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摘要：本文结合南海区平东大道、长江路建设工程（35+260+51.5+66.0+62.5）m独塔斜拉桥DP3#至DP6#墩之间的实际现场条件，介绍了DP3#至DP6#墩之间的大型预应力混凝土箱型梁现浇支架施工设计，对今后类似工程具有一定的参考和借鉴意义。
关键词：大型预应力混凝土箱型梁；现浇支架；施工设计
一、工程概况
南海区平东大道、长江路建设工程（35+260+51.5+66.0+62.5）m独塔斜拉桥DP3#至DP6#墩之间的混凝土压重梁为预应力混凝土箱型梁，梁面宽46.5m，梁底宽31.502m，梁中心高3.573m，0#塔梁结合段长度为26.9m，高度方向为14米，1#梁段混凝土箱梁长度为51.6米，2#混凝土箱梁段长度为66米，3#混凝土箱梁段长度50.35米，DP4墩顶横梁实心段长度为2.8米，DP5墩顶横梁实心段长度为2.8米，DP6横梁墩顶实心段长1.5米。混凝土梁截面较大，梁体较重，宜采用钢管贝雷片支架作为混凝土梁现浇时的力量支撑。1#、2#、3#混凝土梁段现浇支架钢管柱布置间距相近，贝雷片上线荷载相同，本设计计算以1#梁段现浇支架作出设计计算阐述。
二、计算依据
本设计计算采用的规范如下：
1.《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
2.《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
3.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
4.《装配式公路钢桥多用途使用手册》（黄绍金等编著）人民交通出版社
5.设计院相关设计图纸
三、计算荷载
1、混凝土自重：按26KN/m3计，混凝土胀模系数1.05
4、构件自重按均布力加载于相关构件
四、混凝土箱梁现浇支架方案
1#梁段混凝土箱梁长度为51.6米，2#混凝土箱梁段长度为66米，3#混凝土箱梁段长度50.35米，DP4墩顶横梁实心段长度为2.8米，DP5墩顶横梁实心段长度为2.8米，DP6横梁墩顶实心段长1.5米。贝雷片纵向最大跨度为9米。钢管柱为φ630钢管柱，横桥向单排布置10根，根据现场管线情况和与承台的位置关系，部分钢管立于承台上，部分做PHC桩基础（钢管柱位置地基承载力不好或地下有管线且已经破坏的位置），部分做条形基础。梁体纵桥向有-4%纵坡，现场注意钢垫块的制作，贝雷片底与桩顶分配梁顶，抄垫密贴稳固。 浇支架布置如下图：
五、结构计算
（一）、荷载计算
贝雷片根据受力相近的原则分成若干组，每组中每片贝雷梁可认为所受的力是一样的。贝雷梁在顺桥向的最大跨度为9米，根据贝雷梁桁架在横截面上的布置情况按受力相近原则分组计算。第一组为单层8排贝雷梁，第二组为单层6排贝雷梁，第三组为单层3排贝雷梁，第四组为单层3排贝雷梁，第五组为单层6排贝雷梁，第六组为单层12排贝雷梁。混凝土箱梁桥面宽46.5米，梁中心高3.57米，贝雷梁的截面布置及混凝土荷载分块如下图所示：
图4贝雷梁分组及砼分块图
1、荷载计算
A、第一组贝雷片（单层8排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝4.87m2×2.6t/m3× 1.05=13.30t/m
模板排架：g2=0.15t/m2×7.45m=1.12t/m
施工荷载：g3=0.20t/m2×7.45m=1.49t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=15.91t/m
（b）拆模时：
总荷载：q=g2+g3=2.61t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
B、第二组贝雷片（单层6排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝2.22m2×2.6t/m3× 1.05=6.06t/m
模板排架：g2=0.15t/m2×3.15m=0.47t/m
施工荷载：g3=0.20t/m2×3.15m=0.63t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=7.16t/m
（b）拆模时：
砼自重：g1=Aγ＝7.09m2×2.6t/m3× 1.05=19.36t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×3.15m=0.47t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×3.15m=0.63t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=20.46t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
C、第三组贝雷片（单层3排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝2.60m2×2.6t/m3× 1.05=7.17t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×1.8m=0.27t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×1.8m=0.36t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=7.80t/m
