浅析框架墩横梁支架设计

王海龙

摘 要：通过对新建大准至朔黄铁路联络线神池南特大桥框架墩横梁支架的设计、计算的详细讲述，着重介绍设计计算过程，给今后类似工程的设计、计算提供参考。

关键词：框架墩；横梁；支架；设计

1 工程概况

新建大准至朔黄铁路联络线工程，神池南特大桥全长3487.435m，中心里程DK176+498.668。本桥于DK175+902.3处跨越神池至岢岚输气管道，管道直径为0.55m，埋置于地下1.2m左右，与线路夹角为21.4°，输气管道协议要求管道两侧各8m范围内不许立桥墩；于DK175+980.8处跨越陕京输气管道，管道直径为0.66m，埋置于地下1.2m左右，与线路夹角为24.9°，输气管道协议要求管道两侧各8m范围内不许立桥墩。根据协议要求，35～37#、39#、40#采用框架墩跨越方案。

框架墩轴线沿线路曲线法线方向布置，基础按图中与横梁相交角度布置。框架横梁采用预应力结构，其余部分均采用钢筋混凝土结构。35#墩横梁长33.3m，36#、37#、39#、40#墩横梁长30.0m，均采用实心矩形截面，横梁宽3.2m，高3.0m，与墩柱相接的部分加厚至3.5m；墩柱横向宽2.8m，直坡，墩柱顶纵向宽3m，坡率为26：1，采用矩形截面，设半径R=10cm圆弧倒角。35～37#、39#、40#墩柱左右侧高均为38.5m，其中框架墩上设1根横撑，横撑中心线距横梁底17.5m，横撑截面形式为200*180cm矩形。

為减小施工对输气管道的影响和框架墩的横向跨度，承台平行于管道中心线布置，35～37#墩承台与准朔联络线交角为70°，39#、40#墩承台与与准朔联络线交角为65°。桩基采用桩径1.5m钻孔灌注桩。

2 设计依据及各种参数

2.1 设计依据

准联施桥（特）（变）25-Ⅱ；

《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.1-2005）；

《钢结构设计设计规范》（GB1002.2-2005）；

设计参数：[σ]=140MPa E=2.1×105N/mm2 [τ]=80MPa

3 横梁支架设计计算

框架墩横撑设计截面尺寸为200*180cm，两端与墩身相接处上、下各设置横向1m、高0.5m斜面，在浇筑立柱时将斜面混凝土灌注完成。跨距为25.7m。

3.1外力计算

①混凝土重量按2.65T/m3，合计P砼=653.8（T）

②模板重量按100kg/m2，P模=（3+3+3.2）*25.7*100=23.64（T）

③支架重按砼重的25%计，P支=P砼*25%=653.8*25%=163.45（T）

④人员及材料、设备按顶平面150kg/m2计， P人、机=3.2*25.7*150=12.33（T）

⑤砼冲击力及捣固力按顶平面400kg/m2计，P冲捣=3.2*25.7*400=32.9（T）

外力合计ΣP=886.12（T），则q=ΣP/L=34.48（T/m）。

3.2 纵梁计算，计算简图如下：

ABC段为9m连续型钢梁，DEF段为9m连续型钢梁，CD段为7.7m简支型钢梁，则ABC、DEF按一次超静定计算，CD段按简支计算。

首先计算ABC杆及DEF杆，用迈达斯计算，如图：

q=34.48（T0）

R1=R3=R4=R6=53.8（T），R2=R5=193.25（T）；R3及R4分别为ABC杆和DEF杆对R2和R5产生的作用力。 Mmax=49.37（T-m）。M=-86.2（T-m）（发生在B点上）。纵梁选用45工字钢，查表W=1430cm3。则n=（根）。选用5根45工字钢。

CD段对R3和R4作用计算，CD杆按简支梁计。则；R”3=R”4=132.55（T），R3=R3+R”3=186.35（T）；

R4=R4+R”4=186.35（T）。CD杆弯矩计算 Mmax=255（T-m）。纵梁选

择：45工字钢，查表：w=1430cm3，A=102.45cm2，则n=

根，则选用14根45工字钢.

