论文部分内容阅读
摘要：在高速公路桥梁施工中，盖梁高度不高，采用满堂支架施工盖梁耗时长、占用大量钢管扣件等周转材料、不经济，盖梁采用无支架施工能有效的解决该问题，本文使用梁家坝大桥将盖梁无支架施工做简单力学验算。
关键词：高速公路，桥梁，支架
Abstract: in the highway bridge construction, capping beam height not high, the capping beam down the stents construction time-consuming, take up a large turnover materials such as steel buckles, not economic, cover beams without stents construction can effective to solve the problem, this paper used LiangGuBa bridge will cover the beam without stents construction do simple mechanical checked.
Keywords: highway, Bridges, stent
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
一、 工程概况
本合同段内大桥共7座，其中梁家坝大桥单个盖梁混凝土工程数量为37.85m3，长度12.99m，墩柱中心线距离为8.141m；新疆大桥单个盖梁混凝土工程数量为36.2m3，长度12.41m，墩柱中心线距离为7.564m；六池河大桥单个盖梁混凝土工程数量为32.9m3，长度10.50m，墩柱中心线距离为6.3m。根据计算，最不利情况出现在梁家坝大桥。
梁家坝大桥上构左幅为5×25m预应力混凝土连续箱梁，桥梁起点桩号K221+833.96，终点桩号K221+975.04，桥长135.08m；右幅为4×25m预应力混凝土连续箱梁，桥梁起点桩号K221+841.96，终点桩号K221+956.04，桥长114.08m；下部构造为双柱式桥墩，桩基础，重力式U型桥台，桥台扩大基础，最大墩高16.3m。
二、 总体施工方案
因本桥盖梁高度不高，采用满堂支架施工盖梁耗时长、占用大量钢管扣件等周转材料、不经济。拟采用在墩柱上预留孔穿钢棒搭设支承平台施工。考虑墩高及横梁布置受力最不利情况，采用2#墩盖梁作为计算模型，其余墩柱盖梁（或系梁）参照或沿用此计算模型所用受力构件，盖梁简图如下：
三、 支承平台布置
盖梁施工支承平台采用在两墩柱上各穿一根4m长φ10cm钢棒，上面采用墩柱两侧各一根14m长45b工字钢做横向主梁，搭设施工平台的方式。主梁上面安放一排每根3m长 的14a槽钢，间距为50cm作为分布梁。分布梁上铺设盖梁底模。传力途径为：盖梁底模—纵向分布梁（14a槽钢）—横向主梁（45b工字钢）—支点φ10cm钢棒。如下图：
盖梁悬空支架施工示意图
盖梁悬空支架施工分配梁布置示意图
四、 计算依据
本计算书采用的规范如下：
1. 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
2. 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
3. 《建筑結构荷载规范》（GB50009-2001）
4. 其他现行相关规范、规程
五、 计算参数
1. 主要材料
1) 14a槽钢
截面面积为：A=1851mm2
截面抵抗矩：W=80.5×103mm3
截面惯性矩：I=563.7×104mm4
弹性模量E=2.1×105Mpa
钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
2) 45b工字钢
横向主梁采用2根45b工字钢，横向间距为280cm。
截面面积为：A=11140mm2，
X轴惯性矩为：IX=33759×104mm4，
X轴抗弯截面模量为：WX=1500.4×103mm3，
钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
3）钢棒
钢棒采用φ100mm高强钢棒(A45)，
截面面积为：A=3.14×502=7850mm2，
惯性矩为：I=πd4/32=3.14×904/32=643.7981×104 mm4
截面模量为：W=πd3/32=7.1533×104 mm3
抗剪强度设计值［τ］=125Mpa。
2. 设计荷载
砼自重
砼自重取150cm盖梁高为计算荷载，
砼方量：V=37.85m3，钢筋砼按26KN/m3计算，
砼自重：G=37.85×26=984.1KN
盖梁长12.99m，均布每延米荷载：
q1=984.1KN/12.99m =75.76kN/m
1) 组合钢模板及连接件0.95 kN/m2，按侧模1.5m、底模2.1m和端模0.1m计算，每延米共计5.2m2，
q2=4.94kN/m
2) 14a槽钢
3m长14a槽钢间距0.5m，每延米2根共计6米，合计：
q3=6×0.1453=0.8718kN/m
3) 45b工字钢
共2根，单根长14米，共重：2×14×87.45kg=2448.6kg
q4=24.49KN
4) 施工荷载
小型机具、堆放荷载：q5=2.5 KPa
振捣混凝土产生的荷载：q6=2 KPa
3. 荷载组合及施工阶段
