大门大桥主塔下横梁支架设计

1、大门大桥主塔下横梁支架设计【摘 要】大门大桥为主跨 316m的双塔双索面斜拉桥，塔高 134m，设有三道横梁，斜拉桥下横梁一般均 采用落地支架法施工，本文详细介绍主塔下横梁结构设计的一般思路，希望能为今后桥梁类似结构设计提 供参考。【关键词】斜拉桥 塔柱下横梁钢管支架 预应力混凝土 设计验算1、工程概况大门大桥主桥结构形式为135m+316m+135m双塔双索面PC梁斜拉桥，主塔下横梁为两端固结的预应力混凝土箱型梁，横梁高度5.5m，宽度6.4m，顶板、底板、腹板厚度均为0.8m。共有78束19" s15.2mm钢绞线，下横梁混凝土为C50,见图1.下横梁才用落地支架现浇，混凝土分2

2、次浇筑，首次浇筑高3.5m。第2次浇筑2m，相应的预应力也 分两次拉，首次拉底板部分预应力且拉设计值的 50%，主要作用是防止底板混凝土开裂，混凝土浇筑 全部结束后，当强度达到设计要求时，按图纸顺序依次将预应力拉到位。图1下横梁结构图（cm）2、下横梁支架设计2.1支架设计说明下横梁支架仅承受第1次混凝土施工荷载，第2次混凝土施工荷载由下横梁下层结构承 受。支架主受力钢管采用820螺旋钢管柱（LZ1壁厚10mm， LZ2壁厚12mm），其标准长度为12m，通过法兰盘连接。贝雷梁通过156a工字钢和砂筒支撑于钢管柱上，钢管柱顶为3145a工字钢垫梁，贝雷梁上设I25a工字钢分布梁，支架端部同塔壁

3、预埋牛腿连接。图2-1支架布置图2.2计算参数1）贝雷梁容许力：弯矩788.2KN ?m；剪力245.2KN ;钢材除特殊注明外均采用HRB235钢,设计弯曲应力按 170N/mm2，剪切应力按110N/mm2考虑；32）混凝土容重26KN/m3）模板荷载2.0 KN/ m24）施工荷载4.0 KN/ m5）结构自重 按首次浇筑3.5m计算2.3荷载组合1.2 （砼荷载+模板+施工荷载）+1.4 （振捣荷载+风荷载+施工荷载）2.3下横梁支架受力分析贝雷梁受力分析 采用贝雷梁作为承重梁，其横断面布置形式如图 2-2所示。根据上横梁的结构形式及支架的布置方式拟分区计算贝雷梁荷载。腹板下贝 雷梁分

4、A区，底板下为B区。图2-2贝雷梁布置形式1） A区贝雷梁荷载验算 底模采用钢模， 按2.2kN/m 2计，则底模沿贝雷梁荷载为：2.2 X 0.225=0.495kN/m侧模单重按2kN/m 2，外模沿贝雷梁荷载为（考虑由2排贝雷共同承受）：5.5 X2.0/2=5.5kN/m模荷载按1kN/ m2计算，单侧模最不利工况为1片贝雷承受，其沿贝雷梁的线荷载为：4.8X 仁4.8kN/m 横垫梁沿贝雷线荷载为：1/0.75X 0.225X 38.1/100=0.34kN/m 振捣荷载：2.0kPa。 施工活载作用：考虑施工时设备需求不重，作业比较分散，按底板宽度承载取荷载 为1.0kN/m2。（

5、施工中需严格控制其荷载量）。 混凝土荷载贝雷梁间距22.5cm,则混凝土荷载沿贝雷梁集度为：26X 3.5X 0.225=20.475kN/m 风荷载：按照规，水平风荷载标准值：Wk =0.7z卩s wo卩z：风压高度变化系数，按B类地面粗糙度、离地面10m高查表得i z=1.0 ;1 s：风荷载体型系数，按悬挂密目式安全立网取is=1.3® 0=1.3 X 0.8=1.04;W0 :基本风压，查建筑结构荷载规，取0.6 KN/m 2°则:Wk=0.7 X 1.0X 1.04 X 0.6=0.4368 KN/m 2。单层贝雷梁高1.5m,风荷载转化为贝雷梁顶线荷载， q=0

