跨线施工现浇连续梁预留门洞支架设计及计算

柳海涛 杜 勇

(1.陕西高速集团渭蒲高速公路项目建设管理处，陕西 西安 710068； 2.陕西高速公路工程试验检测有限公司，陕西 西安 710068)

跨线施工现浇连续梁预留门洞支架设计及计算

柳海涛1杜 勇2

(1.陕西高速集团渭蒲高速公路项目建设管理处，陕西 西安 710068； 2.陕西高速公路工程试验检测有限公司，陕西 西安 710068)

结合工程实例，对跨线施工现浇连续梁预留门洞支架搭设方案进行了研究，分别阐述了门洞尺寸、支架基础、支墩、支架结构及模板结构的设计方法，并对门洞支架作了检算，指出支架的强度、刚度以及稳定性均满足要求。

连续箱梁，门洞，支架，受力，计算

1 工程概况

东杨枢纽互通式立交D匝道桥全长524.6 m，共计六联，由装配式预应力混凝土连续箱梁和现浇预应力混凝土连续箱梁组成，其中东杨互通D匝道桥第五联与西禹高速公路K963+890相交，交角为39.5°，桥跨布置为4×30 m现浇箱梁，西禹高速公路中央分隔带处设置17号墩，共有桩基2根，桩基直径为1.5 m，墩柱直径为1.8 m，现浇箱梁高1.6 m，顶板宽度12 m，底板宽度7.4 m，两侧悬臂长为2 m。现浇连续箱梁顶板横坡由顶板旋转而成，顶底板横坡同桥面，腹板保持垂直，现浇连续箱梁采用整体现浇，两端同时张拉的工艺进行，采用C50混凝土浇筑，采用抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa、公称直径d=15.2 mm的低松弛高强度钢绞线。根据梁体施工工艺要求，经现场实地勘察，对上跨西禹高速的预应力混凝土连续箱梁采用钢管支墩加纵梁预留门洞的支架现浇。

2 支架搭设方案

2.1 门洞尺寸

根据高速公路行车安全及上跨西禹高速施工方案的要求，在西禹高速公路两侧各预留两个行车门洞，横向净宽4.5 m，净高5 m。

2.2 门洞支架基础

门洞支墩基础采用C25混凝土条形基础，基础宽0.8 m，高度0.6 m，长24.4 m。

2.3 门洞支墩

结合施工材料情况，支墩采用φ426×8 mm无缝钢管，支墩间距横向2.5 m～3.0 m，两侧共设计6排支墩，支墩高度4.5 m左右，为保证钢管支墩的稳定性，在钢管支墩内浇筑C20混凝土，并且支墩横向设置剪刀撑。

2.4 门洞纵梁

门洞采用40b工字钢，横向间距60 cm，为便于调节连续梁标高，40b工字钢沿顺桥向布置，考虑纵梁安装与拆除高度过高给施工带来难度，同时保证高速公路行车安全，在纵梁顶部首先铺筑一层竹胶板防止施工杂物落到高速公路上面，然后在竹胶板顶部设置大三角楔来调整梁体底板标高，以便于拆除纵梁工字钢，其中三角楔采用12×15方木制作，间距25 cm，门洞纵梁、支墩、支墩基础、横梁必须具有足够的强度、刚度、稳定性。

2.5 支架结构要求

1)支架结构必须具有足够的强度、刚度、稳定性。2)支架在承重后期弹性和塑性变形应控制在15 mm以内。3)支架部分地基的沉降量控制在5 mm以内，支墩条形基础的地基承载力应大于300 kPa。4)支架高度与梁底的高差应控制在理想范围内，且应与预留拱度通盘考虑，预留门洞支架处预留拱度要考虑门洞纵梁挠度。预留门洞支架横断面见图1。

