红水河双线特大桥31号墩基础施工平台受力分析

崔 守 建

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006)

红水河双线特大桥31号墩基础施工平台受力分析

崔 守 建

(山西路桥第一工程有限责任公司，山西 太原 030006)

介绍了红水河特大桥的结构形式及施工平台，通过运用结构力学计算器、PKPM工具箱及Midas等多种软件对红水河双线特大桥31号墩基础施工平台进行了受力分析，为相关施工人员做同类计算提供参考。

施工平台，受力分析，稳定性

1 工程概述

1.1 工程简介

湘桂线柳州至南宁段红水河特大桥，跨越来宾市红水河，桥型布置为29×32 m(预应力整孔箱梁)+(80+144+80)m(连续梁)+30×32 m(预应力整孔箱梁)，桥长2 250.728 m，是全线的关键性控制工程。红水河双线特大桥31号墩为连续梁主墩，紧邻红水河航道，承台约2/5位于河床倾斜裸岩面上，该墩地质情况复杂，岩石强度高，溶岩比较发育，施工难度大。

1.2 结构形式

31号墩为桩基础、高承台、变截面圆端形实心墩。桩基直径2.2 m、桩间距4.6 m，桩长由16.5 m～21.5 m不等，3排共12根；承台尺寸为17.4 m(横桥)×12.8 m(顺桥)×4.5 m(高)，承台底高程为52.832 m、顶高程为57.332 m。红水河水流较急、水位变化大，桩基及承台施工时，需在河道内搭设临时施工平台。

1.3 施工平台

贝雷梁共设5组，单组由并排3片贝雷梁组成，长度为30 m，贝雷梁底高程为58 m。1)在岸边整平场地作好锚固地梁，预埋□32精轧螺纹钢后顺桥向拼装5组贝雷梁。贝雷梁后端用预埋□32精轧螺纹钢锚固，前端搭在钢管桩顶部的双拼Ⅰ32工字钢连续梁上。2)贝雷梁底层采用Ⅰ25工字钢横桥向将5组贝雷梁连接成整体，Ⅰ25工字钢间距为3 m；用[12槽钢作为剪刀撑，将每2组贝雷梁连接成整体，剪刀撑间距、位置与Ⅰ25工字钢对应设置。3)贝雷梁顶层布设型钢作为钻孔工作平台，具体设置为横向布设间距为0.75 m的Ⅰ25工字钢，Ⅰ25工字钢上布设间距0.4 m的纵向[25槽钢，后满铺8 mm厚铁板(与桩位对应处预留2.2 m×2.2 m孔)。Ⅰ25工字钢和贝雷片采用U形筋连接，Ⅰ25工字钢和[25槽钢采用焊接连接。平台上考虑4台冲击钻机(每台16 t)、1台40 t汽车吊及施工人员、机械荷载等。靠近平台边的两台钻机底下采用1根Ⅰ50工字钢替代Ⅰ25工字钢，保证提钻时的平台稳定性；平台中间两台钻机的滚轴刚好搭在两贝雷片上。4)基坑范围的贝雷梁下增设□529 mm钢管临时支撑，确保冲击钻机的施工稳定性。

2 施工平台构件分解后受力分析

2.1 贝雷架顶层[25槽钢受力验算

1)采用结构力学计算器计算如下：[25相关数据：Ix=3 880 cm4，Wx=310.4 cm3，截面面积A=44.91 cm2，质量35.25 kg/m。

抗拉刚度EA=2.06×1011×44.91×104=925 146 000 N。

抗弯刚度EI=2.06×1011×3 880×10-8=7 992 800 N·m2。

取单根工字钢进行验算，按照3跨连续梁考虑，跨度均为1 m。设单台钻机(包括钻头)质量为G1=160 kN,汽车吊重量G2=400 kN，则对于0.4 m间距的[25，最不利情况下均布荷载为g=[400/(2.4×2.4)]×0.4×1.5=41.7 kN/m(系数1.5为考虑汽车吊正在吊装重物)。

采用结构力学计算器计算，弯矩计算输出结果为：最大弯矩为2.345 kN·m。

σ=M/W=2 345/(310.4×10-6)=7.6 MPa<{σ}=215 MPa，满足要求。

剪力计算输出结果为：最大剪力为12.51 kN。

2)采用PKPM工具箱计算见图1。

PKPM计算结果与结构力学计算器计算结果基本相同，结构力学计算器占用电脑系统空间小，只能计算内力，应力需要手算，但输入的计算数据可拷贝性强；PKPM占用系统空间大，但是计算过程详细，计算书能自动生成，不需要手动进行抗拉抗弯刚度和应力的单独计算。