（b）拆模时：
总荷载：q=g1+g2+g3=7.80t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
D、第四组贝雷片（单层3排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝1.80m2×2.6t/m3×1.05=4.91t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×2.55m=0.38t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×2.55m=0.51t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=5.80t/m
（b）拆模时：
总荷载：q=g1+g2+g3=5.80t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
E、第五组贝雷片（单层6排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝5.62m2×2.6t/m3×1.05=15.34t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×2.38m=0.36t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×2.38m=0.48t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=16.18t/m
（b）拆模时：
砼自重：g1=Aγ＝7.94m2×2.6t/m3×1.05=21.68t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×2.38m=0.36t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×2.38m=0.48t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=22.52t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
F、第六组贝雷片（单层12排）：
（a）施工时：
砼自重：g1=Aγ＝4.622m2×2.6t/m3× 1.05=12.62t/m
模板排架：g2=0.15t/m3×11.84m=1.78t/m
施工荷载：g3=0.20t/m3×11.84m=2.37t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
总荷载：q=g1+g2+g3=16.77t/m
（b）拆模时：
总荷载：q=g2+g3=4.15t/m
贝雷片自重按均布荷载加载于各构件
以1#梁段浇筑时建立模型计算，DP4墩顶有2.8米宽的实心段，平面上墩身范围在墩顶做垫块支撑，贝雷梁上墩顶横梁范围混凝土荷载局部增大，同样按分组和砼分块面积计算各组贝雷片上2.8米实心横梁范围的荷载，各组单片贝雷片上的荷载如下表：
图5现浇支架计算模型图
2.1、贝雷梁计算
由《装配式公路钢桥多用途使用手册》贝雷梁弦杆容许承载力为56t，贝雷梁竖杆容许承载力为21t，贝雷梁斜杆容许承载力为17t。桁架单元杆件性能表如下：
各工况中贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆轴力均未超过容许承载力，满足要求。
2.2、桩顶分配梁计算
桩顶分配梁采用2HM588型钢组焊而成（局部贴10mm钢板补强），弹性模量E=2.1×105MPa，惯性矩I=247132.2cm4，抗弯模量Wx=8405.9cm3，面积矩Sz=5260.2cm3，截面面积A=470.4cm2，由SAP2000计算结果：以受力最大的一组桩顶分配梁为例计算：
最大弯矩：Mmax= 91.1t•m
最大弯应力：σmax= Mmax/Wx=911000000N.m/8405900mm2
=108.4MPa＜[σw]=170 MPa（可）
最大剪力：Qmax=126.9t
最大剪应力τmax= QmaxS/IB=1269000N×5260200mm3/2471322000mm4×44mm
=61.4MPa＜[τ]=100MPa （可）
组合应力σ=（σmax2+3τmax2）1/2=151.9MPa＜[σw]=170MPa
最大挠度：fmax=15.2mm<[f] =l0/400=7500mm/400=18.75mm（支点间距7.5m）
最大挠度：fmax=12.2mm<[f]= l0 /400=5000mm/400=12.5mm（支点间距5m）
2.3、φ630×8mm钢管柱及联结系计算
钢管柱编号如下图15所示：（排桩编号对应桩顶分配梁）
钢管柱轴力如表三所示：（左右幅对称）
图6桩位及编号示意图
1、钢管柱计算
钢管柱采用φ630×8mm钢管，弹性模量E=2.1×105MPa，截面面积A=15624.64mm2，回转半径ix=219.92cm，自由长度l=6000mm（联结系高度方向间距）。自由度λ=l/i=6000/219.92=27.28 应力折减系数查表得φ=0.896，最大一根钢管柱轴力为N=162.5t。
轴向应力σmax=N/（ΦA）=1625000/0.896×15624.64=116.1Mpa<170Mpa满足要求。