盖梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数1.2，施工荷载按活载考虑组合系数1.4。
3、受力模型
1）14a槽钢分配梁计算模型：
14a槽钢分配梁直接承受来自底模的自重，分布在墩柱两侧的45b工字钢上，两工字钢主梁紧贴墩柱(工字钢间视情况加钢筋拉杆)，14a槽钢分配梁计算跨径取140cm，盖梁底宽为200cm，分布梁两端各悬臂35cm，偏安全考虑，计算分布梁受力时不计悬臂部分长度，按简支梁计算，如下图所示：
分布梁计算受力模型
2）工字钢主梁计算模型：
工字钢主梁承受由每根槽钢分布梁传来的力，按均布荷载考虑，两根工字钢各承受一半的力，工字钢搭在两圆柱预埋的钢棒上，故工字钢计算跨径为两圆柱中心的间距，取为8.141m，按两端外伸悬臂计算。如下图所示：
主梁受力模型
3）钢棒计算模型
钢棒为悬臂结构模型，工字钢紧贴圆柱，故只考虑钢棒受剪，4个支点抗剪截面分担承受上面传来的重力。
六、 计算结果
1. 14a槽钢分配梁计算
荷载q=1.2×(q1+q2)+1.4×(q5+q6)=1.2×(75.76+4.94)+1.4×(2.5+2)=103.14KN/m
14a槽钢分配梁布设间距0.5m，单根承受0.5×103.14=51.57KN，
计算跨径1.4m
则单根工字钢均布荷载q=51.57/1.4=36.84KN/m
跨中弯矩：M=1/8ql2=0.125×36.84×1.42=9.03KN.m
σ=M/W=9.03 KN.m /（80.5×103mm3）=112.2MPa＜【215MPa】
挠度：f=5ql4/384EI=5×36.84×1.44/(384×2.1×563.7)=0.0015m<[f]=l0/400=1.4/400=0.0035m (满足要求)
2. 45b工字主横梁计算
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)
=1.2×(75.76+4.94+0.8718)+1.4×(2.5+2)=104.186KN/m
45工字钢设两根，单根承受q=0.5×104.186=52.09KN/m，计算跨径8.141m。
跨中弯矩：M=1/2qlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]
=1/2×52.09×8.141×4.07×[(1-2.5/6.57)×(1+2×2.5/8.141)-6.57/8.141]=166.184KN.m
σ=M/W=166.184/1500.4×103mm3=110.76MPa＜【215MPa】
跨中撓度：f=ql4(5-24a2/l2)/384EI
=52.09×8.1414×(5-24×2.52/8.1412)/(384×2.1×33759)
= 0.0200m<[f]=l/400=8.141/400=0.0204m
悬臂端点挠度：
f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI
=52.09×2.5×8.1413×(6×2.52/8.1412+3×2.53/8.1413-1)/(24×2.1×33759)
=-0.0185m，上挠度<[f]=l/400=8.141/400=0.0204m
3. 钢棒计算
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)
=1.2×(75.76+4.94+0.8718)+1.4×(2.5+2)=104.19KN/m
Q=(105.34×14+24.49)/4=370.79KN
τ=Q/A=370.79×103/7850=47.24 MPa<[τ]=125Mpa
七、 结论及注意事项
综合以上计算得知，此方案能满足施工受力要求。
在支架搭设施工过程中，还要注意以下几点：
1、 墩柱离地最低的系梁及离地较低盖梁可根据现场实际地势直接搭设钢管支架施工，不必采用预埋钢棒施工；
2、 注意钢棒预埋位置：桥横向工字钢主梁高45cm，其上槽钢分配梁14cm，底模高6.5cm，钢棒与横向工字钢间铁锲高按5cm考虑，另外，建议预留变形1.5cm，所以，钢棒顶（预埋的PVC管顶）至模板顶共72cm；
3、 工字钢主梁紧贴墩柱，工字钢间视情况加钢筋拉杆，保证主梁稳定；
4、 浇筑墩柱混凝土时注意预埋直径11cm的PVC管，PVC管内可填塞木屑等，以免混凝土堵塞预留孔洞；
5、 本技术交底说明针对梁家坝大桥右幅2#墩盖梁，其余墩柱系梁及盖梁沿用或参照该受力构件，分配梁工字钢长度可根据具体系梁或盖梁尺寸调整。
关键词：高速公路，桥梁，支架
Abstract: in the highway bridge construction, capping beam height not high, the capping beam down the stents construction time-consuming, take up a large turnover materials such as steel buckles, not economic, cover beams without stents construction can effective to solve the problem, this paper used LiangGuBa bridge will cover the beam without stents construction do simple mechanical checked.
