钢管桩临时结构设计

戴文明

摘要：本文依据适用、安全、经济、美观的原则，结合现场实际的地质、水文及现有材料等情况，查阅和运用相关的设计规范、设计手册、施工技术规范和设计资料，采取容许应力法对施工现场的临时结构进行设计计算。

关键词：临时结构 容许应力 结构计算

1 设计相关资料及计算数据

1.1 技术标准 ①公路等级：城市快速路标准。②设计车速：80公里/小时。③荷载等级。a桥梁结构荷载标准：采用城-A级；b道路设计荷载标准：BZZ-100型标准车。④桥梁宽度：大桥宽34.5m（含布索区2m），双向八车道。

1.2 主要材料 钢管：采用？椎420，？椎800两种类型的钢管；I字钢：I36型工字钢、I36（a）型工字钢。

2 钢管桩临时结构计算

2.1 设计资料 箱梁跨径56m，采用整体现浇方法施工，临时支架采用钢管桩基础。现浇梁底模板采用15mm红松木模板，木模板放在10×10cm2的方木上，方木下面是20×20cm2的方木。方木直接作用在工字钢上，工字钢放在桁片上，桁片与钢管之间采用砂盆支座连接。本文只针对工字钢、桁片及钢管进行验算。

2.2 结构尺寸拟定 首先对临时结构各部件进行尺寸和材料初步拟定，面模板采用木模板，其厚度为15mm，面模板横肋采用10×10cm2的木方，木方沿桥的横向每隔25cm设置一道。在其下面沿纵桥向放置20×20cm2的木方，每隔35cm设置一道。纵向木方直接作用在工字钢上，工字钢间距为75cm一道。工字钢放在桁片上，桁片通过砂盆与钢管上连接。钢管采用？椎800，以6m×9m间距布设。

2.3 作用集度计算

2.3.1 永久作用集度计算。①模板采用阔叶树取0.12kN/m2。②箱梁混凝土自重为20012.550kN，其中18m渐变段箱梁为结构最不利位置，其重量为6734.05kN，自重集度为：

g=6734.05kN/A= =31.176kN/m

2.3.2 可变作用集度计算。①施工人员、施工料具、运输、堆放荷载取2.5kPa。②倾倒混凝土是产生的荷载为2.0kPa。③振捣混凝土产生的荷载为2.0kPa。④其他荷载忽略。

2.3.3 作用集度组合。①验算强度时，由作用集度组合可知，其作用集度为：

p1=（1）×1.2+（2）×1.2+{（3）+（4）+（5+（6））}×1.4

=（0.12+31.176）×1.2+（2.5+2.0+2.0）×1.4=46.655kN/m

②验算挠度时，由作用集度组合可知，其作用集度为：

p2=（1）×1.2+（2）×1.2=37.555kN/m

2.4 结构各部件验算

2.4.1 工字钢梁验算。工字钢梁可看作支承在模板纵肋的简支梁计算，工字钢梁之间的间距为0.75m作用在工字钢梁单位长度上的荷载集度为q=46.655×0.75=34.991kN/m。

简支梁跨中最大弯矩为：

Mmax= = =157.461kN·m

简支梁支座处最大剪力为：

Vmax= = =104.973kN

工字钢梁选用I36.a型，其截面特性Ix=1.5796×108mm4，Wx=8.776×105mm3， =310.1mm，δ=10.0mm，E=2.1×105MPa。

①工字钢梁截面强度验算。工字钢梁的自重集度为0.60kN/m，其自重产生的弯矩为：

Mg= =2.7kN·m

总弯矩值为：

Mx=157.461+2.7=160.161kN·m

弯矩正应力为：

= = =182.499MPa<1.3×145MPa=188.5MPa

支座处总剪力值为：

Vx=104.973+0.6×6× =106.773kN

τmax= = =34.432MPa<1.3×85MPa=110.5MPa

②工字钢梁跨中挠度验算。工字钢梁单位长度上的荷载标准值为q=34.991+0.60=35.591kN/m。

简支梁挠度近似计算公式为：f=

将q=35.591kN/m，Ix=1.5796×108mm4，l=6m，E=

2.1×105MPa代入得：

f= =

=0.018mm<[f]= = 10mm

∴由以上计算可知工字钢梁的强度和刚度都满足要求。

2.4.2 桁架稳定性验算。桁片支承在钢管桩上，可将桁片视作支承在钢管桩上的简支梁，作用于其上的荷载集度为q=46.655×6× =139.965kN/m，其跨中彎矩为：

M = = =1417.146kN·m<[M]=1800kN·m

∴桁片跨中弯矩满足结构要求。

两跨连续梁跨中的支座为最不利位置，则其剪力为：

V=139.965kN/m×9m=1259.685kN<[V]1200kN×3=3600kN

∴跨中的支座剪力也满足结构要求。

通过以上计算可知，桁片能够满足施工要求。

2.4.3 钢管桩立桩验算。钢管桩立柱支撑上部桁架，立柱长度为10m，立柱采用？覫800钢管，壁厚为8mm。立柱平面布置图如下图。立柱承担图中阴影部分面积的荷载，由于立柱一端嵌固在地层中，一端露出地表，可把立柱看作一端固定、一端自由，由此可知：

作用在立柱上的荷载P=q·A=46.655×6×4=1119.72kN；

截面最小回转半径：

i= = = =280.029mm

立柱有效高度l0=2l=2×10=20m；

杆件长细比λ= = =71.174<80；

立柱纵向弯曲系数：φ=1.02-0.55 =1.02-

0.55 =0.562

立柱截面面积A= =0.02m 。

①钢管立柱强度验算

σa= = =55.986MPa<1.2[σ]=1.2×180=216MPa

②钢管立柱稳定性验算

σa= = =99.975MPa<1.2[σ]=1.2×180=216MPa

通过以上计算采用？覫800，壁厚3mm钢管立柱强度及稳定性均能够满足施工要求。

参考文献：

[1]交通部行业标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]交通部行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]交通部行业标准《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）[M].北京：人民交通出版社，2003.