316国道石潭溪大桥桥墩施工平台结构计算分析

2020-05-06贾彦兵

科技创新导报 2020年3期

贾彦兵

摘要：316国道石潭溪的大桥1#墩施工平台采用钢管桩、工字钢分配梁，龙门吊为贝雷梁。施工平台搭设前采用midas有限元软件进行强度和稳定性计算，龙门吊贝雷梁强度符合要求，一阶屈曲模态为安全性满足要求;施工平台的一阶屈曲模态安全性满足要求。大桥顺利建成通车，使用情况良好。大桥的建成通车恢复了国道316线在该路段的畅通，交通状况得到较大的改善。

关键词：施工平台贝雷梁钢管桩强度稳定性

1 工程概况

跨越水口大坝库区内闽江支流316国道石潭溪的大桥被鉴定为危桥，来往车辆需要通过便道绕行。新建石潭溪大桥建于原石潭溪大桥的下游，采用预应力单箱单室箱梁连续刚构体系，桥跨布置为72+130+72=274m，主墩采用墩梁固结形式，共12根（直径1.8m）灌注桩基础，全部为水中桩。桥台采用挡墙式桥台结构，基础采用扩大基础。1#墩直径1.8m桩基6根，共长222m;2#墩直径1.8m桩基6根，共长336m。钻孔灌注桩，按端承桩设计。该桩基地质为原316国道及水口水电厂修路时山体开挖回填而成，其中1#墩抛石层厚度在8～15m之间，2#墩抛石层厚度在17.4～20.2m之间。1#墩施工平台至河床面深度为20m，2#墩施工平台至河床面深度为30m。

如图1所示，1#墩施工平台与水中栈桥相连，平台尺寸为12m×18m，栈桥长度39m。模型中支腿钢管为φ529×8mm，吊贝雷梁龙门吊支承钢管桩φ630×8mm，管桩连接系采用φ273×6mm，分配梁F4采用2I36，分配梁F5采用I50工字钢，防滑钢板厚度10mm，采用密肋工字钢梁支承。平台钢管桩的长度为36m，入土深度为7m。

2 计算模型及计算

2.1 计算模型

施工平台中管桩、分配梁和连接系等构件采用空间两单元建模，平台表面的防滑钢板采用4节点薄板单元模拟，midas有限元模型如图2所示。

2.2 计算参数

Q235钢材的容许应力如下。

轴向应力：=140MPa，容许应力提高系数1.3，=140×1.3=182MPa;

弯曲应力：=145MPa，容许应力提高系数1.3，=145×1.3=188.5MPa;

剪应力：=85MPa，容许应力提高系数1.3，=85×1.3=110.5MPa;

单片单层普通型：容许弯矩975kN.m，容许剪力245kN。

2.3 计算荷载

施工平台的荷载根据桥梁总体施工方案确定。针对本桥，施工平台的荷载包括桩基钻孔设备及配套设备、起吊设备和施工人员及临时堆放的材料等荷载。采用跨径12.8m的龙门吊进行钢筋笼的起吊作业，最大起吊重量360kN，平台上3台桩基设备同时作业，每台桩基设备的荷载为220kN，流水作用力按最大水流速度为1.5m/s考虑，对平台的影响主要体现在对管桩的横向作用。

施工平台上的荷载包括防滑钢板、型钢分配梁和贝雷桁架3个部分。贝雷梁的主要技术参数如下。

单片单层普通型：抗弯惯性矩250497.2cm4，自重2.9kN/m。

施工机具及人群荷载：3kN/m2。

3 计算结果

3.1 龙门吊贝雷梁计算

龙门吊贝雷梁按偏于安全考虑，取中间两个支点之间的部分作为简支梁体系验算，计算简图如图3所示。

龙门吊上桁架由6片贝雷梁组成，图中集中荷载P的大小按龙门吊的最大起吊重量，并考虑1.2的吊装动力系数进行计算，P=360×1.2/2=216kN，贝雷梁的自重q=2.9×6=17.4kN/m，计算贝雷梁的最大弯矩为：

3.2 施工平台的总体稳定验算

平台钢管桩由于入土深度较大，有限元分析时按照桩底固结的方式考虑。进行总体稳定分析时，由于龙门吊和水上施工平台是两个相对独立的体系，其总体稳定分析采用两个子结构分别进行计算，平台的总体稳定计算考虑龙门吊传递的最不利荷载工况进行分析。

钢筋笼吊装过程中，当龙门吊的天车偏于一侧作用时，对整体的稳定影响更为不利，对其下的钢管桩平台的影响也更为不利。对平台上可能同时作用的3台桩基设备，其最不利状态为3台桩基设备同侧布置的工况，故进行管桩施工平台的总体稳定验算时，桩基设备采用同侧布置。

龙门吊的屈曲分析考虑的荷载包括：结构的自重+吊装钢筋笼重量（考虑1.2的动力系数），通过对龙门吊的屈曲分析发现，龙门吊的一阶屈曲模态为侧向失稳，屈曲荷载系数为（该系数为可变荷载系数），结构的安全性满足要求。龙门吊的一阶失稳模态见图4所示。

施工平台的屈曲分析考虑的荷载如下：