T型刚构桥支架设计与验算浅析

T型刚构桥支架设计与验算浅析

王锏宇

南宁高速公路建设发展有限公司 广西南宁 530000

摘要：阐述T型刚构桥支架设计与检算过程，举例说明材料力学在工程实践中的实际应用，为类似支架设计与验算提供经验借鉴。

关键词：材料力学 工程 实践 应用

一、工程概况

北湖客车线双线特大桥全长2920.21.2结构组成为：左线8x32+（2x27）T构+3 x24+9 x32/右线8x32+（2x27）T构+3 x24+9 x32+（合修）3x324x32+1x32+1x24+12x32+2x24+5x32+3 x24+12x32+（20+25+20）连续刚构+11 x32，共104个桥墩，3个桥台。桩基础桩，桩长35m到52m不等，桩径为Φ1.25m和种;均为重力式实体桥墩，墩高由1.5m到15m不等。

本次以左线Z8号墩~Z10号墩及右线Y8号~Y10号墩后张法预应力T型刚构支架设计与验算研究为例，T型刚构桥跨形式为2×27m，全长53.8m，主梁为C50预应力钢筋混凝土现浇梁，采用满堂支架结合贝雷梁膺架现浇施工；梁体为变截面实体板梁，跨中梁高为1.65m，端部梁高为2.55m，梁宽为4.9m，中间9号桥墩为刚壁墩，刚壁墩横桥向与梁底同宽，顺桥向等截面壁厚为1.95m。

本桥是主要控制性工程之一，跨越城市主干道,交通组织复杂，场地狭小，车流量大，安全风险高，施工难度大。

二、支架地基处理

挖除公路两侧的松散土（种植土），至原状土40cm以下（地基承载力不小于150kpa），换填级配碎石做垫层，并整平压实。碎石回填分层松铺厚度不超过0.3m,碾压压实后采用K30荷载板检测地基系数, 压实后地基系数≥150kpa。表面铺上一层20cm的C20砼找平层。

三、支架设计

T型刚构采用支架法现浇施工，支架搭设需保障城市主干道车辆通行和交通安全，设计时膺架通道按6m-9m-6m搭设，分别为施工通道、非机动车道、机动车道；预留通道净高大于9m，膺架临时支墩基础为钢筋混凝土条形基础，中间两支墩结构尺寸为6m×2m×1m，两边支墩结构尺寸为6m×1m×1m，上承支墩为三根Φ600mm螺旋管壁厚10mm，间距2.5m；支墩横梁为一组（3根）I45B工字钢；膺架主梁采用321型贝雷梁，分布10片，一组两片每组间距60cm；其他部分采用满堂支架法施工，分配梁采用10cm×10cm枋木，横梁间距25cm，纵梁间距60cm；支架采用Φ48mm钢管搭设，立柱间距为60cm×60cm；倒角位置加密为50cm×50cm；横杆步距为1.2m；剪刀撑采用Φ48mm钢管，顺桥向每隔3m设一道，横桥向共设3道。

T型刚构支架断面图

四、支架验算

本次验算以T型刚构桥贝雷梁膺架为例开展相关验算，荷载按照上部结构自重、施工人员及设备荷载、振捣砼产生的荷载和倾倒砼产生的荷载等组成的组合荷载计算。

（1）荷载分析

①、模板支架自重按砼 5%计算 1.5KN/ m²

②、新浇混凝土自重 24KN/m³

③、钢筋自重 2KN/m³

④、施工人员及施工设备荷载 2.5KN/m³

⑤、振捣混凝土时产生的荷载 2KN/m²

⑥、新浇混凝土对模板侧面的压力

⑦、倾倒混凝土时产生的荷载 2KN/m²

不考虑风荷载

（2）荷载组合

计算承载力q=1.2(①+②+③)+1.4(④+⑤+⑦)

验算刚度q’=1.2(①+②+③)

（3）横梁验算

横梁采用A-4级木材，截面尺寸10×10cm，顺桥向间距为25cm。木材顺纹容许弯应力12.0MPa，容许弯曲剪应力为1.9MPa，弹性模量9×10³MPa。

W =bh²/6 = 10×10²/6 =167 cm³ I = bh³/12 = 8.33×10⁶mm⁴

①承载力验算

荷载有效梁高为1.65米;横梁按跨度60cm的简支梁验算，间距为25cm。

计算承载力q=1.2(①+②+③)+1.4(④+⑤+⑦)

