钢箱梁吊装临时支墩现场设计与力学分析

陈　奎　王振兴

(河南五建建设集团有限公司，河南 郑州　450007)

钢箱梁吊装中，多采用钢管、型钢组成的格构柱结构作为临时支墩，本文针对郑东新区龙湖区龙行桥的结构设计特点、工程所处的环境特点、本着安全、经济的原则，对临时支墩进行现场设计，并针对各种工况的受力情况、采用MIDAS建模，深入分析临时支墩结构在各种工况下的变形位移以及结构强度，为郑东新区龙湖区龙行桥工程的钢箱梁吊装，提供了必要的理论依据。

1　基本情况

1)桥梁概况。

郑东新区龙湖区龙行桥工程，桥梁上部结构钢箱梁重量约5 962 t，左幅桥重约3 156 t，右幅桥2 806 t。为方便安装及制造按照设计要求，将每幅桥梁沿纵向分为7个节段，左幅桥横向分为单箱室单元与悬臂、横梁共13个分块,右幅桥分为11个分块，制造的单节段最重节段为61.1 t、长度25.2 m、宽度3.4 m，高度2.0 m。

2)地质情况见表1。

表1　地质情况

3)支墩采用钢管桩基础,单桩极限承载力计算按照Quk=u∑qsik·li，不考虑桩端承载力，计算安全系数取K=1.8。

4)基本构造。

立柱采用φ630×14钢管，每组4根立柱柱间斜撑采用L100×10角钢，每组支墩横向之间连接Ⅰ40a形成剪刀撑，支架顶部横梁采用Ⅰ40a组成的组合式箱型分配梁连接。

2　初步设计

箱梁最重节段约474 t，取安全系数1.2，支架高度10.3 m。检算支架内力。支架体系支反力数值如图1所示。

单根钢管承载力检算：

桩基础贯入度取13 m，单桩桩侧极限摩擦力，单桩极限侧阻力Quk=u∑qsik·li=π×0.63×(3.6×40+8.8×28+0.6×65)=849.8 kN，单桩极限侧阻力Q=Quk/k=849.8/1.8=472.1 kN，根据支反力图，单桩最大竖向支反力为440.8 kN≤Q=472.1 kN，故本工程钢管桩基础满足要求。

钢管轴心受压应力:

钢管稳定性计算，钢管长度l=10 300 mm，惯性半径i=217.8 mm，长度系数取2.0，计算得出钢管长细比λ=94.5，查表的稳定系数φ=0.417。

3　利用MIDAS对结构进行力学分析

工况1：安装第一片梁体时，支架应力及变形如图2，图3所示。

第一节段安装完成后分配梁最大应力：σ=66.5 N/mm2≤f=215 N/mm2。

分配梁最大挠度：Δ=2.2 mm≤l/400=15 mm。

工况2：第二节段安装完成后分配梁最大应力：σ=170 N/mm2≤f=215 N/mm2。

最大挠度:Δ=8.7 mm≤l/400=15 mm。

工况3：第三节段安装完成后分配梁最大应力：σ=168 N/mm2≤f=215 N/mm2。

最大挠度：Δ=8.7 mm≤l/400=15 mm。

工况4：第四节段安装完成后分配梁最大应力：σ=168 N/mm2≤f=215 N/mm2。

中跨最大挠度:Δ=9.55 mm≤l/400=15 mm。

工况5：第五节段安装完成后分配梁最大应力σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

中跨最大挠度：Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm。

工况6：节段全部安装完成分配梁最大应力σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

支架结构最大挠度：Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm。

工况7：钢梁另一端支架偏心受压应力及变形情况见图4，图5。

所有节段安装完成后另一端支架分配梁最大应力：

σ=167 N/mm2≤f=215 N/mm2。

支架结构最大挠度Δ=9.5 mm≤l/400=15 mm，支架偏心受压整体变形3.5 mm≤15 mm。

工况8：梁段横移时支架受横向水平力作用，滑板采用聚四氟乙烯板作为滑板，四氟板与钢材摩擦系数取0.14，则节段横移时水平力T=70 000 N。其支架应力与变形图如图6，图7所示。

滑移过程中支架水平位移1 mm，支架立柱应力σ=110 N/mm2≤f=215 N/mm2。

4　结语

在湿陷性黄土地区钢管、型钢组成的格构柱结构作为临时支墩，安全性、经济性都能够得到充分保证，为本地区其他同类桥梁提供了施工经验，值得大面积推广。

参考文献:

[1]GB 50205—2001，钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].