2.6 模板结构及支架体系

1)外模结构。

外模面板均采用22 mm的竹胶板，尺寸为1.22 m×2.44 m，底板直接钉在三角楔顶部的横向方木上面；腹板和翼板面板直接钉在竖向和横向方木上面，方木间距为30 cm,同时在安装腹板模板时在模板侧面预留拉杆孔，上下各留一排，钢筋安装完毕后将拉杆穿入，用来加固外模，从而保证外模的平整度。在钉面板时，每块面板应从一端赶向另一端，以保证模板表面平整度。为保证箱梁底板倒角处混凝土线形顺畅，在竖向内与底板顺桥向布置一条10 cm×15 cm的方木，方木钉在底板横向方木上，并与斜支撑顶紧。

2)内模结构。

内模均采用方木做骨架支撑，竹胶板做面板，由于箱梁净空较小，内模骨架设计以为少占净空为准则，以利于底板混凝土的浇筑及内模的拆除。内模上下骨架采用5 cm×10 cm方木制作，间距30 cm。上下模板间设置4根75 cm的竖向方木和斜向方木支撑，考虑浇筑混凝土时会将内模上浮，施工内模时将用拉杆将内模固定于底板钢筋上面。现浇箱梁横断面见图2。

3 门洞支架检算

1)箱梁每平方米重量计算：

a.支架上每平方米箱梁重量：

混凝土自重：g1=(13.6-3.549×2)/12×26=14.08 kN/m2。

b.模板荷载:P模=2.0 kN/m2。

c.施工人员荷载：P人=1.5 kN/m2。

d.总施工荷载：P总=P+P模+P人=14.08+2+1.5=17.58 kN/m2。

e.计算荷载：P=1.5P总=1.5×17.58=26.37 kN/m2。

2)底模受力。

底模为厚度2 cm的竹胶板，竹胶板放置在方木上，方木的中对中间距为30 cm。底模计算时取1 m宽度计算。竹胶板受力图见图3，图4，竹胶板大样图见图5。

计算跨度：L=0.3 m;竹胶板计算尺寸：b=1 m;h=0.02 m。

木材容许应力=8 MPa=8 000 kN/m,E=9 000 MPa=9×106kN/m2《查公路桥梁施工用册》。

截面抵抗弯矩W=bh2/6=0.02×1×0.02/6=6.67×10-5m3。

I=bh3/12=1×0.02×0.02×0.02/12=6.67×10-7m4。

受均布荷载q=26.37 kN/m，计算跨径L=0.3 m。

模板为多跨连续梁，上部荷载作用弯矩为：

M=qL2/10=26.37×0.3×0.3/10=0.24 kN·m。

σ=M/W=0.24/6.67×10-5=3 598.2 kN/m2<容许应力=8 000 kN/m2《查公路桥梁施工用册》。

挠度f=ql4/(128EI)=26.37×0.34/(128×9×106×6.67×10-7)=0.28 mm

3)方木受力计算。

顶层方木横桥向布置，跨度为60 cm(横桥向)，受力宽度为30 cm(纵桥向)，方木尺寸为10 cm×10 cm。

受力为均布荷载=2.637×0.3=0.791 t/m=7.9 kN/m。

方木尺寸：b=0.1 m;h=0.1 m。

惯性矩I=bh3/12=0.1×0.1×0.1×0.1/12=8.33×10-6m4。

方木抵抗弯矩W=bh2/6=0.1×0.1×0.1/6=1.66×10-4m3。

模板为多跨连续梁，上部荷载作用弯矩为：

M=qL2/10=7.9×0.6×0.6/10=0.28 kN·m。

σ=M/W=0.28/1.66×10-4=1 686.7 kN/m2<容许应力=8 000 kN/m2《查公路桥梁施工用册》。

挠度f=ql4/(128EI)=7.9×0.64/(128×9×106×8.33×10-6)=0.10 mm

顶层方木受力图如图6～图8所示，顶层方木大样图如图9所示。

4)工字钢(Ⅰ40b)纵梁受力检算。

Ⅰ40工字钢参数：

面积S=94.07 cm2;单位重=73.84 kg/m。

抵抗弯矩W=1 139 cm3=1.139×10-3m3。

截面惯性矩I=22 781 cm4=2.278 1×10-4m4。

允许应力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

弹性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪应力τ=85 MPa=85 000 kN/m2。

Ⅰ40工字钢，横桥向每0.6 m一根，受力宽度0.6 m，最大跨径9.3 m。

受力荷载q=26.37×0.6=15.82 kN/m。

M=qL2/8=15.82×9.3×9.3/8=171.06 kN·m。

σ=M/W=171.06/1.432 9×10-3=119 380 kN/m2<容许应力=145 000 kN/m2。

挠度f=5ql4/(384EI)=5×15.82×9.34/(384×2.1×108×2.278 1×10-4)=0.032 m=32 mm

5)工字钢(Ⅰ40)横梁受力检算。

面积S=94.07 cm2;单位重=73.84 kg/m。

抵抗弯矩W=1 139 cm3=1.139×10-3m3。

