中铁隧道局集团有限公司 511458
摘要:本文结合某工程实例,针对T型刚构梁部端块的边界特点设计了现浇支架,并建立有限元模型对支架进行了检算,最后通过预压验证支架的强度、刚度。对同类工程具有一定的借鉴意义。
关键词:T型刚构 梁部端块 现浇支架
0引言 在悬臂法浇筑混凝土箱梁工程中,梁部端块施工占有重要一环,其施工质量及进度直接影响到主梁的成桥线型和合龙时间。梁部端块常见的施工方法分为导梁法[1]和支架法。其中支架法因易于操作、造价较低且更适用于整体式结构,在梁部端块施工中应用更为广泛[2]。T型刚构多用于跨越V型深谷,主梁两端地势狭隘陡峭。与常规箱梁相比,其梁部端块桥下净空小,投影多位于台帽、承台上方。针对此特点,本文直接在承台及台帽上搭设钢支架,并通过建立有限元模型和预压对支架的强度和刚度进行检算和验证。
1工程概况
卢家坪双线大桥位于位于湖北省宜昌市兴山县昭君镇滩平村,跨越白沙河、G209国道,两端接向家湾隧道出口和香炉坪隧道进口。主梁设计为单箱单室变截面预应力混凝土箱梁,全桥长177.1米,桥跨布置为:2×80mT构。
梁部端块长3.7m,顶板宽12.6m,底板宽6.7m,断面高5m,顶板厚62.5~81.75cm,底板厚64~81.6cm,腹板厚80cm,横隔板厚150cm。设计88.76m³,重2352.1KN。
梁部端块纵桥向投影主要位于桥台顶帽及承台上方,悬挑35cm。梁底至桥台顶帽及承台顶面,最小净空62cm,最大净空112cm。
2支架设计
主梁梁部端块底部净空较小,支架无需立杆或立柱,直接在台帽和承台上搭设。顶帽上方梁底净空最小62cm,综合考虑底模厚度和梁部端块重量,拟采用I25b作为支架横梁及纵梁。承台上方梁底净空最大112cm,考虑落梁需要,采用I40b作为垫梁对承台上方横梁进行支撑。横梁下方通过钢板对支架标高进行调整。纵梁在梁部端块腹板处加密,且在支座和防落梁处对长度进行调整。
图1 支架立面布置图 图2 支架侧面布置图
图3 支架平面布置图
3支架检算
3.1荷载计算
钢筋混凝土荷载:根据梁部端块构造,按容重26.5KN/m³对钢筋混凝土荷载进行计算,计算结果见表1。
表1 支架钢筋混凝土荷载
类型 | 起点荷载值 | 终点荷载值 | 备注 |
顶板+底板 | 43.3(KN/m2) | 33.5(KN/m2) | 梯形荷载 |
腹板 | 132.5(KN/m2) | 132.5(KN/m2) | 均布荷载 |
横隔板 | 132.5(KN/m2) | 132.5(KN/m2) | 均布荷载 |
翼缘板 | 19.2(KN/m2) | 7.0(KN/m2) | 梯形荷载 |
模板荷载共计2.9KN/㎡,其中内模及支撑架自重1.2KN/㎡, 外模及支撑架自重1.7KN/㎡。
施工阶段荷载共计5KN/㎡,其中施工人员及施工设备荷载3KN/㎡,倾倒、振捣混凝土产生的荷载2KN/㎡。
3.2建立模型
支架检算采用midas civil建立有限元模型,支架横梁、纵梁、垫梁均采用梁单元进行模拟,上下钢梁之间通过弹性支撑连接,支架底部根据实际情况使用刚支撑模拟顶帽及承台边界,整体模型见图4。
图4 支架整体模型
为提高计算精度,模型荷载通过在支架上方建立的虚拟板施加,虚拟板和支架纵梁之间弹性连接。在支架中间空缺部分对虚拟板施加刚支撑模拟支座及防落梁边界。
3.3检算结果
支架强度检算采用1.2×钢筋混凝土荷载+1.2×模板荷载+1.0×支架自重+1.4×施工阶段荷载荷载组合,刚度检算采用1.0×钢筋混凝土荷载+1.0×模板荷载+1.0×支架自重+1.0×施工阶段荷载荷载组合[3]。
计算得支架钢梁最大位移1.8㎜,结构位移见图5。钢梁最大应力61.4MPa,结构应力图见图6。
图5 支架整体位移图(单位:㎜)
图6 支架整体应力图(单位:MPa)
支架各钢梁均为Q235材质,抗剪强度设计值取125MPa,组合强度设计值取215MPa。纵梁最大跨度2.09m,容许挠度L/400=5.2㎜,横梁最大跨度2m,容许挠度L/400=5㎜[4]。
支架各构件计算结果见表2
表2 支架各构件计算结果
部位 | 构件名称 | 规格 | 剪应力/MPa | 强度设计值 | 组合应力/MPa | 强度设计值 | 位移/㎜ | 容许挠度[Vt]/㎜ |
支架 | 纵梁 | I25b | 11.6 | 125 | 19.3 | 215 | 1.6 | 5.2 |
横梁 | 2I25b | 30.9 | 125 | 61.4 | 215 | 1.8 | 5.0 | |
垫梁 | 2I40b | 0.0 | 125 | 0.0 | 215 | 0.0 | 0.0 |
由表2可见支架各构件应力及变形均小于设计值,满足规范要求。
4支架预压
支架搭设完成后,对支架进行预压,以验证支架的安全性和刚度。根据设计图纸要求,加载重量为箱梁自重的1.2倍,梁部端块设计方量88.76m³。钢筋混凝土容重取26.5KN/m³。
加载重量:Q=88.76×26.5×1.2=2822.6KN。
支架预压采用混凝土预制块模拟梁部端块分60%、100%、120%三级对支架进行加载、卸载和观测。
混凝土预制块尺寸:0.5×0.6×2m,单块重量1.5t。加载至60%需要94块,加载至100%需要157块,加载至120%需要188块。
在支架横梁两端布置位移监测点,在每级加载或卸载完成,每隔6小时对支架位移监测点进行观测。当相邻两次观测数据小于2㎜时,停止观测,进行下一级加载或卸载。
预压完成后,对观测数据进行整理,发现支架受力稳定,除去观测误差后,无明显沉降和变形,能够满足梁部端块施工需要。
5结束语
通过对卢家坪大桥梁部端块现浇支架的检算和预压得出以下结论:
(1)通过检算,支架各构件应力值和挠度均满足规范要求,且具有较大的富余,安全系数高。
(2)通过支架预压,支架各构件无明显变形,受力性能良好,有着很好的适用性。
(3)通过本文设计的现浇支架,该T型刚构顺利完成了梁部端块的施工,对同类T型刚构桥梁部端块现浇支架的设计和施工具有一定的借鉴意义。
参考文献:
[1]丁大有.导梁法边跨现浇段施工技术[J].铁道建筑技术,2015(9):65-67.
[2]王青俭.大跨径连续刚构桥边跨直线段现浇支架设计[J].铁道建筑技术[J],2014(2):32-34.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50017-2017钢结构设计标准规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.