Keywords: highway, Bridges, stent
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
一、 工程概况
本合同段内大桥共7座，其中梁家坝大桥单个盖梁混凝土工程数量为37.85m3，长度12.99m，墩柱中心线距离为8.141m；新疆大桥单个盖梁混凝土工程数量为36.2m3，长度12.41m，墩柱中心线距离为7.564m；六池河大桥单个盖梁混凝土工程数量为32.9m3，长度10.50m，墩柱中心线距离为6.3m。根据计算，最不利情况出现在梁家坝大桥。
梁家坝大桥上构左幅为5×25m预应力混凝土连续箱梁，桥梁起点桩号K221+833.96，终点桩号K221+975.04，桥长135.08m；右幅为4×25m预应力混凝土连续箱梁，桥梁起点桩号K221+841.96，终点桩号K221+956.04，桥长114.08m；下部构造为双柱式桥墩，桩基础，重力式U型桥台，桥台扩大基础，最大墩高16.3m。
二、 总体施工方案
因本桥盖梁高度不高，采用满堂支架施工盖梁耗时长、占用大量钢管扣件等周转材料、不经济。拟采用在墩柱上预留孔穿钢棒搭设支承平台施工。考虑墩高及横梁布置受力最不利情况，采用2#墩盖梁作为计算模型，其余墩柱盖梁（或系梁）参照或沿用此计算模型所用受力构件，盖梁简图如下：
三、 支承平台布置
盖梁施工支承平台采用在两墩柱上各穿一根4m长φ10cm钢棒，上面采用墩柱两侧各一根14m长45b工字钢做横向主梁，搭设施工平台的方式。主梁上面安放一排每根3m长 的14a槽钢，间距为50cm作为分布梁。分布梁上铺设盖梁底模。传力途径为：盖梁底模—纵向分布梁（14a槽钢）—横向主梁（45b工字钢）—支点φ10cm钢棒。如下图：
盖梁悬空支架施工示意图
盖梁悬空支架施工分配梁布置示意图
四、 计算依据
本计算书采用的规范如下：
1. 《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
2. 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
3. 《建筑結构荷载规范》（GB50009-2001）
4. 其他现行相关规范、规程
五、 计算参数
1. 主要材料
1) 14a槽钢
截面面积为：A=1851mm2
截面抵抗矩：W=80.5×103mm3
截面惯性矩：I=563.7×104mm4
弹性模量E=2.1×105Mpa
钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
2) 45b工字钢
横向主梁采用2根45b工字钢，横向间距为280cm。
截面面积为：A=11140mm2，
X轴惯性矩为：IX=33759×104mm4，
X轴抗弯截面模量为：WX=1500.4×103mm3，
钢材采用Q235钢，抗拉、抗压、抗弯强度设计值［σ］=215Mpa。
3）钢棒
钢棒采用φ100mm高强钢棒(A45)，
截面面积为：A=3.14×502=7850mm2，
惯性矩为：I=πd4/32=3.14×904/32=643.7981×104 mm4
截面模量为：W=πd3/32=7.1533×104 mm3
抗剪强度设计值［τ］=125Mpa。
2. 设计荷载
砼自重
砼自重取150cm盖梁高为计算荷载，
砼方量：V=37.85m3，钢筋砼按26KN/m3计算，
砼自重：G=37.85×26=984.1KN
盖梁长12.99m，均布每延米荷载：
q1=984.1KN/12.99m =75.76kN/m
1) 组合钢模板及连接件0.95 kN/m2，按侧模1.5m、底模2.1m和端模0.1m计算，每延米共计5.2m2，
q2=4.94kN/m
2) 14a槽钢
3m长14a槽钢间距0.5m，每延米2根共计6米，合计：
q3=6×0.1453=0.8718kN/m
3) 45b工字钢
共2根，单根长14米，共重：2×14×87.45kg=2448.6kg
q4=24.49KN
4) 施工荷载
小型机具、堆放荷载：q5=2.5 KPa
振捣混凝土产生的荷载：q6=2 KPa
3. 荷载组合及施工阶段
盖梁自重及支架自重均按恒载考虑组合系数1.2，施工荷载按活载考虑组合系数1.4。