3.3 横梁计算

由简图可知，横梁共6组，一侧3组，两侧对称。取三组横梁中的一组进行受到上纵梁计算中R1（R6）作用，横梁支点落在三条支架前中后三个支点上，则可得计算简图：下图为在R1（R6）作用下。

计算：由纵梁计算知q1是由A（F）点作用力生成。

q 1= 17.93（T/m）.

用迈达斯计算反力及弯矩，如图：反力N1=N5=11.15（T）， N2=N4=10.4（T）， N3 =10.68（T）

弯矩计算如下（图例）

则Mmax=0.2（T-m），Mmax=-0.81（T-m）。选用两根Ⅰ28工字钢，查表；W=508（cm3），

取三条中最大的弯矩计算应力，则σ=M'2w=0.28（T/cm2）<[σ]=1.4（T/cm2）；满足要求：

3.4 支架计算

由如下计算简图进行计算：

由横梁计算知，两边支架受力最大，分别为：

P1=P6=11.15（T），P2=P5=40.07（T），P3=P4=38.64（T）

求解该桁架：NA=P1=11.15（T）； NBG = NEH =50（T）（压）；NDH = NCG =69.66（T）（压）；NGH =88（T）（拉）

由结构特点知：n-n截面设有水平滑移槽，G和H设有滑移面，则BEGH行成独立框架桁架。

则NBC=30（T）（压），NCD=88（T）（压）。

选择材料型号，杆件中受力最大为88T，选用双根36槽钢，查表Ag=60.91cm2，i=14.0cm，

则σ==0.72（T/cm2）≤[σ]=1.4（T/cm2）。

结论：满足要求。

3.5 稳定计算：

CD杆两端按铰接计，则LCD=7.7m，u=1，则λ==55，查表?=0.86。[σ]·?=1.2（T/cm2）>σ=0.721（T/cm2），满足要求。

DH（CG）杆稳定计算：σ==0.57（T/cm2）；取两端铰接，

则L=10.82m，u=1，则λ==77.3，查表?=0.731， [σ]·?=1.02（T/cm2）>

σ=0.57（T/cm2），满足要求。

BG（EH） 杆稳定计算：σ== 0.41（T/cm2）；

取L=7.5m，两端铰接，μ=1，则λ=53，查表；?=0.87

[σ]·?=1.21（T/cm2）>σ=0.41（T/cm2），满足要求。

GH杆采用D=25精轧螺纹钢4根，每根设计抗拉30T，则4根为120T，大于88T；故设计为安全。

A及F点抗剪计算：按纯剪计，τ==0.1 （T/cm2）<[τ]=0.8（T/cm2），满足要求。

4 砂筒计算

砂筒采用D=30，t=0.8mm的焊管，砂筒填砂高度按h=15cm计，根据筒内为液体原理计（偏安全），如下图：

砂筒侧压力和砂顶面压应力相等，取压力最大支点作为计算值，由上计算知，最大压力为44.44T，则σ==0.05（T/cm2），

则N=sinθ·dθ·R·h·σ=sinθ·dθ×15.65×15×0.057=

15.65×15×0.05=13.2T则σN=t=1.40T/cm2=[σ]=1.4（T/cm2），满足要求。

5 牛腿计算

由如下计算图式

由上计算知NBG=50（T） NCG=69.66（T）

由于斜杆BG与斜杆CG在水平面可滑移，并受GH拉杆限制，对小牛腿只传递竖直力。

则竖直力分别为NBG=40.07（T），NCG=38.64（T），在G点产生的弯矩：M=38.64×0.9+40.07×0.3=46.78（T-m），剪力：Q= 40.07+38.64=78.71（T）

采用双根高45cm，厚5cm钢板做小牛腿，经计算惯性矩、抗弯模量、静面钜（z轴以上部分）分别为：（单片）J=26666cm4； w=1333cm3；Smax =1000cm3 腹板厚t=5cmτ==0.29（T/cm2）

<[τ]=0.8（T/cm2），σ===1.75（T/cm2）<[σ] ×1.3=1.82（T/

cm2）。規范说明临时结构设计值可提高30%；

6 结束语

本文通过新建大准至朔黄铁路联络线工程，神池南特大桥工程中的具体实例计算，并且在施工过程中取得了良好的效果，为以后的工程积累经验。