=（1.2×（（24+2）×1.65+1.5））+1.4×（2+2+2.5）) ×0.25

=15.595KN/m

刚度验算q^,=1.2(①+②+③)=1.2×（（24+2）×1.65+1.5）×0.25=13.32KN/m

<[ ]=12MPa，抗弯可以。

②变形验算   <[f] = 1. 5mm

（ [f] = L/400 ） 挠度满足要求。

（4）I32a工字钢纵梁验算

①应力验算

<[ ]=140MPa，抗弯可以。

剪应力验算

<[ ]=123MPa 抗剪满足

②变形验算

       E =206×10³ MPa；     I = 11100cm

⁴       <[f] =12.5mm（ [f] = L/400 ）  刚度满足要求。

（5）贝雷梁验算

①单片贝雷梁应力验算

< [M]=788.2KN.m满足

<[ ]=140MPa，抗弯可以。

剪力验算

< [Q]=245.2KN抗剪满足

②变形验算

       E =210×10³ MPa；     I = 250497cm⁴       <[f] = 22.5mm（ [f] = L/400 ）  刚度满足要求。

（6）一组(3根)I45B工字钢验算

支墩布置横截面（尺寸单位：cm）

单根I45B工字钢荷载P5=0.87KN/m

支座反力最大处单根I45B工字钢承受均布荷载为

计算承载力q=1.2(P1+P3+P4+P5)+1.4P2

=(1.42×(1.2×(42.9+1.5+1×10/5.4）+1.4×6.5）×6)/3+1.4×0.87

=184.69KN/m

验算刚度q^,= 1.2(P1+P3+P4+P5)

=(1.42×1.2×（42.9+1.5+1×10/5.4）×6)/3+1.2×0.87

=183.47KN/m

支墩结构为二等跨结构，建立二等跨梁力学模型进行检算，计算简图如下

二等跨梁简图单跨长度为1，均布荷载为10，由结构力学求解器生成弯矩图，剪力图，支座反力图。

弯矩图

剪力图

支座反力图

查建筑施工手册第四册二等跨梁跨内最大弯矩

支座弯矩 剪力 - 左= 右=

跨度中点挠度

①应力验算

<[ ]=140MPa，抗弯可以。

剪应力验算

<[ ]=123MPa 抗剪满足

②变形验算

       E =206×10³ MPa；     I = 33800cm⁴       <[f] = 6.25mm（ [f] = L/400 ）  刚度满足要求。

五、支架预压

支架设计符合要求后开始搭设，并对支架进行预压，支架预压的目的是为了消除支架体系及地基的塑性变形及不均匀沉降,掌握地基及支撑体系在浇注混凝土时在全部荷载作用下的弹性变形, 依据预压后支架的沉降变化情况，决定预拱度的调整值，以确定梁底施工时的标高,进而最终使成型的梁体标高符合设计要求。

1、支架施工完毕后必须通过技术人员和监理人员现场验收合格后方能进行预压。为消除支架的非弹性变形，并测定弹性变形量，对整个现浇支架进行加载预压，同时设定固定观测点，对堆载预压全过程进行观测。根据设计要求预加荷载为最大施工荷载的1.15倍，加载预压时间按要求确定，加载期间观测支架各部分的沉降量并做好记录，与原设置的支架沉降量核对。预压过程中平均8小时观测记录一次，并请监理工程师进行复核；观测直至支架连续24小时沉降小于3mm为止，并报请监理工程师认可后准备卸载，卸载前测量各观测点标高。如预压后整个支架沉降变化较大，可作适当的调整与加强，同时，观测支架的强度和稳定性，以便采取加固措施。加载预压由专人负责测量、记录，确保资料的真实性、完整性。

2、配重材料及加载顺序：配重使用混凝土配重进行加载预压，混凝土配重过磅加载，按加载荷载总重的0→25%→50%→100%→115%→50%→25%→0进行加载及卸载，并测得各级荷载下的测点的变形值； 加载顺序从梁中部开始往两端均匀加载。

3、卸载：从梁两端开始卸载，中部最后卸载；卸载过程中，分阶段观测支架变形量。

六、结束语

本工程按照实际需求，合理选择支架类型和各部位材料进行设计，对各部位材料受力情况合理验算，确定支架搭设方案，为后续工程实践碰到的类似问题提供思路。通过支架设计，仅用三个月即完成T型刚构建设并开放交通，降低建设成本，最大限度减少社会影响。

参考文献:

[1]孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学(Ⅰ)(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]叶建曙.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,2014.

[3]铁道部.铁路桥涵工程施工安全技术规程.TB10303-2009.

[4]国家铁路局.铁路桥涵地基和基础设计规范.北京：中国铁道出版社，TB10093-2017.

[5]铁道部.铁路桥涵施工规范.TB10203-2002.

[6]国家铁路局.铁路桥涵工程施工质量验收标准.TB10415-2018.

作者简介：王锏宇（1986-），男，汉族，本科，工程师，主要从事铁路工程、市政工程和高速公路建设和管理工作。

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