3、受力模型
1）14a槽钢分配梁计算模型：
14a槽钢分配梁直接承受来自底模的自重，分布在墩柱两侧的45b工字钢上，两工字钢主梁紧贴墩柱(工字钢间视情况加钢筋拉杆)，14a槽钢分配梁计算跨径取140cm，盖梁底宽为200cm，分布梁两端各悬臂35cm，偏安全考虑，计算分布梁受力时不计悬臂部分长度，按简支梁计算，如下图所示：
分布梁计算受力模型
2）工字钢主梁计算模型：
工字钢主梁承受由每根槽钢分布梁传来的力，按均布荷载考虑，两根工字钢各承受一半的力，工字钢搭在两圆柱预埋的钢棒上，故工字钢计算跨径为两圆柱中心的间距，取为8.141m，按两端外伸悬臂计算。如下图所示：
主梁受力模型
3）钢棒计算模型
钢棒为悬臂结构模型，工字钢紧贴圆柱，故只考虑钢棒受剪，4个支点抗剪截面分担承受上面传来的重力。
六、 计算结果
1. 14a槽钢分配梁计算
荷载q=1.2×(q1+q2)+1.4×(q5+q6)=1.2×(75.76+4.94)+1.4×(2.5+2)=103.14KN/m
14a槽钢分配梁布设间距0.5m，单根承受0.5×103.14=51.57KN，
计算跨径1.4m
则单根工字钢均布荷载q=51.57/1.4=36.84KN/m
跨中弯矩：M=1/8ql2=0.125×36.84×1.42=9.03KN.m
σ=M/W=9.03 KN.m /（80.5×103mm3）=112.2MPa＜【215MPa】
挠度：f=5ql4/384EI=5×36.84×1.44/(384×2.1×563.7)=0.0015m<[f]=l0/400=1.4/400=0.0035m (满足要求)
2. 45b工字主横梁计算
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)
=1.2×(75.76+4.94+0.8718)+1.4×(2.5+2)=104.186KN/m
45工字钢设两根，单根承受q=0.5×104.186=52.09KN/m，计算跨径8.141m。
跨中弯矩：M=1/2qlx[(1-a/x)(1+2a/l)-x/l]
=1/2×52.09×8.141×4.07×[(1-2.5/6.57)×(1+2×2.5/8.141)-6.57/8.141]=166.184KN.m
σ=M/W=166.184/1500.4×103mm3=110.76MPa＜【215MPa】
跨中撓度：f=ql4(5-24a2/l2)/384EI
=52.09×8.1414×(5-24×2.52/8.1412)/(384×2.1×33759)
= 0.0200m<[f]=l/400=8.141/400=0.0204m
悬臂端点挠度：
f=qal3(6a2/l2+3a3/l3-1)/24EI
=52.09×2.5×8.1413×(6×2.52/8.1412+3×2.53/8.1413-1)/(24×2.1×33759)
=-0.0185m，上挠度<[f]=l/400=8.141/400=0.0204m
3. 钢棒计算
荷载：q=1.2×(q1+q2+q3)+1.4×(q5+q6)
=1.2×(75.76+4.94+0.8718)+1.4×(2.5+2)=104.19KN/m
Q=(105.34×14+24.49)/4=370.79KN
τ=Q/A=370.79×103/7850=47.24 MPa<[τ]=125Mpa
七、 结论及注意事项
综合以上计算得知，此方案能满足施工受力要求。
在支架搭设施工过程中，还要注意以下几点：
1、 墩柱离地最低的系梁及离地较低盖梁可根据现场实际地势直接搭设钢管支架施工，不必采用预埋钢棒施工；
2、 注意钢棒预埋位置：桥横向工字钢主梁高45cm，其上槽钢分配梁14cm，底模高6.5cm，钢棒与横向工字钢间铁锲高按5cm考虑，另外，建议预留变形1.5cm，所以，钢棒顶（预埋的PVC管顶）至模板顶共72cm；
3、 工字钢主梁紧贴墩柱，工字钢间视情况加钢筋拉杆，保证主梁稳定；
4、 浇筑墩柱混凝土时注意预埋直径11cm的PVC管，PVC管内可填塞木屑等，以免混凝土堵塞预留孔洞；
5、 本技术交底说明针对梁家坝大桥右幅2#墩盖梁，其余墩柱系梁及盖梁沿用或参照该受力构件，分配梁工字钢长度可根据具体系梁或盖梁尺寸调整。