截面惯性矩I=22 781 cm4=2.278 1×10-4m4。

允许应力σ=145 MPa=145 000 kN/m2。

弹性模量E=2.1×105MPa=2.1×108kN/m2。

剪应力τ=85 MPa=85 000 kN/m2。

Ⅰ40工字钢两根并排安装在一起，横桥间距2.5 m，3 m,即最大跨径3.0 m；受力断面沿线路方向上长度为9.3 m，上部均布荷载为26.37 kN/m2。

受力荷载q=26.37×9.3=245.24 kN/m。

M=qL2/8=245.24×3×3/8=275.896 kN·m。

σ=M/W=275.896/2/1.139/10-3=121 133 kN/m2<容许应力=145 000 kN/m2。

挠度f=5ql4/(384EI)=5×245.24×34/(2×384×2.1×108×2.278 1×10-4)=0.002 7 m=2.7 mm。

6)直径42.6 cm无缝钢管柱受力。

钢管426×8 mm钢管截面特征：

截面面积A=10 505 mm2；惯性矩I=229 529 100 mm4；回转半径i=147.8 mm；单位重量:82.47 kg/m；弹性模量E=2.1×105MPa=2.1×102t/mm2;抗压强度f=210 MPa。

边支墩钢管柱受力q=9.3×2.637/2=12.26 t/m,长度按2.5 m计算，高度按4.5 m计算：

G=12.26×2.5=30.65 t。

长细比λ=L/i=4 500/147.8=30.45，查询建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范得：φ=0.919。

纯受压计算[N]=fA=210×10 505=220.6 t>30.65 t。

钢管的稳定受压计算[N]=φfA=0.919×220.6=202.73 t>30.65 t，符合要求。

7)地基处理计算。

条形基础地基承载力计算：

每条形基础几何尺寸为25 m长，0.8 m宽，受力面积为20 m2，每条形基础所承受的力为9.3 m的跨度，横桥向宽度按13 m计算，P=2.637 t/m2。

共承受力F=9.3×13×2.637=318.813 t。

P=318.813 t/20 m2=3 188.13 kN/20 m2=159.41 kPa。

经现场检测西禹高速路面结构层承载力大于300 kPa，满足要求。

4 结语

通过对门洞支架进行检算，支架的强度、刚度以及稳定性均满足要求，也满足西禹高速公路行车要求，同时对此类桥梁施工也积累了宝贵经验。

[1] 邵旭东.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社，2001.

[3] 周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4] JTJ 041—2000，公路桥涵施工技术规范[S].

The reserved doorway bracket design and calculation of cross line construction cast-in-place continuous beam

Liu Haitao1Du Yong2

(1.ShaanxiHighSpeedGroup,WeipuHighwayProjectConstructionManagementOffice,Xi’an710068,China;2.ShaanxiHighwayEngineeringTestDetectionLimitedCompany,Xi’an710068,China)

Combining with the engineering example, this paper researched the reserved doorway bracket design scheme of cross line construction cast-in-place continuous beam, respectively elaborated the design method of doorway size, bracket foundation, pier, support structure and template structure, and checked the doorway bracket, pointed out that the support strength, stiffness and stability all meet the requirements.

continuous box girder, doorway, bracket, stress, calculation

2014-11-22

柳海涛(1983- )，男，工程师； 杜 勇(1980- )，男，工程师

1009-6825(2015)04-0161-03

U448.215

A