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施工技術論文:現澆箱梁跨路門洞體系驗算

來源:未知 2020-07-30 11:39

摘要:

  中環快速路第14箱梁為38m+50m+38m單幅三箱變截面預應力混凝土連續箱梁,梁高2~3m,箱梁上跨既有道路。根據建設單位及地方要求,采用工字鋼門洞跨越,門洞設置雙向機非分離形式,確保

  施工技術論文:現澆箱梁跨路門洞體系驗算

  摘要 中環快速路第14箱梁為38m+50m+38m單幅三箱變截面預應力混凝土連續箱梁,梁高2~3m,箱梁上跨既有道路。根據建設單位及地方要求,采用工字鋼門洞跨越,門洞設置雙向機非分離形式,確保交通通暢。

  關鍵字  現澆箱梁   門洞  工字鋼   鋼支墩

  一、工程概況

  跨路門洞采用60*90cm的C30混凝土條形基礎,門洞基礎位于老路之上,支墩為529*8mm的無縫鋼管,支墩間距3~3.5m;墩頂橫梁為2I40b工字鋼,縱向采用I40b工字鋼作為縱梁,縱梁在底腹板下間距為60cm,在翼板下間距為90cm。門洞設計為凈跨2m+4m+4m+2m的雙向4孔結構,機動車與非機動車分隔行駛。
門洞縱橫斷面布置圖見下:


  二、門洞承受荷載計算

  模板,支架和拱架設計計算的荷載組合

模板結構名稱

計算強度用

計算剛度用

梁、板和拱的底模板以及支承板、支架及拱等

(1)+(2)+(3)+(4)+(7)+(8)

(1)+(2)+(7)+(8)

  (1)模板、支架自重

  (2)新澆筑砼、鋼筋、預應力筋等的重力,

  (3)施工人員及施工設備、施工材料等荷載

  (4)振搗砼產生的振動荷載

  (5)新澆筑砼對模板的側壓力

  (6)砼入模時產生的水平方向和沖擊荷載

  (7)設于水中的支架所承受的水流壓力、波浪力等荷載。

  (8)其它可能產生的荷載

  1、箱梁自重:按跨越段典型斷面圖量測砼體積。

  從圖上可計算出該斷面箱梁斜邊腹板處最大面積荷載為29.7KN/m2,中腹板處最大面積荷載為43.4KN/m2,一般底板處荷載為15.6KN/m2,翼板處荷載為10.4KN/m2。此四處做為四種情況應分別計算立桿受力

  2、施工人員、機械荷載:取q2=2.5KN/m2

  3、混凝土澆筑產生的沖擊荷載:取q3=2.0KN/m2

  4、振搗混凝土產生的荷載:取q4=2.0KN/m2

  5、模板荷載:

  內模(包括支撐架)q5-1=1.2KN/m2

  側模(包括側模支撐)q5-2=1.2KN/m2

  底模(包括縱橫方木)q5-3=0.8KN/m2

  6、支架自重:(按最高9-5=4m考慮)

  q6=4×3.84×10/1000/0.9×0.6=0.28KN/m2

  三、門洞受力驗算

  (一)15*10cm方木的驗算

  1、工字鋼主要傳遞由碗扣架傳下的內力,在工字鋼上應為集中荷載,為簡化計算將其簡化為均布荷載。則各部位荷載如下表

  各部位荷載簡化表

位置

邊腹板

中腹板

一般底板

翼板

箱梁面荷載(KN/m2)

39.69

53.39

25.59

20.39

方木間距(m)

0.9

0.9

0.9

0.9

簡化后線荷載(KN/m)

35.72

48.1

23.03

18.35

  橫向15*10方木簡化后各典型部位示意圖及荷載如下

  15*10cm方木豎向放置于縱梁,驗算得:

  凈截面抵抗矩W=bh2/6=10*125/6=208.3cm3;

  毛截面慣性矩I= bh3/12=10*3375/12=2812.5cm4;

  彈性模量:E=0.09×105MPa

  彎曲強度:σ=Mmax/w= ql2/8/W

  剪力:Qmax=0.625ql

  抗剪強度:τ=3Qmax/2A

  抗彎剛度:fmax=5qL4/384EI

  各部位將公式代入形成以下計算表

  各部位強度、剛度計算表

位置

邊腹板

中腹板

一般底板

翼板

計算跨徑

0.60

0.60

0.60

0.90

簡化后線荷載(KN/m)

35.72

48.10

23.03

18.35

彎矩(KN.m)

1.29

1.73

0.83

1.49

彎曲強度(MPA)

6.17

8.31

3.98

7.14

剪切強度(Mpa)

1.29

1.73

0.83

0.99

抗彎剛度(mm)

0.12

0.17

0.08

0.32

支座反力(KN)

21.43

28.86

13.82

16.52

  方木容許彎曲強度為12Mpa,容許剪力強度為2.0Mpa,工字鋼抗彎剛度容許值為L/400,經驗算,15*10cm方木豎向放置滿足要求。

  (二)縱向I40b的驗算

  根據小橫梁的計算得知I10工字鋼(方木)在每處支座處反力,而縱向工字鋼間距為90cm,將其荷載簡化為均布荷載。按較重的工字鋼計算,則其下縱向I40b工字鋼在各部位的荷載可簡化為如下:

  各部位荷載簡化表

位置

邊腹板

中腹板

一般底板

翼板

上部荷載(KN/m2)

39.65

53.59

25.59

20.39

I40b工字鋼間距(m)

0.60

0.60

0.60

0.90

簡化后線荷載(KN/m)

23.79

32.15

15.35

18.35

工字鋼自重(KN/m)