6、.4368 X 1.5=0.655 KN/m根据荷载组合，则贝雷梁荷载集度为：q=1.20.495+5.5+4.8+0.34+20.475+1.42.0+1.0+0.655=43.049 kN/ m图2-3单片贝雷梁加载图式及反力1话*Li时创qLU如图2-4单片贝雷梁弯矩rirnripi ri* w节¥ 冒"TtO霊占i3rrf榔-咛_1 hl I If图2-5单片贝雷梁剪力经计算可知，a区贝雷梁所受弯矩最大为186.2kN m,最大剪力为176.3kN，受力均满足贝雷梁要求，反力为NN4 146.2kN， N2 N3305.3 kN。2) B区贝雷梁受力验算同样的方法可

7、算得贝雷梁荷载集度为：q=1.21.98+2.4+0.63+18.72+1.42.0+1.0+0.655=33.593 kN/ m图2-6单片贝雷梁加载图式及反力图2-7单片贝雷梁弯矩o ooOoo寸Tt*1冲T£i7t133.3 - TTl?i1?rf1m.o -1TV 24 71115图2-8单片贝雷梁剪力经计算可知，b区贝雷梁所受弯矩最大为145.5kN m，最大剪力为137.8kN，受力均满足贝雷梁要求，反力为汕N4114.2 kN ， N2N3238.6 kN。根据单片贝雷梁的计算荷载求得各贝雷梁的力及支座反力如表2-1所示：表2-1贝雷梁计算统计表名 称结构计算力容许力计

8、算力与容许力比（ %）支座反力（KN）弯矩(KN*m )剪力（KN）弯矩(KNm )剪力(KN)分配梁1分配梁2A.2176.3788.2245.20.2590.66146.2305.3B145.5137.8788.2245.20.2140.544114.2238.6分配梁计算分配梁有4种类型，靠塔身侧为分配梁1和分配梁3,跨中部分为分配梁 2和分配梁4,其间采用砂箱来传递和分配荷载，各分配梁的详细计算如下：1）分配梁1计算分配梁1和分配梁2直接承担贝雷梁所传递的荷载，根据贝雷梁部分的计算所求得贝雷 梁反力作用到分配梁上后各分配梁的反力及力如下：图2-9分配梁1的加载图式及反力（kN）图2-1

9、0分配梁1应力（kN）经计算分配梁1最大组合应力为46.1Mpa，最大剪应力为 45.6Mpa，最大支点反力为956.8kN，受力情况满足要求。2）分配梁2计算分配梁2位于跨中部位，所承受的贝雷梁的反力较分配梁1大，采用腹板较厚的156b工字钢，其加载图式、反力、力及应力如下图2-112.15所示。I _i图2-11分配梁2的加载图式及反力（KN ）图2-12分配梁2的弯矩图（KNm ）图2-13分配梁2剪力图（KN ）iTTilITirOIMI图2-14分配梁2剪应力图（Mpa）图2-15分配梁2最大组合应力图（Mpa）经以上计算知分配梁 2最大剪应力为83.0MPa<110MPa，最

10、大组合应力 91.7 Mpa，最大 挠度为2mm，满足受力要求。最大支点反力为1992.7kN。弧形段受力验算1）弧形模板结构整体受力验算下横梁弧形段采用异形模板，主桁架结构采用双拼25槽钢，斜撑采用双拼20槽钢，面板为6mm钢板，背楞采用/ 75角钢，倒角处混凝土荷载按三角荷载考虑，最高处6.8m,最低处为2.5m, midas建立其整体受力模型如下:图2-16弧形模板加载图式图2-17弧形模板面层应力（Mpa）图2-19弧形模桁架支点反力（kN）图2-18弧形模桁架应力（Mpa） 经计算弧形模板面层最大组合应力为146.3Mpa，桁架最大应力为 164.8Mpa，最大竖向支点反力为254.

