中铁十二局集团第四工程有限公司 710016
摘要：随着公路交通网密集度的增加，高速公路建设中跨越既有道路施工已颇为常见。既要方便现浇梁施工，又要保证既有道路的交通畅通，为此在既有道路增设门洞能够解决施工和通行的干扰问题，门洞结构形式有多种，采用钢管柱+工字钢支撑目前是较常见的一种结构形式，本文通过对工程实例中钢管柱支撑门洞的设计及受力检算，为跨既有公路门洞施工提供了可靠的参考。
1、工程概况
石平联络线崇岗枢纽互通连接石银高速公路CK0+368.5分离立交、MK1+529.5分离立交为C匝道、M匝道上跨省道S302姚汝路所设，桥梁上部3×30m采用预应力混凝土现浇箱梁，单箱双室，梁高1.8m，顶板宽10.5m，底板宽6.5m，两侧悬臂长均为2m。顶板厚0.25m，底板厚0.22m，支点处箱梁顶底板均加厚0.2m。腹板跨中截面厚0.45m，在支点位置加厚至0.65m，端横梁、中横梁厚度分别为1.5m、2.0m。
2、门洞结构形式
本着经济节约，合理利用的原则，充分利用项目现有材料，门洞支撑采用钢管柱支撑形式，为保证姚汝路小型车辆的正常通行，结合施工现场实际情况，将该处门洞设置成平行于姚汝路方向，为双向单车道门洞，与桥梁方向成98度夹角。两个门洞均为小型车辆通道，净宽4.0m，采用2-4×3.5m结构形式。条形基础尺寸中间14m×1.0m×0.8m，两侧14m×0.8m×0.8m，基础顶预埋600×600×10mm的钢板，基础上设5根Φ325（壁厚9mm）螺旋焊接钢管做支撑立柱，顶部焊接500×500×20mm钢板做承接板。设I40b工字钢做横桥向分配梁，40b工字钢为纵桥向分配梁，均采用焊接连接。门洞从上至下为：现浇梁木模+纵、横向方木+Φ48×3.5mm碗扣架+I40b工字钢纵梁+I40b工字钢横梁+Φ325×9mm钢管柱+混凝土条形基础。（平面及纵横向图见图1、图2、图3）
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图3 门洞横向断面图
3、跨线门洞结构受力验算
（1）各构件力学参数：查《路桥施工计算手册》附录三。
① 规格Φ48×3.5mm碗扣支架（R为外半径，r为内半径）
断面面积A==4.89×
惯性矩I==1.218×
回转半径i==15.78mm
截面抵抗矩W= =5.075×
钢材弹性模量E=2.1×105MPa
Q235A钢材容许应力［б］=205MPa
② I40b型工工字钢：
断面面积A=94.07
惯性矩Ix=22781，Iy=692.8
回转半径ix=15.56cm，iy=2.71cm，
截面抵抗矩Wx=1139，Wy=96.2
钢材弹性模量E=2.1×105MPa
Q235q钢材容许应力［б］=215MPa
③ 规格Φ325×9mm钢管柱（R为外半径，r为内半径）
断面面积A==89.3
惯性矩I==11155.67
回转半径i==11.18cm
截面抵抗矩W==686.5
钢材弹性模量E=2.1×105MPa
Q235q钢材容许应力［б］=215MPa
（2）门洞结构荷载计算
取顺桥向单位长度内荷载进行验算，门洞顶现浇箱梁横断面面积A=8.728m2。
①钢筋混凝土梁重：（容重γ=26KN/m3）
g混凝土=S×γ=8.728×26=226.928KN/m
②模板重：（外模采用244×122×1.2cm优质竹胶板，容重γ=9.5KN/m3）
g模板=S×γ=0.012×13.7×9.5=1.562KN/m
③横向方木重（方木容重γ=8.33KN/m3）
g横向方木=V×γ/0.4=（0.1×0.15×7.5）×8.33/0.4=2.343KN/m
④纵向方木重（方木容重γ=8.33KN/m3）
g纵向方木=S×γ=（0.1×0.1）×29×8.33=2.416KN/m
⑤门洞纵梁上纵向钢管重：（纵向水平杆，钢管容重γ=78.5KN/m3）
g钢管=S×γ=（4.89××21×1）×78.5=0.806KN/m
⑥门洞纵梁上支架钢管重（横向水平杆+主杆，立杆高度均取2.5m，钢管容重γ=78.5KN/m3）
g钢管=S×γ/0.9=（4.89××12×1+4.89××2.5×21）×78.5/0.9=2.751KN/m
⑦人员机械重：g人员机械=2.0×10.5=21KN/m（人员机械取2.0 KN/m2）
⑧振捣混凝土产生的荷载：g振捣=2.0×10.5=21KN/m（振捣砼取2.0 KN/m2）
⑨倾倒混凝土时产生的水平荷载：g倾倒=2.0×10.5=21KN/m（倾倒砼取2.0 KN/m2）
⑩门洞纵梁I40b型工字钢自重：
g纵梁=S×γ=94.07××21×78.5=15.507KN/m
⑾门洞横梁I40b型工字钢自重：