0.74

0.74

0.74

0.74

計算總荷載(KN/m)

24.53

32.89

16.09

19.09

  取縱梁中間兩跨按兩等跨連續梁計算,縱向I40工字鋼簡化后各典型部位示意圖及荷載計算如下:

  工字鋼截面抵抗矩W=1139cm3;

  截面慣性矩I=22781cm4;

  彈性模量:E=2.11×105MPa

  Sx=671.2cm3,d=12.5mm

  彎曲強度:σ=Mmax/w= ql2/8/W

  抗彎剛度:fmax=0.521qL4/100EI

  剪力:Qmax=0.625ql

  抗剪強度:τ=QmaxSx/dI

  各部位將公式代入形成以下計算表:

  各部位強度、剛度計算表

位置

邊腹板

中腹板

一般底板

翼板

計算跨徑(m)

4.9

4.9

4.9

4.9

簡化后線荷載(KN/m)

24.53

32.89

16.09

19.09

彎曲強度(MPA)

64.64

86.66

42.40

50.30

抗剪應力(MPA)

17.71

23.74

11.61

13.78

抗彎剛度(mm)

1.53

2.06

1.01

1.19

中墩支座反力(KN)

150.25

201.45

98.55

116.93

  工字鋼容許彎曲強度為145Mpa,抗剪容許強度85Mpa,工字鋼抗彎剛度容許值為L/1000=4.9mm,經驗算,I40b工字鋼滿足要求。

  (三)橫向支墩頂雙I40b的計算

  根據箱梁不同部位的面荷載作用于門洞縱向I40b工字鋼上,轉換為面荷載如下圖:

  縱向I40b工字鋼自重0.74KN/m,轉換為線荷載:

  翼板下:0.74/0.9=0.82KN/m2

  底腹板下:0.74/0.6=1.23KN/m2

  較重的橫向I10自重0.113KN/m,間距90cm,

  轉換為線荷載:0.113/0.9=0.126 KN/m2

  取1m寬截面積算,縱向面荷載作用于中支點的橫向線荷載為:q=1.25ql

  則:q1=(20.39+0.62+0.126)*1.25*4.9=129.5KN/m

  q2=(25.59+0.62+0.126)*1.25*4.9=162.5KN/m

  q3=(39.69+0.62+0.126)*1.25*4.9=251.2KN/m

  q4=(53.39+0.62+0.126)*1.25*4.9=335.3KN/m

  橫向2I40b工字鋼自重:2*0.74=1.28KN/m

  根據上圖荷載和分段長度,以墩頂雙工字鋼為計算對象,鋼支墩對應支座位置,對2I40b工字鋼按8跨連續梁進行驗算,其中

  雙I40b工字鋼截面抵抗矩W=2278cm3;

  截面慣性矩I=45562cm4;

  彈性模量:E=2.11×105MPa

  Sx=1342.4cm3,d=25mm

  經驗算:

  Mmax=200.3 kN·m X=20m處

  Qmax=392.5KN X=20m處

  fmax=0.9mm X=25.4m處

  Rmax=785KN X=20m處

  彎曲強度:σ=Mmax/w= ql2/8/W=87.9MPa<145 Mpa,滿足要求。

  抗剪強度:τ=QmaxSx/dI=46.4 MPa<[τ]=85MPa,滿足要求。

  fmax=0.9mm<[f]=L/1000=3mm,滿足要求。

  從上可得橫向雙拼I40工字鋼工字鋼彎曲應力、彎剪應力、剛度滿足設計要求。

  (三)鋼支墩的驗算

  鋼管樁主要承受上部荷載壓力,故按照壓桿計算,考慮最不利情況。即豎向工字鋼支座反力為每根鋼管樁的壓力,最大壓力P=785KN+支墩自重4.0×1.028=789.1KN。

  管截面積 A=π(R2-r2)=13094.16mm2

  i=1/4×√(264.52+256.52)=92.1mm

  λ=l/i=4.0×103/92.1=43.4,取50計算

  查表得ф=0.867

  σ= P/Aф=789.1×103/(0.013094×0.867)=69.5Mpa<140 MPa=[σ]證明結構安全.

  反求安全系數140/69.5=2.01

  整體穩定性滿足要求!

  因鋼管樁整體通過鋼板支撐于砼面上,根據《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)對條形C30砼基礎進行抗沖切驗算。

  取支墩最大壓力驗算,支墩間距取l=3m。

  基底凈反力Pj=P/3*0.9=789.1/2.7=292.3KPa

  因基礎位于老路面上,基底強度滿足要求!

  抗沖切力:0.7βhpftamh0=0.7×1×14300×0.45×0.6=2720.7KPa

  沖切力:Fl=PjA=292.3×3×0.9=789.21 KPa

  抗沖切力>沖切力,支墩基礎能夠滿足抗沖切要求!

  綜上所述主線跨路現澆箱梁支架各部件應力均能滿足施工要求。

  四、結束語

  (1)采用工字鋼門洞作為承重梁跨越既有道路,荷載傳遞路徑明確,無水平分力產生,支架體系安全可靠。充分利用了型鋼結構和滿堂支架的優點,施工速度快,安全系數高,有效的解決了跨越既有道路現澆箱梁的施工難題,設計方案可適用于類似工程的施工。

  (2)門洞支架系統的跨度可根據實際情況進行調整,能夠滿足跨路、跨結構物、跨中小河流及軟弱地基的施工要求,可大大減少施工對社會生活的干擾。

  參考文獻

  [1] 《建筑施工碗扣式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ166-2008)

  [2] 《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)

  [3] 《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》(CJJ2-2008)

  [4] 《路橋施工計算手冊》(人民交通出版社)

  [5]《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)

 

 

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