11、7kN，最小31.7kN。2）弧形模板前横梁横梁验算 弧形模板前横梁顺桥向分配梁采用2I56a工字钢，直接搁置在牛腿I上，建立横梁受力结构模型:图2-20前横梁加载图式及反力（kN）图2-21前横梁应力分布图（Mpa）由计算可知，1型牛腿横梁最大组合应力为65.7Mpa，满足受力要求，支点反力2= N3=-81.1kN，N2=245.7kN，水平力 F仁F2=406.7kN，F3=479.1kN。3）弧形模板后横梁验算弧形模板后横梁顺桥向分配梁采用2I56a工字钢，直接搁置在牛腿上，建立横梁受力结构模型：图2-22后横梁加载图式及反力（kN）图2-23 n型牛腿横梁应力分布图（Mpa）由计算可

12、知，H型牛腿横梁最大组合应力为97.5Mpa，满足受力要求，支点反力N1=N3=637.5kN , N2=759.3kN ;水平力 F仁F3=496.7kN , F2=570.3kN。支架整体受力验算1）下横梁整体结构受力验算钢管支架为下横梁支架的主要构件，共有3排，顺桥向间距为2.8m+2.8m，横桥向间距为7.0+6.0+7.0m，荷载经分配梁 3和分配梁4传递到钢管桩顶，现用MIDAS建立钢管支架整体模型，其加载图式如下：图 2-24支架模型加载图式及支点反力（图2-26边支架弯矩（kN m）根据以上计算知最大组合应力为kN） 图2-25边支架支座反力（kN）图2-27边支架组合应力图（

13、Mpa）152.3MPa ,满足受力要求。最大支点反力为1917kN。图2-28中支架支座反力（kN）图2-29中支架组合应力（kN ）通过计算知受力中间一排支架（里面）最大组合应力为131.1MPa，跨中的最大位移为 3mm , LZ1顶部最大位移为4mm，满足受力要求。2）对边支架钢管桩进行压杆稳定计算LZ1计算长度I取5m,桩顶最大受力为 N=1094+636=1730kN ,弯矩M=451kN.m ;钢管 立柱截面为82012mm钢管，其界面特性如图5.3-1所示。图2-3082012mm钢管截面系数lx=4.972109曲 A=3.046忖血）乂= ： = 4°4mm偏安全

14、考虑，按一端固结，一端自由考虑长细比（卩=2）:匕 1400024 8 ；由长细比查得稳定系数为： 0.972;这样:i x 404'NM1730103508.8106100 4 MPa 170MPaxAW0.972304601.21107LZ2计算长度I取7m,桩顶最大受力为 N=1909kN，钢管立柱截面为82012mm钢管, 其界面特性如图4-13所示。图2-3182010mm钢管截面系数I x=4.17109m吊 A=2.545104mni i x =Jl x/A= 404mm偏安全考虑，按一端固结，一端自由考虑长细比:0.972;这样:ul10000248 ；由长细比查得稳定系数为:ix 404-xAwx1909.01030.972_3046064.5 MPa 170MPa均满足受力要求3、结束语下横梁作为混凝土肋板式主梁的支座承重梁，其施工质量直接关系到全桥的成败，因此其施工时采取的现浇支架设计、施工均十分关键，本文通过对大门大桥主塔下横梁的设计， 介绍了下横梁支架的设计思路及验算要点，供类似桥梁结构施工参考。参考文献1 市大门大桥一期工程两阶段施工图设计2 JTG D60-2004公路桥涵设计通用规，：人民交通，20043 GB 50017-2003钢结构设计规，：中国建筑工业，20034 GB 50205-