基于Midas civil的0#块支架设计及验算分析

詹凯，曾晓冬，李贵康，祁丛林，李长杨，祝文帅

（中国建筑第六工程局有限公司，天津 300450）

0 前言

连续梁施工过程中，0#块施工是其重要的环节之一，尤其是0#块整体支架体系的设计和验算。虽然连续梁悬臂浇筑法发展至今已经是一种成熟的施工工艺，然而大多数项目常常因技术专业人员配备不齐全，或未有类似施工经验，在对连续梁0#块设计及验算时，极易因考虑不全面，导致施工荷载施加错误，影响现场施工安全。本文通过温东跨线桥的具体工程，利用Midas civil有限元软件对0#块支架进行设计及验算，以期能为类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

温东跨线桥跨越莆永高速，桥跨布置为3×（3×30m）+（50m+85m+50m）+（4×30m）=575m。引桥上部结构标准段采用30m跨预制小箱梁结构，跨越莆永高速主桥采用50m+85m+50m=185m变高度预应力连续箱梁，横桥向分幅布置。引桥下部结构高墩采用双柱式倒T型盖梁，矮墩采用板式倒T盖梁，主桥下部结构采用双柱墩。基础采用矩形承台及直径1.5m钻孔灌注桩。其主桥0#块为单箱双室结构，边腹为斜腹板，单侧长度为6m，顶板宽度为23.45m，底板宽度11m，两侧翼缘悬臂长4.35m。

2 0#块支架设计方案

支架总体考虑采用Φ820*10mm、Φ429*8mm螺旋钢管+型钢搭设而成。在承台上连续梁墩柱两侧横桥向各支立7根螺旋钢管，间距为490、242.5、242.5、242.5、242.5、490cm。螺旋钢管柱底部焊接法兰与承台预埋件连接。钢管支架上顺桥向铺设12m长双拼45b工字钢做作为主横梁，横桥向每侧铺设23m长双拼I36b工字钢分配梁，间距1.5m+2+2m。根据底模板支撑桁架布置，翼缘板采用定型钢模板桁架支撑，所有顶底板荷载由6榀支撑桁架均匀分担；边腹板分别由3榀支撑桁架承担，中腹板由5榀支撑桁架承担。立柱间横向连接系采用C12.6槽钢、纵向采用双拼32a槽钢。

3 工况组合

3.1 工况分析

支架计算按以下梁两种工况进行计算。

工况1：浇筑混凝土工况，对支架强度和稳定性进行计算。

工况2：浇筑混凝土工况，对支架刚度进行计算[1]。

3.2 荷载组合

各工况分别考虑两种组合，基本组合与标准组合，基本组合计算结果用于评价强度与稳定性指标，标准组合用于评价刚度指标[2]，各工况荷载系数取值如表1所示。

4 结构整体计算

4.1 强度及刚度验算

工况1下，整体模型强度计算结果汇总如下。

由上表可得支架结构最大组合应力设计值为174.6MPa，小于钢材强度设计值215MPa，故强度满足要求。

工况2下，整体模型位移计算结果如下。

各工况荷载组合 表1

平台应力计算结果 表2

平台位移计算结果 表3

综上，支架的整体强度和刚度满足要求。

4.2 稳定性计算

4.2.1 弯矩作用平面内的稳定性验算

根据《钢结构设计标准》（GB 5007-2017），钢管的稳定性计算公式如下：

式中：N——压弯构件轴心压力设计值；

φ_x——在弯矩作用平面内，不计弯矩作用时轴心受压构件的稳定系数；

M_x——压弯构件最大弯矩设计值；

N_Ex^′—— 参 数，N_Ex^′=N_Ex/1.1=π^2EA/（1.1λ_x^2）；

W_1x——弯矩作用平面内受压最大纤维的毛截面系数；

β_mx——等效弯矩系数；

γ_x——截面塑性发展系数；

A——截面面积。

根据计算结果，钢管立柱φ820×10mm承受最大轴力设计值N=1337.0kN，对应弯矩设计值M=0.3kN·m，按单向压弯结构进行承载能力检算。

欧拉临界力

根据计算结果，可得钢管在弯矩作用平面内的稳定性满足要求。

4.2.2 局部稳定性验算

根据结果，钢管局部稳定性也满足要求。

故钢管单肢稳定性满足要求。

5 柱脚验算

根据Midas civil计算结果，柱脚受力最大节点为φ820×10mm钢管柱脚，其受力为Fz=1337.0kN,Vx=15.0kN,Mx=5.4kN·m；Vy=36.5kN,My=46.1kN·m。柱脚底板尺寸为1000×1000mm。

5.1 横桥方向Y

e=M/N=46.1/1337=0.04m；L=1.0m；e＜L/6=0.17m。

底板下混凝土最大压应力：

受拉侧螺栓得总拉力：T=0；

水平抗剪承载力：

5.2 纵桥向X

e=M/N=5.4/1337=0.004m；L=1.0m；e＜L/6=0.17m。

底板下混凝土最大压应力：

受拉侧螺栓得总拉力：T=0；

水平抗剪承载力：

综上，钢管在柱脚位置受力满足要求。

6 结束语

温东跨线桥连续梁主桥0#块支架采用螺旋钢管+型钢搭设而成，支架设计充分考虑了主桥墩柱与承台的结构尺寸，在对支架验算过程中，各荷载取值合理，并利用Midas civil有限元软件对支架整体进行建模分析，分别对设计荷载组合和标准荷载组合进行模拟验算，分析结果表明，支架的整体强度、刚度和稳定性均满足设计及规范要求，保证0#块支架施工过程中的安全与质量。同时在现场实际施工过程中，对支架应力及变形量进行检测，检测数据与Midas civil各工况验算结果相吻合，进一步表明本工程支架整体模拟计算方法的可靠性，可为今后类似工程提供借鉴。