通过上述计算可知，[25槽钢能满足强度和刚度要求。

2.2 贝雷架顶层中跨Ⅰ25、边跨Ⅰ50工字钢横梁受力验算

Ⅰ25工字钢相关数据：Ix=5 278 cm4，Ix/Sx=21.4 cm，Wx=422 cm3，截面面积A=53.5 cm2，质量42 kg/m。

抗拉刚度EA=2.06×1011×53.5×10-4=1 102 100 000 N。

抗弯刚度EI=2.06×1011×5 278×10-8=10 872 680 N·m2。

Ⅰ50工字钢相关数据：Ix=50 639 cm4，Ix/Sx=41.9 cm，Wx=2 026 cm3，截面面积A=139 cm2，质量109 kg/m。

抗拉刚度EA=2.06×1011×139×10-4=2 863 400 000 N。

抗弯刚度EI=2.06×1011×50 639×10-8=104 316 340 N·m2。

取单根工字钢进行验算，按照4跨连续梁考虑，跨度分别为6 m，5 m，5 m，6 m。考虑最不利情况，4台冲击钻机同时施工，且同时提钻。设单台钻机(包括钻头)冲击力为G=160×1.5=240 kN,则支座3处的集中荷载为240/3=80 kN(由3根工字钢分担后传递到贝雷片),支座2，4处集中荷载为40 kN,跨1/12，11/12处集中荷载为40 kN。再考虑均布荷载为5×0.75=3.75 kN/m。

电算数据输入采用结构力学计算器计算如图2所示。

输出结果为：最大弯矩为30.981 kN·m。

σ=M/W=30 981/(2 026×10-6)=15.29 MPa<[σ]=215 MPa，满足要求。

剪力图如图3所示。

输出结果为：最大剪力为53.423 kN。

2.3 贝雷片的受力验算

对于贝雷片，按照4孔连续梁验算，钻机在跨中施工，40 t吊车在边跨起吊重物时为最不利情况。

以中间贝雷片为例进行验算：

钻机荷载按照3个集中力考虑，每个大小为160×1.5/3=80 kN，间距为0.75 m；吊车荷载按照两个集中力，间距为3 m，每个大小为：0.5×400×1.5/2=150 kN。

电算数据输入如图4所示。

输出结果为：最大弯矩为557.23 kN·m，对于单层3排不加强桁架允许弯矩为2 246.4 kN·m，故满足要求。

输出结果为：最大剪力为188.55 kN，对于单层3排不加强桁架允许剪力为698.9 kN(见图5)，故满足要求。

2.4 竖向支撑在冲击钻机施工时的受力验算

以□529 mm焊接钢管(壁厚8 mm)的2号支撑为例，其底高程为37.0 m，顶高程为56.0 m，长19 m。每4 m高用剪刀撑加固，保持整体稳定。

最不利情况为：2号支撑钢管直接承受1/4台吊车荷载、1/4台钻机、人员和其他机械设备的部分荷载。

则支撑所受压力N=1/4×(400×1.5+160×1.5)=210 kN。

由上述计算可得，在4台冲击钻机及1台40 t汽车吊共同施工作用下，此施工平台的强度和稳定性能满足要求，钢管支撑安全系数能达到5.4，贝雷片安全系数能达到4.0，工字钢安全系数能达到1.51。故此平台安全可靠，能满足施工需要。

3 施工平台空间结构整体受力分析

采用Midas/Civil软件对整体空间结构建模计算：

因为水下找平混凝土和封底混凝土已经浇筑完成，通过上述计算可知□529支撑钢管能满足强度和稳定性要求；平台主要受力部分为支撑钢管与第一节混凝土锚固端之间的3孔连续梁部分。

为简化模型，仅建立贝雷梁和型钢的组合模型：

计算模型中，所有构件均采用梁单元，贝雷梁上Ⅰ25的分配梁与贝雷梁的连接采用节点弹性连接(仅连接平动自由度，旋转自由度不连接)；相邻贝雷梁之间采用销接，因此释放销接处绕梁端y-y轴的旋转自由度。

计算结果：梁单元最大应力为102 MPa，满足强度要求。位移计算：最大位移为8 mm，满足刚度要求。

[1] 红水河双线特大桥修改施工图[Z].

[2] TZ 213—2005，客运专线铁路桥涵工程施工技术指南[S].

[3] 周永兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4] GBJ 17—88，钢结构设计规范[S].

[5] 高兴元.桥梁工程[M].天津：天津大学出版社，2010.

[6] 于玲玲，杨正光，阮谢铭.结构力学[M].北京：中国电力出版社，2010.

[7] 邓 训,赵元勤.材料力学[M].武汉：武汉理工大学出版社，2013.

On stress analysis of No.31 pier foundation construction platform of double-track super-large bridge in Hongshui River

Cui Shoujian

(ShanxiRoadandBridgeNo.1EngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces the structural forms and construction platform of Hongshui River super-large bridge, and undertakes the stress analysis of No.31 pier foundation construction platform of double-track super-large bridge in Hongshui River by adopting software, including structural dynamic calculator, PKPM tool box, Midas, so as to provide some reference for related construction personnel.

construction platform, stress analysis, stability

2015-04-26

崔守建(1971- )，男，工程师

1009-6825(2015)19-0167-02

U443.1

A