureau Group, Xi’an 710043, China)

Thepaperresearchesthecast-in-placeconstructionofeightprestressedconcretecontinuousboxgirderoverpassingroads,pointsouttwodesignschemesofthedooropeningsupport,includingsteeltubebuttress+baileytrussgirderandsteeltube+I-shapedgirder,undertakesthestructuralcalculationfromthesafetyandmoney-savingaccordingtothesitefact,andachievestheoptimalconstructioneffectinthefactualconstruction.

crossingexpressway,buttresscast-in-placeconstruction,dooropenbuttress,structuraldesign,calculation

1009-6825(2015)01-0179-04

2014-11-25

郭成刚(1982- )，男，工程师

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