马岭河特大桥桥塔上横梁施工方案及设计计算

林 超

(贵州高速公路集团有限公司)



马岭河特大桥桥塔上横梁施工方案及设计计算

林 超

(贵州高速公路集团有限公司)

通过工程实例介绍结构计算在工程施工中的应用，达到缩短工期、保证施工安全以及质量要求、节约施工成本、提高经济效益的作用。

上横梁；荷载；分配梁；主梁；牛腿

1 概况介绍

汕昆高速公路马岭河特大桥位于贵州省黔西南州境内，大桥全长1 380 m，主塔高度196 m，主桥主跨为360 m双塔预应力混凝土斜拉桥，两边孔跨径155 m。在贵州省内同类桥型中属最大、跨径在全国同类型钢筋砼斜拉桥中亦属于较大跨径。现以8号桥塔上横梁支架设计计算为例，介绍结构计算在工程施工中的应用。

2 结构布置形式

马岭河特大桥上横梁顶面高程为1 213.174 m,单箱单室断面宽5.0 m，高4.0 m，顶底板厚度为0.6 m，腹板厚度为0.8 m，横梁横桥向长14.758 m，横梁混凝土分两次浇注完成，第一次浇注2.8 m，第二次浇注1.2 m。

上横梁施工支架由五片主梁组成，单片主梁采用2HN900×300×16/28的型钢，其两端搁置卸荷沙箱上，卸荷沙箱放置在设置于塔肢上的钢牛腿上，分配梁采用I25a型工字钢按75 cm间距均布于主梁上，单片主梁间用I14型工字钢作为横向联系。

3 荷载计算

3.1 荷载计算

(1)上横梁恒载：196.6 m3混凝土，计算时考虑施工偏差，乘以系数1.05，故上横梁自重=196.6×1.05×26=5 367.2 kN， 模板荷载:2 kPa。

(2)施工荷载：施工人员、机械荷载取2.5 kPa。混凝土倾倒(混凝土由导管输送)荷载取2 kPa。混凝土振捣荷载取2 kPa。共计6.5 KPa。

3.2 计算工况

支架设计按上横梁混凝土一次全部浇注完成。

3.3 上横梁计算截面

上横梁计算截面简化如图1。

图1 上横梁计算截面

4 分配梁计算

分配梁采用I25a型工字钢，布置间距为75 cm，截面特性如下：

建立分配梁计算模型如下：

上横梁空心段自重分配：

恒载为上横梁自重、模板，活载有施工荷载。其中：

上横梁实心段自重分配：

恒载为上横梁自重、模板，活载有施工荷载。此时q1=q2=101.0 kN/m。

采用midas软件计算汇总如表1。

表1 分配梁计算表

应力和变形均满足规范要求。

5 主梁计算

单片主梁采用2HN900×300×16/28的型钢，在其顶底面焊接厚度为1.5 cm厚的钢板，以增加工字钢上下翼缘板厚度，并使两片型钢形成箱型截面，共设置5片主梁。

根据分配梁计算结果，选取空心段分配梁的最大反力处的主梁以及实心段分配梁的最大反力处的主梁两种情况分别进行计算。由以上分配梁反力输出可知，第2、4片主梁受力最大，故对该处主梁进行受力分析。

第2、4片主梁设计荷载为该处的反力，在横梁空心段其值=59.9/0.75=79.9 kN/m，在横梁实心段其值=129.7/0.75=172.9 kN/m。

采用midas软件计算汇总如表2。

表2 主梁计算表

以上均满足规范要求。

(1)主梁整体稳定性计算。

对于箱型截面简支梁，其截面尺寸满足h/b0≤6，l1/b0≤95(235/fy)，符合上述规定的箱型截面简支梁，满足要求。

由主梁截面可知：

h/b0=900/300=3≤6，l1/b0=14 500/300=48.3≤95(235/fy)=95，满足要求。

(2)主梁局部稳定性计算。

组合梁腹板配置加劲肋符合下列规定：当h0/tw≤80(235/fy)0.5时，对有局部压应力的梁，应按构造配置横向加劲肋。

由主梁截面可知：

h0/tw=(900-28×2)/16=52.8≤80(235/fy)0.5=83.6，故只需按构造配置横向加劲肋。由于主梁在集中荷载作用处(即贝雷片作用处)设置有支承加劲肋，兼有中间横向加劲肋的作用，故不再设置中间横向加劲肋。

6 牛腿计算

6.1 牛腿计算荷载

由边跨主梁反力输出可知：牛腿作用力为876.8 kN，方向竖直向下。设计牛腿采用嵌入式钢牛腿，两个为一组。

6.2 牛腿受力分析

牛腿受力分析时将每组牛腿作用力简化为由2个牛腿承担，故只对单个牛腿进行受力分析， 其中N1为牛腿上部荷载作用力，其大小为N1=876.8/2=438.4 kN。N2为精轧螺纹钢筋预拉力，大小由计算确定。N3、N4为牛腿底面(即预埋钢盒内部压力面)和牛腿正面(即塔肢表面压力面)均布荷载简化至压力面形心的集中荷载的反力，大小由计算确定。故由静力平衡方程可知：N1=N3=438.4kN，N2=N4≥0.5/0.7×438.4=313.1，取400 kN。

6.3 牛腿底面混凝土局部承压验算

由上可知，与牛腿底面接触的混凝土面较为不利，故对其混凝土进行局部承压验算。由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.7.1条和第5.7.2条可知：5.7.1 配置间接钢筋的混凝土构件，其局部受压区的截面尺寸应满足下列要求：

γ0Fld≤ηsβfcdAln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

即得Aln≥95.6cm2

实际Aln=Al=0.04m2=400cm2，满足规范要求。

配置间接钢筋的局部受压构件，其局部受压承载力应按下列规定计算：

γ0Fld≤0.9(ηsβfcd+kρvβcorfsd)Aln

其中：Fld=N3=438.4kN

fcd=22.4MPa

fsd=195MPa

ηs=1.0

Ab=0.4×0.3=0.12m2

Al=0.4×0.1=0.04m2

故β=1.732

局部承压区设置6层80×80mm直径为12的钢筋网。

则

n1=4

As1=1.131cm2

l1=30cm

n2=6

As2=1.131cm2

L2=40cm

Acor=30×40=1 200cm2

s=8cm

故

ρv=0.042

k=2.0

βcor=1.732

则公式左边=482.2kN

公式右边=2 531.5kN>左边，满足规范要求。

6.4 牛腿强度验算

牛腿最不利位置是与塔肢混凝土表面平齐的剪切面，对该面进行抗剪验算。

该处牛腿的剪切面积计算

Sτ=0.4×0.02×2=0.016m2

牛腿的抗剪切容许应力[τ]=85MPa

故该处最大容许剪力Q=Sτ×[τ]=0.016×85=1 360kN>438.4kN，满足规范要求。

7 结 论

经过对上横梁支架体系的强度、变形、稳定性计算，上横梁支架的各项技术指标均满足设计及规范要求，结构体系安全可靠，可以在实际施工中进行应用。

[1] 钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].

[2] 建筑结构荷载规范(GB50009-2001)[S].

[3] 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)[S].

[4] 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)[S].

2014-10-29

林超(1979-)，男，中级工程师，研究方向：工程管理。

U445

C

1008-3383(2015)09-0119-02