2、联结系计算
联结系采用2槽20型钢组焊而成，弹性模量E=2.1×105MPa，惯性矩I=3827.4cm4，抗弯模量Wx=382.8cm3，面积矩Sz=229.4cm3，截面面积A=65.66cm2，查计算模型选取最不利杆件进行计算：
最大轴力：Nmax=30.5t
最大轴应力：σmax= Nmax/A=305000N/6566mm2=46.5MPa<[σw]=170MPa（可）
3、斜撑柱计算
斜撑柱采用φ480×6mm钢管，弹性模量E=2.1×105MPa，截面面积A=8930.16mm2，回转半径ix=149.92cm，自由长度l=5000mm，自由度λ=l/i=5000/149.92=33.35，应力折减系数查表得φ=0.874，查计算模型选取最不利斜撑住进行计算：
最大轴力：Nmax=59.5t
最大轴应力：σ= Nmax/（ΦA）=595000N/0.874×8930.16mm2
=76.2MPa<[σw]=170MPa（可）
2.4 、PHC400×80预应力管桩计算
根据佛山市南海区平东大道、长江路建设工程岩土工程勘察报告，以DP4#墩右幅钻孔编号为NHMA3-QDP-09的勘探孔地质情况为代表进行预应力管桩计算，其地质资料如下表四：
（三）、底模板及其纵横肋计算：
箱梁底模采用高强度竹胶板，板厚t=18mm，竹胶板方木背肋间距隔板及实心段为200mm，箱室及翼缘底下400mm。箱室背肋受力最不利，所以模板强度采用小肋间距l=400mm、截面计算宽度为b=1000mm的平面竹胶板进行计算。
1、模板力学性能
（1）弹性模量：E=0.1×105GPa
（2）截面惯性矩：I=bh3/12=100×1.83/12=48.6cm4
（3）截面抵抗矩：W=bh2/6=100×1.82/6=54cm3
（4）截面积：A=bh=100×1.8=180cm2
2、箱室及翼缘底模板受力计算
（1）底模板均布荷载：q=0.7×26.5×1.05+2.0×0.4=20.3KN/m
（2）跨中最大弯矩：M=qL2/10=20.3×0.42/10=0.325 KN•m
（3）弯拉应力：σ=M/W=0.325×106/54×103=6.1MPa＜［σ］=11MPa
竹胶板板弯拉应力满足要求。
（4）挠度：从竹胶板下方木背肋布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，
按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算，计算公式为：
f=0.677qL4/100EI
=（0.677×20.3×4004）/（100×0.1×105×48.6×104）=0.73mm＜L/400=1mm
竹胶板挠度满足要求。
综上，竹胶板受力满足要求。
3、纵向腹板及墩顶实心段模板受力计算
（1）底模板均布荷载：q=3.57×26.5×1.05+2.0×0.2=99.7KN/m
（2）跨中最大弯矩：M=qL2/10=99.7×0.22/10=0.399KN•m
（3）弯拉应力：σ=M/W=0.399×106/54×103=7.3MPa＜［σ］=11MPa
竹胶板板弯拉应力满足要求。
（4）挠度：从竹胶板下方木背肋布置可知，竹胶板可看作为多跨等跨连续梁，
按三等跨均布荷载作用连续梁进行计算，计算公式为：
f=0.677qL4/100EI
=（0.677×99.7×2004）/（100×0.1×105×48.6×104）=0.21mm=L/400=0.5mm
竹胶板挠度满足要求。
综上，竹胶板受力满足要求。
4、纵肋计算
纵肋为10×10cm方木。
（1）纵向腹板及墩顶实心段处间距为0.2m，跨径为0.75m。
截面抵抗矩：W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3
截面惯性矩：I= bh3/12=0.08×0.13/12=8.33×10-6m4
q=0.2×3.57×26.5×1.05+2.0×0.2+1.5×0.2=20.57KN/m
M=ql2/10=20.57×0.752/10=1.446KN.m
σ=M/W=1.446x106/1.67×105=8.66Mpa<9.5Mpa
纵梁弯拉应力满足要求
纵梁挠度：f=5qL4/384EI
=（5×20.57×7504）/（384×0.1×105×8.83×106）
=0.96mm＜L/400=1.875mm
（2）箱室及翼缘下跨径为0.75m，间距为0.4m。
截面抵抗矩：W=bh2/6=0.1×0.12/6=1.67×10-4m3
截面惯性矩：I= bh3/12=0.1×0.13/12=8.83×10-6m4
q=0.4×0.7×26.5×1.05+2.0×0.4+1.5×0.4=9.19KN/m
M=ql2/10=9.19×0.752/10=0.65KN.m
σ=M/W=0.65×106/1.67×105=3.89Mpa<9.5Mpa
纵梁弯拉应力满足要求
纵梁挠度：f=5qL4/384EI
=（5×9.19×7504）/（384×0.1×105×8.83×106）
=0.43mm＜L/400=1.875mm
综上，纵肋强度满足要求。
六、结论
综合上述计算，预应力混凝土梁现浇支架各构件要素能满足施工期间的受力要求。
论文作者:肖锐
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/28
标签：荷载论文; 自重论文; 混凝土论文; 构件论文; 截面论文; 应力论文; 单层论文; 《基层建设》2016年9期论文;