g横梁=S×γ=94.07××12.5×3×78.5/12=2.308KN/mg总=226.928+1.562+2.343+2.416+0.806+2.751+21+21+21+15.507+2.308=317.621KN/m
（3）门洞纵梁I40b型工字钢强度及刚度验算
门洞纵梁按连续梁均匀分布计算，根据门洞的长度，考虑跨线桥与姚汝公路夹角，每跨计算长度取L=4.95m，按两等跨连续梁进行检算，根据《桥梁计算手册》表2-8公式计算。
强度验算：
① 荷载计算q=g钢筋砼+g模板+g方木+g钢管+g人员机械+g振捣+g倾倒砼+g纵梁工字钢=315.313KN/m
最大弯矩Mmax=0.125×q×=0.125×315.313×4.95×4.95=965.745KN/m
最大应力бmax=Mmax/W=965.745×÷（21×1139×）=40.38Mpa<215MPa（符合要求）
②安全系数验算：N=［б］/бmax=215/40.38=5.32>1.3（满足要求）
刚度验算：
② fmax=0.521q/（100EI）
=0.521×315.313××÷（100×21×2.1××22781×）
=0.98mm<L/400=12.375mm（满足要求）
（4）门洞横梁I40b型工字钢强度及刚度验算
门洞横梁采用I40b工字钢，中、边墩均设1排，每排墩放置1根长12m工字钢，在中间墩处所受力最大，取中间墩进行验算，根据门洞主柱横向间距，每跨计算长度取L=2.5m，验算时按四等跨连续梁计算，根据《桥梁计算手册》表2-10公式计算。
强度验算：门洞横梁承受由纵梁传递的上部荷载及自重。
① 由纵梁传递的集中荷载P=g总×4.95=317.621×4.95=1572.224KN/m，作用在门洞横梁上均布荷载为q=1572.224÷12=131.019KN/m
最大弯矩Mmax=0.107×q×=0.107×131.019×2.5×2.5=87.62KN/m
最大应力бmax=Mmax/W=87.62×÷（1139×）=76.93Mpa<215MPa（符合要求）
安全系数验算：N=［б］/бmax=215/76.93=2.79>1.3（满足要求）
② 刚度验算：
③ fmax=0.632q/（100EI）
=0.632×131.019××÷（100×2.1××22781×）
=0.676mm<L/400=6.25mm（满足要求）
（5）门洞主柱验算
门洞主柱设一排直径Φ325×9mm钢管柱，每排5根，间距2.5m，高度2.8m，采用中墩验算立柱强度及稳定性。
主柱强度验算：
① 荷载计算：W钢管自重=5×89.3××2.8×78.5=9.8KN
P=g总×4.95+W钢管自重×1=317.621×4.95+9.8=1582.034KN
立柱轴心受压应力计算：
Φ=N/A=1582.034×÷（5×89.3×）=35.432MPa<215MPa（符合要求）
安全系数验算：N=［б］/бmax=215÷35.432=6.07>1.3（满足要求）
② 钢管立柱稳定性验算：主柱两端约束按铰接考虑，钢管柱长度取2.8m。
③ 长细比λ=h/i=280/11.18=25.044，招安《钢结构设计规范》附录D按线性内差计算稳定系数为0.96.
Φ=N/（Φ×A）=1582.034×÷（0.96×5×89.3×）=36.91MPa<215MPa（符合要求）
门洞钢管墩基础承载力验算
门洞基础采用C25混凝土条形基础，基础宽1m，厚0.8m，长14m，直接以现有路面为地基，不考虑力的向下分散，基础应力：
荷载计算：W基础自重=14×0.8×1×26=291.2KN。
P=g总×4.95+W钢管自重+W基础自重=317.621×4.95+9.8+291.2=1873.224KN
Φ=N/A=1872.224×/（1×14）=133.73kpa
门洞钢管墩基础地基承载力需满足≥166kpa。
门洞钢管墩基础直接承座在现有道路路面上，承载力满足要求，现浇梁施工完后为避免拆除混凝土基础时对现有道路造成破坏，混凝土基础浇筑前在道路路面上铺设一层薄砂层。
结束语：门洞的结构形式可选用满堂支架、螺旋管支架、贝雷梁支架等形式，本项目结合自身特点充分考虑利用既有材料，最终选用螺旋钢管柱+工字钢形式，并顺利完成了两座现浇箱的施工，实践证明了该门洞支架的可行性。
参考文献
《路桥施工计算手册》人民交通出版社 周水兴 何兆益 周益松
论文作者:张辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/7
标签：门洞论文; 工字钢论文; 钢管论文; 荷载论文; 方木论文; 横梁论文; 基础论文; 《建筑学研究前沿》2019年20期论文;